中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：一、應(yīng)用概況
近年來，高溫熔鹽蓄熱在太陽能熱發(fā)電的研究和應(yīng)用在我國也得到了快速發(fā)展，已進(jìn)入示范和推廣階段。我國先后已有青海德令哈50MW槽式、50MW塔式和甘肅敦煌100MW塔式、共和50MW塔式等8個(gè)大容量熔鹽蓄熱太陽能熱電站相繼投運(yùn)。
根據(jù)太陽能光熱產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)，截至2021年底，我國太陽能熱發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量538MW（含MW級(jí)以上規(guī)模的發(fā)電系統(tǒng)）。在我國已建成的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中，塔式技術(shù)路線占比約60%，槽式約28%，線性菲涅耳技術(shù)（以下簡稱線菲）約占12%。
圖1 我國部分已并網(wǎng)規(guī)模光熱電站項(xiàng)目表
數(shù)據(jù)來源：中國太陽能熱發(fā)電行業(yè)藍(lán)皮書2021
圖2 我國已建成太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目中的裝機(jī)技術(shù)類型
數(shù)據(jù)來源：中國太陽能熱發(fā)電行業(yè)藍(lán)皮書2021
二、技術(shù)原理
近年來，隨著熔鹽儲(chǔ)能技術(shù)的成熟，儲(chǔ)熱系統(tǒng)已成為光熱電站系統(tǒng)的常見組成部分。帶有蓄熱裝置的光熱發(fā)電系統(tǒng)在白天把一部分太陽能轉(zhuǎn)化成熱能儲(chǔ)存在蓄熱系統(tǒng)中，在傍晚之后或者電網(wǎng)需要調(diào)峰的時(shí)候用于發(fā)電以滿足電網(wǎng)的要求，可以保證電力輸出更加平穩(wěn)和可靠，可作為新能源基地的支撐電源。
圖3 熔鹽儲(chǔ)能電站系統(tǒng)示意圖
光熱電站的熱交換系統(tǒng)具有較好的可控性和調(diào)節(jié)能力，能支持汽輪機(jī)組進(jìn)行快速出力調(diào)節(jié)，具有與燃?xì)鈾C(jī)組類似的爬坡能力，高于普通火電機(jī)組每分鐘調(diào)節(jié)2%～5%的裝機(jī)容量。
光熱電站的配置方案較多，不同的DNI分布情況（可利用的能量），不同的鏡場面積（能量接收的能力）、不同的儲(chǔ)熱時(shí)長（能量儲(chǔ)存的能力）、不同的汽輪機(jī)輸出功率（能量使用的能力）、不同的調(diào)度運(yùn)行方式（不同時(shí)間的能量使用分配）等均會(huì)引起光熱電站利用小時(shí)數(shù)及出力特性的變化。
三、應(yīng)用場景
太陽能熱發(fā)電（光熱發(fā)電）作為可再生能源發(fā)電的一種，既保留了風(fēng)電、光伏清潔發(fā)電的特點(diǎn)，又具有一定的靈活性，協(xié)調(diào)了可再生能源發(fā)電利用與其出力不確定性之間的矛盾。太陽能光熱電站由聚光集熱、儲(chǔ)熱和發(fā)電環(huán)節(jié)構(gòu)成，不同子系統(tǒng)之間的能量傳遞由導(dǎo)熱流體實(shí)現(xiàn)，發(fā)電環(huán)節(jié)基本原理與常規(guī)發(fā)電機(jī)組一致。光熱電站的熱力循環(huán)比普通火力發(fā)電具有更好的可控性和調(diào)節(jié)能力，達(dá)到與燃?xì)鈾C(jī)組相近的爬坡速度，光熱電站的機(jī)組最快可達(dá)到16~20%PGN/min，這種快速爬坡能力進(jìn)一步提升了可調(diào)度特性。聚光鏡場與光熱電站能量流示意圖如下圖所示。
圖4 聚光鏡與光熱電站能量流示意圖
四、安全風(fēng)險(xiǎn)
儲(chǔ)能安全性是大容量儲(chǔ)能的一個(gè)重要方面，帶有二元硝酸鹽的儲(chǔ)熱是一種安全性較高的儲(chǔ)熱方式。目前，國內(nèi)單機(jī)容量最大的首航高科塔式光熱電站儲(chǔ)電已達(dá)1.7GWh；全球達(dá)到了1000GWh。自1982年4月美國SOLAR ONE以來，全球669萬千瓦的太陽能熱發(fā)電裝機(jī)還未發(fā)生過類似鋰電爆炸等安全性事故，是一種高安全性的儲(chǔ)能方式。
