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2016年6月21日中国能建天津电建CSP技术CSP技术简介太阳能热发电重大意义1太阳能热发电简介2四种太阳能热发电解析3太阳能热发电市场解析4结束5太阳能热发电重大意义01工业革命以来全球地表平均温度上升近0.9℃。如不尽快采取有效措施，到本世纪末全球温升将超过4℃，带来冰川融化、海面上升、粮食减产、物种灭绝等灾害，严重威胁人类生存和发展。世界能源发展面临资源紧张、环境污染、气候变化三大难题。解决这些难题，必须走清洁发展道路，实施“两个替代”：即在能源开发上实施清洁替代，以太阳能等清洁能源替代化石能源，推动能源结构从化石能源为主向清洁能源为主转变；在能源消费上实施电能替代，以电能替代煤炭、石油、天然气等化石能源，提高电能在终端能源消费中的比重。习近平总书记在2015年9月26日联大发展峰会上发表倡议推动以清洁和绿色方式满足全球电力需求。预计到2050年清洁能源比重将达到80%，每年可替代相当于240亿吨标准煤的化石能源，减排二氧化碳670亿吨。怎么办?A要实现能源安全及经济社会绿色可持续发展，必然需要发展下一代新型主力能源，这种新能源要具备不断扩大供应规模的潜力方能与日益增长的需求相匹配，甚至占总能源供应量比例超过50%、替代火电成为基础负载能源。要达成这一发展目标，新能源必须具备几项特征：1.技术路线成熟可靠；2.具备大规模持续发展的可能性；3.可稳定连续地输出；4.社会可以承受的低成本；5.不给环境造成重大污染或其他隐患。太阳光热发电，也叫聚焦型太阳能热发电(ConcentratingSolarPower，简称CSP)，是一种可集中进行规模化发电的清洁能源方式，也是目前已知的唯一能够同时具备以上特点的能源形式。地球每平方米地面接受到的太阳辐射高达1000瓦，远远高于人类活动所需的能量密度，在高度可靠和足够经济这两个标准的要求下，CSP具有非常大的竞争优势。CSP发电技术特点和优势B太阳能热发电的具有技术成熟、环境友好、输出稳定、可以大规模持续发展以及低成本的特点和优势。技术路线成熟CSP就是用太阳岛替代燃煤锅炉的火力发电厂，分为太阳岛和常规岛两部分，整个工艺流程及控制模式高度成熟可靠，早期的CSP电站运行时间已经超过了20年。其设计、生产、安装、调试、运行、维护、甚至报废拆除都有经验技术积累，完全无总体技术风险。有关创新设计，基本集中在太阳岛部分，对总体技术路线并无改变，不会带来系统技术的风险。环境友好CSP系统的制造安装过程都属于传统工业产业，不会带来新的环境污染问题；系统运行后，基本不存在排放，不存在泄露、辐射、毒害问题，可视为零碳、零污染技术。输出稳定CSP技术的最重要价值是具有经济可靠的储能功能，可以将白天的阳光能源转换为热能储存起来，在夜间继续发电输出以取代昂贵且不实用的电池储能方案。因此单个CSP电站即可达到完全不受短时间天气影响，稳定地输出电力。并且CSP电站的电网调度特性与传统火电厂基本相同，无扰动冲击和容量限制，电网接入简单可靠，可以按照调度指令增减出力，进行峰谷调节，大批的CSP电站可以担当稳定电网的支撑性基础电源角色，在电网中的接入比例完全不受限制。可以大规模持续发展适合发展CSP能源的地域很大，在中国范围或全球范围，能够建设的CSP输出电力至少可以满足十倍以上的当今电力需求。建设CSP系统所需的资源可以与传统产业完美衔接，其中包括：至少90%的材料来自传统产业，不依赖大量的高精尖技术和人才，不需要大规模投资即可获得大规模装备供应能力，不与其他产业争夺紧缺资源，大力发展CSP项目还可以有效消化传统产业过剩产能以及促进普通劳动力就业。并且，针对CSP系统可能建设发展的地域特点（少降水、高日照、高蒸发），CSP技术可以充分利用土地资源，尝试进行能源与农牧业综合发展，保护和改善环境，进一步大规模持续发展。低成本基荷能源由于规模至少超过50%，总量巨大，因此直接决定了总体能源基本价格。