光热发电技术发展的探讨与展望.pdf

第 卷 第期 年月P OWE RE QU I PME N TV o l ,N o J u l 收稿日期:;修回日期:基金项目:青海省科技计划重大科技专项(S F A )作者简介:杨倩鹏(),男,高级工程师,从事新能源发电、储能技术的研究工作.E m a i l:q q c o m光热发电技术发展的探讨与展望杨倩鹏,朱豪飞,陈柏旭,孟祥飞,(国家电投集团青海光伏产业创新中心有限公司,西宁 ;华北电力大学 能源动力与机械工程学院,北京 ;青海黄河上游水电开发有限责任公司,西宁 )摘要:“十四五”规划期间,光热发电的技术研究和产业应用都将进入快速发展时期.通过总结光热发电领域的基本概况和产业现状,研究分析光热发电的系统形式、子系统技术及相关前沿技术,基于度电成本和装机容量对光热发电前景进行展望.通过分析得出:“十四五”规划期间光热发电的技术路线应以发展塔式光热发电关键技术为主,同时突破关键设备、储热介质和控制软件技术,兼顾发展碟式光热发电和分布式光热发电技术;产业路线应以推动塔式光热发电规模化、商业化为主,兼顾分布式光热发电产品的开发应用,以及光热发电的多能互补和多联产应用.关键词:光热发电;塔式系统;槽式系统;多能互补中图分类号:TM 文献标志码:A文章编号:X()D O I:/j c n k i f d s b D i s c u s s i o na n dO u t l o o ko nt h eD e v e l o p m e n t o fS o l a rT h e r m a lP o w e rG e n e r a t i o nT e c h n o l o g yY a ngQ i a npe ng,Z h uH a o f e i,C h e nB o x u,M e ngX i a ngf e i,(Q i ngh a iP h o t o v o l t a i cI n d u s t ryI n n o v a t i o nC e n t e rC o,L t d,S t a t eP o w e r I n v e s t m e n tC o rpo r a t i o n,X i n i ng ;S c h o o l o fE n e rg yP o w e ra n dM e c h a n i c a lE ngi n e e r i ng,N o r t hC h i n aE l e c t r i cP o w e rU n i v e r s i ty,B e iji ng ,C h i n a;Q i ngh a iY e l l o wR i v e rUps t r e a m Hyd r opo w e rD e v e l opm e n tC o,L t d,X i n i ng ,C h i n a)A b s t r a c t:D u r i ngt h e t h F i v e Y e a rP l a npe r i o d,t h et e c h n o l og yr e s e a r c h a n dt h ei n d u s t ryap pl i c a t i o no f t h es o l a r t h e r m a lpo w e rge n e r a t i o nw o u l dh a v ear api dd e v e l opm e n t Bys u mm a r i z i ngt h eb a s i cpr o f i l ea n di n d u s t rys t a t u so ft h es o l a rt h e r m a lpo w e rge n e r a t i o nd o m a i n,r e s e a r c h e sa n da n a lys e sw e r ec o n d u c t e do nt h esys t e mf o r m,t h es u b sys t e mt e c h n o l og ya n dc o r r e spo n d i nga d v a n c e dt e c h n o l ogi e so f t h e s o l a r t h e r m a lpo w e rge n e r a t i o n,w h i l