五、建設(shè)條件
1. 場址區(qū)大氣透明度高，氣候干燥少雨，日照時(shí)間長，太陽能資源豐富。選址區(qū)域的年太陽能直射輻射（DNI）量不宜低于1600kWh/（m2?a）。
2. 建設(shè)用地符合當(dāng)?shù)赝恋乩每傮w規(guī)劃，場址宜地勢開闊、平坦，無遮擋物。
3. 非地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)，地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定，無洪澇災(zāi)害。周圍地形、特殊建筑物等，無遮擋太陽光。區(qū)域地形具有對(duì)霧氣、煙霧等擴(kuò)散、吹散的有利條件。
4. 盡量靠近主干電網(wǎng)，以減少新增輸電線路的投資具有便利的交通運(yùn)輸條件和生產(chǎn)生活條件，場址征地費(fèi)用低。
5. 選擇滿足光熱電站供水要求的場址。
六、經(jīng)濟(jì)性分析
太陽能熱發(fā)電是技術(shù)和資金雙密集型行業(yè)，產(chǎn)業(yè)鏈長，涉及學(xué)科多，系統(tǒng)復(fù)雜；項(xiàng)目的投資受裝機(jī)容量規(guī)模、儲(chǔ)熱時(shí)間影響較大。根據(jù)相關(guān)研究資料及實(shí)際工作開展情況，現(xiàn)收集若干經(jīng)濟(jì)性測算案例以供參考。
案例1——塔式和槽式光熱電站
（1）案例來源
2021年中國太陽能熱發(fā)電行業(yè)藍(lán)皮書，編制單位：國家太陽能光熱產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟、中國可再生能源學(xué)會(huì)太陽能熱發(fā)電專業(yè)委員會(huì)、中關(guān)村新能源太陽能熱利用技術(shù)服務(wù)中心。
（2）案例詳情
塔式光熱電站
根據(jù)太陽能光熱產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟委托浙江可勝技術(shù)股份有限公司編寫的《太陽能熱發(fā)電成本下降路徑分析》報(bào)告，12小時(shí)儲(chǔ)熱100MW塔式太陽能熱發(fā)電站的總投資在25~30億元之間。聚光、吸熱、儲(chǔ)換熱系統(tǒng)約占整個(gè)電站成本的77%左右，是決定太陽能光熱發(fā)電站造價(jià)高低最重要的因素。
圖5 12小時(shí)儲(chǔ)熱100MW塔式太陽能光熱電站投資組成
隨著電站規(guī)模變大，或儲(chǔ)能時(shí)間增加（根據(jù)不同的邊界條件，儲(chǔ)能時(shí)間會(huì)有個(gè)最優(yōu)值），定日鏡數(shù)量會(huì)相應(yīng)增加，這樣太陽島成本所占的投資成本比例也會(huì)增加；但電站年利用小時(shí)數(shù)和所發(fā)電量都會(huì)有所提升，因此電站整體經(jīng)濟(jì)性將會(huì)提高，發(fā)電成本會(huì)有所下降。
槽式光熱電站
下圖是我國某裝機(jī)10萬千瓦儲(chǔ)熱10小時(shí)典型槽式光熱電站的投資構(gòu)成圖。該電站總投資約28億元。其中，集熱系統(tǒng)占比約52%，儲(chǔ)熱系統(tǒng)占比約18%。
圖6 我國13小時(shí)儲(chǔ)熱100MW導(dǎo)熱油槽式電站投資組成
儲(chǔ)能時(shí)長和度電成本
從系統(tǒng)容量配置角度，太陽能熱發(fā)電站的裝機(jī)容量、儲(chǔ)能時(shí)長和鏡場面積與電站的經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)。一般來說，為了儲(chǔ)存更長時(shí)間的能量，就需要增加聚光場的面積，這種情況下一次投資的成本就會(huì)增加；然而由于儲(chǔ)能時(shí)長的增加，電站發(fā)電量將提高，度電成本則會(huì)下降。但針對(duì)不同的氣象條件、可用土地面積和電站設(shè)計(jì)等存在一個(gè)最優(yōu)化的儲(chǔ)熱值。
圖7 太陽能熱發(fā)電儲(chǔ)能時(shí)長與電力成本的關(guān)系