因此，CSP要成为新一代主力能源，成本因素实际上成为了最重要的决定性因素，CSP长远的发展不可能依赖价格补偿政策，其市场价格完全取决于生产成本。随着CSP发电集约化发展以及相关技术的进步和更新，未来CSP发电电价水平有望达到和接近一般火电水平，符合对大规模能源价格的经济性要求。太阳能热发电简介02太阳能槽式聚光热发电技术A太阳能槽式聚光热发电示意图•采用槽形抛物面线聚焦反射镜作集热器将80倍的太阳光聚集到安装于焦线上的受热管，使管内的油加热，然后被加热到接近400度的导热油经热交换器使水变成蒸汽，再由过热器对蒸汽进一步加热，推动常规汽轮发电机组发电。槽式聚光热发电系统一般设有储能系统，储存的热能可以延长电站运行的时间并维持稳定发电。槽式发电系统的功率较大，从几十MW到几百MW。•槽式聚光太阳能热发电技术已经发展了20多年，被认为是最成熟和被证实的技术。系统主要由太阳集热场、储热系统和常规岛组成。•全球范围内，在运的槽式聚光热电站在1兆瓦到200兆瓦之间，目前规划的电站超过10GW容量。目前全世界在运行的槽式聚光电站的总容量已经超过了600MW。西班牙有超过20个新建项目，总容量超过1GW，这得益于西班牙的太阳能电价补偿政策。•2015年11月，摩洛哥瓦尔扎扎特500MW太阳能发电园区的一期项目NOOR1槽式电站并网投运，装机160MW，NOOR2是一个200MW装机的配储热的槽式光热电站，NOOR3则为一个150MW的配储热的塔式光热电站，中国电建集团山东电建三公司与SENER公司组成的联合体负责NOOR2&3两个项目的EPC总承包。这是中国公司首次成功走向海外光热发电EPC市场的案例。上述三个项目全部建成后将组合成为全球最大的光热发电综合体项目。•备受国内外光热行业人士瞩目的中广核德令哈50MW槽式光热电站的建设工作正在稳步推进中，该项目有望在2017年底建成投产。熔盐工质槽式发电系统一个典型的抛物槽式太阳能集热器主要包括如下部分：抛物面槽式反射镜抛物面槽式吸热管跟踪驱动系统金属支架一个典型的槽式聚光光热电站参数如下：（来源于”TheGlobalConcentratedSolarPowerIndustry”）项目性能年发电效率11-16%峰值效率20%容量因子23-56%运行温度300年发电量2．04GWh/年/兆瓦每兆瓦耗水量760-920加仑/兆瓦时土地要求40000平方米/兆瓦土地使用(平方米/兆瓦时/年)6-8储热时间0-12小时储热介质熔盐技术成熟度成熟装机容量范围30-300兆瓦太阳能塔式聚光热发电技术B首航敦煌光热电站中控德令哈电站太阳能塔式聚光热发电示意图熔盐工质塔式发电系统•塔式CSP电站的聚光系统由数以千计带有双轴太阳追踪系统的定日镜和一座（或数座）中央集热塔构成。通过定日镜将太阳直射光反射到太阳炉上，加热其中的导热介质，然后通过换热产生蒸汽来驱动涡轮发电机，最后将发电输送到电网上。•塔式CSP电站的具体结构多种多样，单块定日镜的面积从1.2平方米至120平方米不等，塔高也从50米至165米不等，聚光倍数则可以达到数百倍至上千倍。塔式CSP电站可以使用水、气体或融盐作为导热介质，以驱动后端的汽轮发电机。•20世纪80年代，由Sunlab、Boeing和Nexant在美国南加州合作建成了首座塔式太阳能热发电站SolarOne，1992年SolarOne经过改装，建成用于示范熔盐吸收器和储热系统的SolarTwo并于1996年开始发电。SolarTwo电站是为了验证硝酸盐技术的可行性，推动塔式电站商业化运营经验，SolarTwo储热时间为3小时，证实了连续运行一周并且根据需要调整输出的可行性。SolarTwo成功并且催生了一系列商业电站的建造，包括西班牙的SolarTres。•塔式技术的实验室探索阶段已经结束，容量为11MW的世界上第一个商业化塔式电站PS10已经由Abengoa在西班牙于2006年开始运营，位置与之相邻的容量为20MW的塔式太阳能热发电站PS20也于2009年正式投入商业运营。