e t h eo u t l o o kw a s c a r r i e do u t f o r t h epr o spe c to f t h es o l a rt h e r m a lpo w e rge n e r a t i o nt e c h n o l og yb a s e do nt h el e v e l i z e dc o s to fe l e c t r i c i tya n dt h ei n s t a l l e dc apa c i ty T h r o ugha n a lys i s,f o r t h ed e v e l opm e n t r o u t eo f t h es o l a r t h e r m a lpo w e rge n e r a t i o nd u r i ngt h e t hF i v e Y e a rP l a npe r i o d,t h ek eyt o w e rs o l a rt h e r m a lpo w e rge n e r a t i o nt e c h n o l ogi e ss h o u l dpl ayam a i nr o l e,a n dt e c h n o l ogi e s s u c ha s t h ek eyequ ipm e n t,t h et h e r m a l s t o r agem e d i aa n dt h ec o n t r o ls o f t w a r es h o u l dge ta b r e a k t h r o ugh,w h i l et h e d i s cs o l a rt h e r m a lpo w e rge n e r a t i o nt e c h n o l og ya n d t h e d i s t r i b u t e d s o l a r t h e r m a lpo w e rge n e r a t i o n t e c h n o l og yn e e d a b a l a n c e dd e v e l opm e n t T h e i n d u s t r i a l r o u t e s h o u l d f o c u s o npr o m o t i ngt h e s c a l e e xpa n s i o n a n d t h ec o mm e r c i a l i z a t i o no f t h e t o w e r s o l a r t h e r m a lpo w e rge n e r a t i o n,w h i l e s h o u l dgi v ec o n s i d e r a t i o nt ot h ed e v e l opm e n ta n d ap pl i c a t i o n o f d i s t r i b u t e d s o l a rt h e r m a lpo w e rge n e r a t i o npr o d u c t s,a n d t h em u l t i e n e rg yc o mpl e m e n t a t i o n a n d m u l t i ge n e r a t i o n ap pl i c a t i o n o f t h e s o l a r t h e r m a lpo w e rge n e r a t i o nK e y w o r d s:s o l a r t h e r m a lpo w e rge n e r a t i o n;t o w e r sys t e m;t r o ughsys t e m;m u l t i e n e rg yc o mpl e m e n t a t i o n第期杨倩鹏,等:光热发电技术发展的探讨与展望近年来,光热发电技术发展迅速,相比于光伏发电,其具有原理简单、规模较大、储能容易、波动较小、寿命较长、制造过程能耗污染较少等优点,在太阳能发电领域逐步引起重视.在全球范围内,大量技术先进、规模较大、包含储能的光热发电项目已经投运或在建,光热发电领域的多项前沿技术也逐步成熟和商业化.