根據(jù)德國宇航中心（DLR）早期的研究結(jié)果（如上圖所示），當(dāng)儲(chǔ)能時(shí)長超過15小時(shí)，相對(duì)于沒有儲(chǔ)能的太陽能熱發(fā)電100%的電力成本而言，度電成本將呈上升趨勢。因此，需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)儲(chǔ)能時(shí)長進(jìn)行優(yōu)化。
案例2——某直流通道配套電源基地綜合電價(jià)測算
通道擬采用火電、儲(chǔ)能作為通道的調(diào)節(jié)電源，風(fēng)電、光伏發(fā)電為主力送電電源，主要承擔(dān)電量供應(yīng)任務(wù)。
其中，電化學(xué)儲(chǔ)能造價(jià)按照800元/千瓦時(shí)+200元/千瓦，運(yùn)行年限按照10年，年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)按照1%計(jì)算。光熱發(fā)電工程造價(jià)單位千瓦投資有望降低至22000元/千瓦～24000元/千瓦，發(fā)電小時(shí)為3500～4000小時(shí)時(shí)，成本電價(jià)分別為0.9～1元/千瓦時(shí)。
經(jīng)初步測算，配置電化學(xué)儲(chǔ)能每增加100萬千瓦時(shí)，將增大送端綜合發(fā)電成本0.003元/千瓦時(shí);光熱項(xiàng)目每增加10萬千瓦,將增加送端發(fā)電成本0.008元/千瓦。
工作建議
1. 根據(jù)現(xiàn)階段儲(chǔ)能裝備的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，“十四五”期間，電化學(xué)儲(chǔ)能仍是電網(wǎng)電源側(cè)、電網(wǎng)測、用戶側(cè)的儲(chǔ)能發(fā)展主力軍，并隨著未來技術(shù)進(jìn)步、電池成本降低，液流電池以及鈉硫電池的規(guī)模化應(yīng)用，電化學(xué)儲(chǔ)能會(huì)在未來電網(wǎng)調(diào)峰中發(fā)揮巨大作用。建議在“風(fēng)光火儲(chǔ)”“風(fēng)光水儲(chǔ)”等已經(jīng)具備良好電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻的一體化項(xiàng)目中配置電化學(xué)儲(chǔ)能，并積極應(yīng)用除鋰離子電池以外效率更高、循環(huán)壽命更長的新技術(shù)電池，不僅保證收益，也能在具備充足的電網(wǎng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)資源前提下，充分發(fā)揮電化學(xué)儲(chǔ)能的作用。
2. 依托千萬千瓦級(jí)可再生能源基地的開發(fā)，聯(lián)合當(dāng)?shù)卣_發(fā)共享儲(chǔ)能，并以集中建設(shè)開發(fā)降低建設(shè)和運(yùn)維成本，以專業(yè)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)力量保障電化學(xué)儲(chǔ)能電站的安全。
3. 在特高壓直流配套電源建設(shè)基地，積極布局電化學(xué)儲(chǔ)能和光熱發(fā)電，在經(jīng)濟(jì)賬算得過來的前提上，多配置儲(chǔ)能時(shí)長較長的光熱發(fā)電，以規(guī)模降低度電成本。
4. 對(duì)具有豐富的太陽能資源和大面積的荒漠化土地，或源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化示范項(xiàng)目中，可繼續(xù)示范性發(fā)展一批光熱電站項(xiàng)目，并持續(xù)探索更加優(yōu)化的商業(yè)模式。
5. 當(dāng)前在基地建設(shè)和通道建設(shè)當(dāng)中，電化學(xué)儲(chǔ)能和光熱發(fā)電應(yīng)對(duì)的主要應(yīng)用場景不同。電化學(xué)儲(chǔ)能主要適用于中短期儲(chǔ)能配套（一般為4小時(shí)以下），成本基本成線性變化，裝機(jī)和儲(chǔ)電量的配置較為固定；熔鹽儲(chǔ)熱可用于中長期儲(chǔ)能（6小時(shí)以上），容量越大時(shí)成本越低，裝機(jī)和儲(chǔ)電量的配置較為靈活。因此，可根據(jù)實(shí)際需求和不同儲(chǔ)能形式的特點(diǎn)開展規(guī)劃工作，并考慮和探索多元混合儲(chǔ)能的配置方法。