目前，已有多座塔式太阳能热发电站正在建设和商业化运营。首座塔式太阳能热发电站美国SolarTwo电站•2014年2月13日，全球装机容量最大的光热电站美国Ivanpah塔式电站正式宣布并网投运。项目方BrightSource能源公司、NRG能源子公司NRG太阳能公司、EPC商Bechtel工程公司联合宣布，Ivanpah电站正式进入商业化运行并开始向加州用户供电。Ivanpah电站也是已建成的最大的水工质光热电站，未配置储热系统。位于内华达州和加州交界处，当地DNI高达2717kWh/m2/年。电站年发电量为1079GWh。采用空冷系统。反射镜由Guardian供货，总采光面积为260多万平方米，共采用15平方米的定日镜175000套。吸热器供应商为RileyPower。采用SiemensSST900型汽轮机。•Ivanpah电站总装机392MW，由三座装机分别为133MW、133MW和126MW的塔式电站构成，占当前美国总投运光热电站装机容量的30%左右。项目总计投资达22亿美元，获得美国能源部16亿美元的贷款担保。科技巨头Google投资1.68亿美元，NRG太阳能公司投资3亿美元。这也使其成为历史上投资额度最大的光热发电项目。NRG太阳能公司总裁TomDoyle表示，“Ivanpah电站的建成投运对美国建立在大规模清洁技术创新应用领域的领导者形象至关重要，这种创新将使美国经济在未来几十年内都保持全球竞争力。我们今天看到，Ivanpah电站的建设投运已经改变了能源格局，其证明了大规模太阳能发电不仅仅是可能的，其产生的经济推动力也十分明显。”•另据SolarReserve方面消息，全球最大的塔式熔盐项目新月沙丘光热电站于2015年10月底并网发电。该电站装机110MW，位于美国内华达州Tonopah，配10小时熔盐储热系统，设计年发电量为5亿度。•一个典型的塔式光热电站主要包括如下部分：•定日镜•集热器•塔•发电模块一个典型的塔式电站参数如下表（来源于”TheGlobalConcentratedSolarPowerIndustry”）项目性能年发电效率7-20%峰值效率23%容量因子20-78%运行温度575℃年发电量6GWh/年/兆瓦每兆瓦耗水量750加仑/兆瓦时土地要求83600平方米/兆瓦土地使用(平方米/兆瓦时/年)8-12储热时间7-15小时储热介质熔盐技术成熟度中等装机容量范围10-200兆瓦太阳能菲涅尔聚光热发电技术C菲涅尔式聚光热发电示意图•线性菲涅尔式CSP电站是一种结构相似于槽式，但更为简单的系统。它采用靠近地面放置的多个几乎是平面的镜面结构（带单轴太阳跟踪的线性菲涅尔反射镜），将阳光反射到上方的热吸收管上，并将其中的导热介质加热。介质可以选用导热油或者熔盐导热，通过换热，然后驱动后端的涡轮发电机；也可以直接使用水作为介质，产生高温的蒸气直接驱动后端的涡轮发电机发电。菲涅尔式太阳能热发电技术的产业化程度目前既然较低。缺乏成熟的商业运作电站经验。尽管如此，菲涅尔太阳能热发电正在发展成为一个成熟的技术。•世界上第一个大规模线性菲涅尔反射镜电站建立于1991年，是由PAZ公司在以色列建立的。但是这个系统遇到了技术问题导致光学反射率低从而导致光电转换效率非常低。2001年比利时公司Solarmundo建造了一个2500平方米的原型线性菲涅尔阵列用来产生蒸汽。Solarmundo是第一个成功证明菲涅尔反射技术可行性的公司。第一个2兆瓦的商业菲涅尔电站建造在西班牙的Murcia省。目前在西班牙有比较大的菲涅尔光热发电计划，西班牙NovatecBiosol公司总容量为90兆瓦的菲涅尔电站计划，其中第一个项目PuertoErrado1容量为2兆瓦，PuertoErrado2容量将达到30兆瓦，目前正在建设中。全球在运营的商业菲涅尔电站规模依然较小，但有希望在未来取得突破性增长。目前菲涅尔反射技术产业链中的核心设备有待于继续研发以达到商业化运营程度大规模