近年来,我国在光热发电领域也开展了大量的前沿技术研究,但产业应用水平与世界先进水平还存在一定差距.在“双碳”目标的指引下,“光热”和“光热”模式的市场需求增长显著,带有储热作用的光热电站和风光热打捆的模式,对于提升系统调节灵活性具有重要意义,日益在新型电力系统的建设中占据重要地位.在“十四五”规划期间,我国光热发电的标准持续完善,成本不断降低,技术研究和产业应用都迎来了快速发展时期.同时,光热发电的电价补贴政策取消,市场化序幕已经拉开,围绕光热电站的投资建设、技术路线和产业前景有待进一步探讨.笔者围绕光热发电的基本概况、产业现状和前沿展开分析,基于光热发电的度电成本和装机容量对光热发电的发展前景进行展望,提出“十四五”规划期间我国光热发电的技术进步和产业发展的重点方向.光热发电基本概况 光热发电技术类型光热发电系统形式分为槽式、塔式、碟式和菲涅耳式种.槽式系统采用线性抛物镜面反射,将太阳光聚焦到集热管上加热工质发电,镜面采用自动跟踪系统跟踪太阳光.塔式系统采用含自动跟踪系统的反射器阵列,将太阳光到反射塔上的集热器,驱动工质发电.碟式系统采用碟式反射镜面,将太阳光反射到聚焦面上产生高温,热量通过吸热器传递给工质发电.菲涅耳式系统原理则与槽式系统类似,区别在于其采用了平面反射镜和固定式集热管,因而结构更简单、成本更低、工质更灵活.光热发电发展历史光热发电始于 年,前苏联设计了世界首座塔式光热电站,并建造了小型试验装置.在 世纪 年代爆发石油危机时期,光伏发电技术尚不成熟,其效率较低、成本较高.与光伏发电技术相比,光热发电技术更为成熟、效率较高、成本较 低,成 为 受 到 重 点 关 注 的 太 阳 能 发 电形式.年至 年,光热发电产业迎来了第一次快速发展时期.世界各国建设了多座光热电站,主要采用塔式系统和槽式系统,装机容量从千瓦级到兆瓦级,美国加州S E G S电站是其中的代表.年,世界光热发电累计装机容量达到 MW,但随后化石能源危机趋缓,同时光热发电技术缺少突破、经济性较差,各国普遍放缓了光热电站的建设,光热发电产业由此进入停滞时期.直到 年,世界光热发电累计装机容量仅增长至 MW.年前后,各国又重新认识到光热发电的潜在优势.随着技术的进步,光热发电的建设成本从 元/kW水平下降至 元/kW水平,度电成本也从元/(kWh)下降至 元/(kWh),预计到 年,度电成本将进一步下降至 元/(kWh),这将显著刺激光热发电产业的发展.近年来,各国也相继出台了扶持光热发电产业的多项政策,代表性政策包括价格补贴(F I T)、购电协议(P P A)、配额机制(R P S)、投资税抵减免(I T C)等,加速了光热发电产业的规模化和商业化.我国光热发电产业始于 年代,曾经建设了塔式、碟式光热发电的试验装置,但在 年以前,光热发电的产业应用相对停滞.太阳能资源方面,根据太阳法向直射辐射强度(D N I)评价,我国西藏、新疆、青海、内蒙古和甘肃等地区光热发电的资源潜力巨大.其中,西藏高品质光热资源非常丰富,技术可开发量超过 MW.光热发电产业现状 世界光热发电产业现状 年至 年,世界光热发电产业进入大发展时期,累计装机容量已经接近 MW.截至 年 月底,各国光热发电累计装机容量见图,西班牙和美国是光热发电产业规模最大的个国家,累计装机容量分别占世界总量的 和 .西班牙由于补贴政策停止和光热发电征税等因素,近年来光热发电装机容量增长缓慢,也说明光热发电产业受政策影响仍然明显.年开始,西班牙积极推动光热发电复兴计划,发挥光热电站的储热优势,同时推进光热 光伏混合电站建设.第 卷图截至 年 月底各国光热发电累计装机容量 年以来,美国光热发电产业开始高速发展,新增装机容量主要来自于大型光热发电项目的投运,其中采用了大量前沿技术,代表性项目包括:世界最大的塔式熔盐工质光热电站,内华达州 MW装机容量的新月沙丘光热电站;世界最大的塔式水工质光热电站,加州 MW装 机 容 量 的I v a n p a h光 热 电 站;MW装机容量的S o l a n a槽式光热电站(含h储热);MW装机容量的M o j a v e槽式光热电站等.年以来,美国计划在亚利桑那州建设装机容量为 MW的L aP a z塔式光热电站.中东和非洲的摩洛哥、南非、以色列、阿联酋等国家和地区,近年来也成长为世界光热发电的新兴市场,这些地区光热电站选址的D N I普遍高于 kW/(ma).依靠丰富、优质的太阳能资源,即使在不考虑政策补贴的情况下,可以将光热发电的度电成本控制在 元/(kWh)水平.阿联酋迪拜的 MW光热耦合 MW光伏电站项目是目前世界最大的光热项目,光热部分由 MW塔式熔盐储热机组和个 MW槽式熔盐储热机组构成.中国光热发电产业现状我国光热发电产业近年来快速兴起,年国家启动 个首批光热发电示范项目,规划总装机容量达 MW.年至今,我国光热发电呈爆发式增长.截至 年底,我国光热发电装机容量约为 MW,年至 年我国光热发电累计装机容量变化见图.在目前投运的光热电站中,塔式系统的综合效率高,适用于大规模商业化应用,在投运、在建图 年至 年我国光热发电累计装机容量变化和规划的光热电站中占据主导地位.槽式和菲涅耳式系统由于技术成熟、结构简单等特点,也在产业中占据一定的比例.年以来投运的代表性项目包括:中广核德令哈 MW导热油槽式光热发电项目;首航节能敦煌 MW熔盐塔式光热发电项目;玉门鑫能 MW熔盐塔式光热发电项目;中电工程哈密 MW熔盐塔式光热发电项目;兰州大成敦煌 MW熔盐线性菲涅耳式光热电站;中电建青海共和 MW熔盐塔式示范项目;乌拉特中旗 MW导热油槽式示范项目等.年 月以来,在青海、甘肃和吉林,一批包含超GW光热发电装机容量的风光热互补新能源项目也已经陆续启动.按照相关要求,这批多能互补项目将于 年年底前投运.年月日,国家发展和改革委员会发布 关于 年新能源上网电价政策有关事项的通知,国家能源局组织实施在不同时间并网的机组 采 用 不 同 的 上 网 电 价:对 于 年 和 年全容量并网的首批太阳能热发电示范项目,上网电价按照 元/(kWh)执行;对于 年全容量并网的太阳能热发电示范项目,上网电价按照 元/(kWh)执行;年月日后,对于并网的太阳能热发电示范项目,中央财政不再补贴.该产业政策也预示着光热发电将进入平价发电时代.综合“十四五”规划光热发展目标和上网电价政策,到 年年底,我国光热发电累计装机容量有望达到 GW.光热发电技术路线 光热发电系统特点种光热发电技术的特性见表,其中塔式和槽式光热发电技术的商用更广泛.第期杨倩鹏,等:光热发电技术发展的探讨与展望表种光热发电技术的特性对比形式传热介质聚光比运行温度/系统效率峰值/适宜装机容量/MW储热动力循环产业模式塔式水/蒸汽、熔盐 可储热朗肯循环、布雷顿循环大规模商业化应用槽式水/蒸汽、熔盐、导热油 可储热朗肯循环模块化或联合商业运行碟式熔盐 不可储热斯特林循环分布式小规模菲涅耳式水/蒸汽 可储热朗肯循环商业化示范项目槽式系统和菲涅耳式系统,都属于线性聚焦系统,太阳光被聚焦到线性集热器.配套的太阳跟踪系统通常采用单轴跟踪系统,结构相对简化.二者的优点是结构简单、便于批量化生产、成本较低,其中菲涅耳式系统的优势更为突出.线性聚焦系统的缺点是聚光比小,传热介质只能加 热到 ,因此 发 电 效 率低,此外结构决定了该系统的抗风性能较差.塔式系统和碟式系统都属于点式聚焦系统.塔式系统通常装机容量较大,采用大规模反射镜阵列,将太阳光聚焦到塔顶吸热器,加热传热介质发电.碟式系统出现时间较早,单机容量较小,一般为 kW,由反射镜组成抛物面,吸热器位于抛物面的焦点上,传热介质被加热后驱动斯特林发动机发电.点式聚焦系统的原理,决定塔式系统和碟式系统具有聚光比高、工质温度高、传热路程短、热损失小、发电效率高等优点,其中碟式系统聚光比可以达到数百甚至上千,聚焦温度可以达到 以上.塔式系统的缺点有:由于采用大规模反射镜阵列,造成占地较多、投资较高;采用双轴跟踪系统时,镜场控制也较为复杂.相比之下,碟式系统在占地方面更为灵活,可以采用分布式发电,也可以采用集中式发电,并且对于地面坡度要求也较为宽松.碟式系统的缺点主要是斯特林发动机等关键技术有待成熟,而且目前发电成本较高.在一些特殊领域(如太空探索)方面,碟式系统相比于光伏电池,具有气动阻力低、发射质量小、运行费用低等优势,进而成为空间站发电等前沿领域的技术研究热点.子系统关键技术光热发电系统可以分为个子系统,包括集热系统、热传输系统、储热与热交换系统、发电系统.集热系统采用的聚光集热器形式多样,但原理和组成类似,包括聚光器、吸收器和跟踪系统个主要部件.聚光器即聚光镜,主要指标包括反射率、焦点偏差等,目前国内外主流聚光镜效率可以达到 .跟踪系统是集热系统中技术发展较为迅速的领域.由于太阳位置随时变化,跟踪系统需要随时调整聚光器位置,以保持聚光器接收面与入射太阳光垂直,从而提升集热效果.跟踪系统的关键技术涵盖太阳轨迹、全球定位系统(G P S)、传感器、控制、电机、保护等方面,涉及学科众多.跟踪系统精度对于集热效果的影响显著,的偏差就有可能造成 的能量损失.热传输系统的主要功能是利用传热介质传输集热系统收集的热能,并且将热能输送至发电系统或储热系统.传热介质通常为导热油和熔盐,相比于导热油,目前熔盐的工作温度和发电效率更高,安全性也更好.热传输系统由预热器、蒸汽发生器、过热器和再热器等部件组成.在热传输过程中,传热管道越短,热损耗越小.热传输系统前沿技术主要围绕减小传热管道损耗、降低泵功耗等方向展开,从而提升热传输系统的效率和经济性.相比于光伏发电,光热发电所包含的储热系统也是其重要优势之一.储热系统可以低成本储存太阳能,减少发电间歇性,并且将储存能量用于夜间发电,从而提升光热发电的技术经济性.储热系统的关键技术主要是储热介质.储热介质一般应具有来源丰富、性能稳定、无腐蚀性、储能密度大、传热性能好、成本低廉等特点.相关前沿技术主要朝着提高储热密度和减小储热成本的方向发展.年,美国N R E L发布G e n 路线图,提出种储热介质技术路线,包括熔盐、气体(二氧化碳、氦气等)、固体颗粒(氧化铝、氧化铁、陶瓷、砂等).年,美国能源部对G e n 路线图进行审查,计划将固体颗粒作为未来储热介质的重点方向.采用固体颗粒作为储热介质的系统具有简单、成本较低、可靠性高等特点,便于光热的多联产应用.欧盟C S P 计划也围绕用于塔式光热发电的固体颗粒介质开展实验,具体采用橄榄石第 卷(即镁硅酸盐陶瓷颗粒)作为介质.光热发电的发电系统形式较为多样,除发电机外,根据温度、压力、规模和应用领域的差异,可能包括 汽轮机、燃 气轮机、低沸 点工质 膨 胀机、斯特林发动机等.对于装机容量较大的光热发电机组,其温度、压力与燃煤发电机组相近时,发电系统可以采用常规汽轮机;当温度在 以上时,还可以配合燃气轮机发电.对于装机容量较小的分布式光热发电或中低温光热发电,发电系统还可以选用低沸点工质膨胀机或斯特林发动机等.光热发电机组目前的发电系统以汽轮机系统为主,冷却方式以空冷为主.考虑到光热发电的特点,要求汽轮机在频繁启停、快速启动、部分负荷运行和发电效率等方面具有较好性能.大容量、高参数、高稳定性光热发电技术光热发电的未来趋势是朝着规模增大、参数提高、效率提升、成本降低和间歇性减少等方向发展.光热发电机组单机容量的提高,有助于单位容量建设投资和度电成本的降低,具体关系见图.图光热发电的建设投资、度电成本与机组容量关系整体看来,光热发电的建设投资和度电成本相对于其他发电形式偏高.当光热发电机组的单机容量超过 MW时,建设投资和度电成本下降趋缓,经济性相对较好.这也是目前新建的集中式光热发电项目大多采用 MW装机容量的重要原因.未来随着大容量光热发电技术的进一步发展,MW甚至更大容量的光热发电机组有望逐步得到应用,机组经济性也将进一步提升,度电成本有望降低至元/(kWh)以下.光热发电参数的提高可以使发电效率显著提升.当光热发电工质的温度低于 时,一般采用斯特林循环或有机朗肯循环;当光热发电工质的温度超过 时,可以根据参数选择亚临界、超临界朗肯循环或超临界二氧化碳布雷顿循环.对于种主要光热系统,槽式系统和菲涅耳式系统的聚光比较低,工质温度仅为 ,难以实现超临界循环.碟式系统通常不采用水作为工质,而且由于单机容量较小通常采用斯特林发动机.塔式系统的集热系统可以产生 左右的过热蒸汽,可以基本实现或在燃气辅助下实现超临界循环.因此,目前高参数光热发电技术主要围绕塔式系统展开,装机容量也可以达到 MW.在提升光热发电容量和参数的同时,作为依赖太阳能的新型可再生能源发电技术,如何改善光热发电的间歇性和波动性也是前沿技术的关注热点.目前,提高光热发电稳定性的重点在于发展光热发电的储热技术,关键技术包括先进储热技术、新 型 储 热 材 料 和 智 能 储 热 管 理 等.通过发展储热技术,可以实现提升机组效率和延长储热时间的效果.光热发电储热时间的提升,可以使光热发电的利用时间明显增加,并且可 以 实 现 昼 夜 连 续 的 运 行.例 如,年A b e n g o a公司在智利建设的 MW的C e r r oD o m i n a d o r塔式熔盐电站,由于配备了 h超长时间的储热系统,已经可以实现电站 h不间断的稳定运行.光热发电的多能互补与多联产光热发电可以与燃煤、燃气、光伏、风力、水力等其他发电形式形成互补,同时在发电之外,也可以用于供热、制冷、制氢、制取淡水等多联产用途.光热发电与燃煤发电互补的前沿技术包括共用汽轮机、发电机等设备以降低投资、提升稳定性;同时,利用光热发电的集热系统作为燃煤机组高压加热器等的辅助热源,从而提升综合效率和经济性.光热发电与燃气发电互补的主要形式为热互补,具体形式包括:以光热发电为主,燃气发电辅助加热提升蒸汽参数;以燃气发电为主,光热发电作为辅助热源;兼备汽轮机和燃气轮机,利用燃气发电平滑光热发电的间歇性和波动性.太阳能 天然气联合循环发电(I S C C)技术是这一领域具有代表性的前沿技术.年投运的三亚I S C C示范电站,装机容量为 MW.电第期杨倩鹏,等:光热发电技术发展的探讨与展望站利用太阳能产出 MP a、的过热蒸汽,为燃气 蒸汽联合循环提供部分蒸汽,从而减少天然气用量.光热发电与燃气发电互补的选址,一般考虑在天然气价格低廉、D N I较高、场地充足、电力需求旺盛的地区.世界范围内较好的选址包括中东、北非等地区.我国西北地区的天然气和太阳能资源较为丰富,荒漠等大面积场地充足,但本地电力需求有所不足,电网消纳压力较大.光热发电与光伏发电、风力发电和水力发电互补的技术,则是结合在选址、用途、容量等方面的相似性,以及在昼夜、季节、天气等方面的互补性,实现可再生能源发电之间互相平滑间歇性和波动性,提高整体发电的效率和经济性.目前,世界范围内光热发电与光伏发电的互补技术已有较多成熟应用,具体见表.摩洛哥在建N o o rM i d e l t一期项目采用光热与光伏混合的太阳能发电,可以充分利用白天多余电力加热储热介质,保障系统整体夜间发电,项目整体电价可低至 元/(kWh).表世界范围内光热发电与光伏发电的互补技术代表性项目国家项目名称D N I/(k Wma)技术路线摩洛哥N o o rM i d e l t一期 槽式光热 MW h储热,套光伏 MW阿联酋迪拜项目 槽式光热 MW h储热,塔式光热 MW h储热,光伏 MW,槽式号机组 MW智利C e r r oD o m i n a d o r 塔式光热 MW h储热,光伏 MW南非P o s t m a s b u r g 塔式光热 MW h储热,光伏 MW在光热发电的多联产方面,前沿技术包括将碟式系统和 槽式系统用 于 分 布 式 冷 热 电 三 联供,以及利用光热系统提供热量进行蒸馏淡化 或制取氢气 等.多联产技术的优点在于可以弥补光热发电的间歇性和波动性,充分利用太阳能资源、提升整体效率,并且为海岛、荒漠等偏远地区提供能源和淡水.塔式、碟式光热发电系统产生 的高温固体颗粒,还可以与天然气重整、煤气化、石油裂解等对接,实现热化学互补.光热产生的高温固体颗粒,还可以配合硫碘循环,采用水热解方式制取绿氢,为高效率、低成本制氢提供了新的路径,对于构建氢电互补具有重要意义.光热发电前景展望 度电成本分析种光热发电系统的典型技术经济性指标(含储热情况)见表.光热发电的效率略高于光伏发电,但是建设成本和度电成本显著高于光伏发电.过高的成本制约了光热发电的商业化发展,这也是目前我国光热发电累计装机容量占太阳能发电总量的比例仅为 的主要原因.表光热发电系统的典型技术经济性指标系统形式效率/建设成本/(万元k W)度电成本/(元k Wh)槽式 塔式 碟式 菲涅耳式 随着技术的进步和产业的发展,未来光伏发电和光热发电的成本都将持续降低.储热技术的进步和储热容量的增加,将使光热发电从能源利用效率角度相比于光伏发电更具有优势,从而有望缩小成本差距.对比各种形式光热发电的评价指标,得出未来度电成本趋势主要取决于建设成本和发电效率.种光热发电形式度电成本的预测见图.图种光热发电形式度电成本的预测槽式系统技术成熟、结构简单,目前已经实现批量化生产,未来建设成本的降低幅度有限.同时,槽式系统的工质温度较低,效率提升有限,预期未来其度电成本将缓慢降低,经济竞争力也将逐渐减弱.塔式系统发电效率较高,机组规模较大,部件适合大批量生产,适用于集中式大容量电站.塔式系统由于在发电效率和建设成本方面的优势,度电成本可以比槽式系统低 左右.塔式系统可能逐步替代槽式系统,进而占据光热第 卷发电产业的主导地位.未来塔式系统的规模化建设,也有利于光热发电产业整体度电成本的降低,有助于缩小与光伏发电之间的成本差距.菲涅耳式系统采用平面反射镜和固定式集热管,相比于槽式系统,其结构更简单、成本更低、工质更灵活.因此,未来菲涅耳式系统的建设成本更低、发电效率更高,度电成本的竞争力也更强.碟式系统聚焦温度可以超过 ,配合高效的斯特林发动机,未来将成为效率最高的光热发电系统.碟式系统装机容量通常为数十千瓦,受规模制约,其建设成本下降幅度有限.在度电成本方面,预计碟式系统将仅低于塔式系统,并且更适用于分布式小规模发电.装机容量预测“十四五”规划期间和中长期的国内光热发电各种系统形式的累计装机容量趋势预测结果见图.图国内光热发电形式的累计装机容量预测塔式系统近年来在国外大容量光热电站得到广泛应用,预计世界范围内其装机容量将快速增长.我国大容量光热电站建设较晚,预计塔式系统将在 年前出现装机容量的快速增长,同时凭借效率和成本优势巩固光热发电的主导地位.槽式系统由于技术成熟、结构简单,在未来年至 年内仍具有一定的竞争力.年后,槽式系统由于效率和成本方面的劣势,竞争力逐步减弱,但由于光热电站寿命较长,因此累计装机容量预计将保持在稳定水平.菲涅耳式系统相比于槽式系统在技术方面有所改进,未来其度电成本更低,年后,将逐步替代一部分槽式系统的市场份额.槽式系统和菲涅耳式系统作为结构简单、温度较低的光热发电形式,未来仍然占有一定市场份额.因此,槽式系统和菲涅耳式系统的装机总容量仍将稳步增长,但 在 产 业 中 的 装 机 容 量 比 例 将 明 显下降.碟式系统在分布式小规模光热发电市场中,竞争力强于槽式系统.随着我国偏远高原、山区和海岛等区域光热发电市场的逐步完善,年后,碟式系统装机容量将快速增长,并且在分布式光热发电领域有望占据主导地位.展望未来,我国太阳能发电总装机容量仍将快速增长,其中光伏发电仍将占据较高的装机容量比例.光热发电装机容量在太阳能发电装机容量占比,有望从 年的 逐步提升至 年的,从而占据一席之地.光热发电技术与产业建议在“十四五”规划时期,我国光热发电的技术研究和产业应用都处于高速发展时期.从集中式、分布式等角度,提出未来技术研究和产业应用的路线,有助于更好地引导光热发电的战略方向.“十四五”规划期间光热发电的技术研究路线的重点工作包括:()掌握塔式系统的整体设计、建造和运行技术,优化各子系统设备之间的空间布局,强化双轴跟踪系统控制技术,从而减少镜场占地面积,节约塔式系统投资,助力产业推广.()研制高精度跟踪系统,提升传感器与电机技术水平,缩小与国外跟踪系统的精度差距;同时,研究新型储热介质与储热管理技术,提高储热系统效率,推动我国光热发电系统整体效率的提升.()提升自动跟踪系统的软件算法和计算规模,从而提高光热发电系统的聚光比、工质参数、容量规模和稳定性,服务构建大容量、高参数、高稳定性的集中式光热发电技术体系.()开展碟式系统和分布式光热发电技术研究,重点研发斯特林发动机关键技术;研发斯特林发动机的气缸耐磨材料等关键材料,从而提高设备寿命、减少运维成本;开发国产化模型软件,优化斯特林发动机结构,提高碟式系统的发电效率和经济性.“十四五”规划期间光热发电的产业应用路线的重点工作包括:()建设大容量、高参数且包含储热系统的塔式光热电站示范工程,主要指标达到同时期国外先进电站水平,促进集中式光热发电发展的规第期杨倩鹏,等:光热发电技术发展的探讨与展望模化和商业化.()拓展分布式光热发电市场,研发成熟可靠的碟式光热发电国产成套产品,在细分市场上占据优势.()推进光热发电的多能互补与多联产等产业应用,探索符合国情的光热发电与其他发电形式的多能互补工程应用,开拓用于制冷、供暖、制取淡水、制取氢气等新兴产业的光热发电技术发展.结语结合对光热发电的度电成本和装机容量趋势预测,开展了量化的光热产业前景分析,提出了“十四五”规划期间国内光热发电的技术研究和产业应用的重点工作建议,有望为“双碳”目标背景下“光热”和“光热”模式的市场化发展提供参考,助力国内新型电力系统的建设.参考文献:Z HUGD,WE N D E L I NT,WA GN E RMJ,e t a l H i s t o r y,c u r r e n t s t a t e,a n d f u t u r eo f l i n e a rF r e s n e l c o n c e n t r a t i n g s o l a rc o l l e c t o r sJ S o l a rE n e r g y,:张明宝,张春伟,唐卉浅析太阳能光热发电技术的发展J锅炉制造,():,B l o o m b e r gN e wE n e r g yF i n a n c e N e we n e r g yo u t l o o k R N e wY o r k:B l o o m b e r gN e wE n e r g yF i n a n c e(B N E F),I n t e r n a t i o n a lE n e r g y A g e n c y T e c h n o l o g yr o a d m a p:s o l a rt h e r m a le l e c t r i c i t y RP a r i s:I n t e r n a t i o n a lE n e r g yA g e n c y(I E A),I n t e r n a t i o n a lR e n e w a b l eE n e r g yA g e n c y R e n e w a b l ep o w e rg e n e r a t i o nc o s t si n RA b u D h a b i:I n t e r n a t i o n a lR e n e w a b l eE n e r g yA g e n c y(I R E NA),S E N E R C,F THE NAK I S VE n e r g yp o l i c ya n df i n a n c i n go p t i o n st oa c h i e v es o l a re n e r g yg r i dp e n e t r a t i o nt a r g e t s:a c c o u n t i n gf o re x t e r n a lc o s t sJR e n e w a b l ea n dS u s t a i n a b l eE n e r g yR e v i e w s,:张悦,申彦波,石广玉面向光热发电的太阳能短期预报技术J电力系统自动化,():张亮青海地区太阳能光热发电前景分析J化肥设计,():童伟,孙庆光热发电资源市场分析及业务发展策略探讨J水电站设计,():张福君,李凤梅综述太阳能光热发电技术发展J锅炉制造,():,黄杭昌,俞磊,唐晓晟,等高精度太阳追踪系统研究与实现J电子技术应用,():V L E ZF,S E G OV I AJ J,MA R T N MC,e t a l At e c h n i c a l,e c o n o m i c a la n d m a r k e tr e v i e w o fo r g a n i c R a n k i n ec y c l e s f o r t h e c o n v e r s i o no f l o w g r a d eh e a t f o rp o w e rg e n e r a t i o nJR e n e w a b l ea n d S u s t a i n a b l e E n e r g y R e v i e w s,():陈润泽,孙宏斌,李正烁,等含储热光热电站的电网调度模型与并网效益分析J电力系统自动化,():J AME LMS,R AHMANAA,S HAM S UD D I NAH A d v a n c e s i nt h e i n t e g r a t i o no fs o l a rt h e r m a le n e r g yw i t hc o n v e n t i o n a l a n dn o n c o n v e n t i o n a lp o w e rp l a n t sJR e n e w a b l ea n dS u s t a i n a b l eE n e r g yR e v i e w s,:R OV I R AA,MON T E SMJ,VA R E L AF,e t a l C o m p a r i s o no fh e a t t r a n s f e r f l u i da n dd i r e c ts t e a mg e n e r a t i o nt e c h n o l o g i e s f o ri n t e g r a t e ds o l a rc o m b i n e dc y c l e sJA p p l i e dT h e r m a lE n g i n e e r i n g,():晋宏杨,孙宏斌,郭庆来,等含大规模储热的光热电站风电联 合 系 统 多 日 自 调 度 方 法 J电 力 系 统 自