光熱發(fā)電及熔鹽的應(yīng)用前景

史忠錄，杜佩英，屈小榮，馬彥軍

(1.青海鹽湖工業(yè)股份有限公司，青海 格爾木 816099；2.青海省鹽湖資源綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 格爾木 816099；3.青海省鹽湖資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，青海 格爾木 816099；4.國(guó)家鹽湖資源綜合利用工程技術(shù)研究中心，青海 格爾木 816099)

1 前言

為了保護(hù)人類環(huán)境，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，減少不可再生化石能源的耗用，大力開(kāi)發(fā)利用清潔、干凈的新能源和取之不盡的可再生能源，已經(jīng)成為當(dāng)前世界普遍關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。在眾多的新能源中，太陽(yáng)能由于其無(wú)與倫比的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，正受到越來(lái)越多的關(guān)注。太陽(yáng)能光熱發(fā)電是一種可調(diào)、穩(wěn)定、環(huán)保的新能源電力生產(chǎn)技術(shù)，作為可再生能源技術(shù)的重要分支之一，光熱發(fā)電技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)輻射力強(qiáng)，已成為全球多個(gè)國(guó)家重點(diǎn)支持發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，國(guó)際能源署更預(yù)測(cè)到2050年，光熱發(fā)電可貢獻(xiàn)全球11%的電力需求。

2 全球太陽(yáng)能光熱發(fā)電現(xiàn)狀

熔鹽在光熱發(fā)電中的應(yīng)用，截止2017年底全球光熱裝機(jī)規(guī)模已達(dá)到了5 133 MW。隨著摩洛哥NOOR2和摩洛哥NOOR3的投產(chǎn)以及我國(guó)中廣核50 MW的投產(chǎn)，估計(jì)規(guī)模會(huì)有一個(gè)比較大的增長(zhǎng)。全球光熱發(fā)電以槽式為主，占比達(dá)到80%以上，最近再建項(xiàng)目有比較大的漲幅，但是仍然以槽式為主，從全球光熱發(fā)電現(xiàn)狀來(lái)看西班牙最多，達(dá)到了230萬(wàn)kW，美國(guó)180萬(wàn)kW左右，其他國(guó)家光熱發(fā)電比較少。西班牙200 MW的光熱發(fā)電是目前全球唯一參與光熱發(fā)電平衡的項(xiàng)目，摩洛哥NOOR2二期的槽式電站是全球最大的20 MW的電站，摩洛哥NOOR3三期在建，是目前最大的塔式電站，由中國(guó)和西班牙承建的EPC項(xiàng)目。目前全球最大的光熱發(fā)電項(xiàng)目是阿聯(lián)酋迪拜太陽(yáng)能園區(qū)第四期700 MW光熱發(fā)電項(xiàng)目。全球光熱發(fā)電趨勢(shì)見(jiàn)圖1。

3 我國(guó)太陽(yáng)能光熱發(fā)電的現(xiàn)狀

由于各方面的原因，我國(guó)已建成的光熱發(fā)電項(xiàng)目較少，投入發(fā)電系統(tǒng)的主要是八達(dá)嶺1 MW塔式電站、首航節(jié)能10 MW天津?yàn)I海新區(qū)塔式熔鹽電站，及2018-07投入的兆陽(yáng)的線性菲涅爾供暖取熱的發(fā)電項(xiàng)目，其余一些都是還沒(méi)入網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

我國(guó)于2016-09啟動(dòng)了首批20個(gè)光熱發(fā)電項(xiàng)目，總裝機(jī)容量1.349 GW，發(fā)電價(jià)格定為1.15元/kW·h，當(dāng)時(shí)確定7個(gè)槽式發(fā)電、4個(gè)線性菲涅和9個(gè)塔式光熱發(fā)電，經(jīng)過(guò)一年多的建設(shè)，其中有16個(gè)項(xiàng)目在繼續(xù)進(jìn)行建設(shè)，4各項(xiàng)目由于種種原因已退出項(xiàng)目建設(shè)。目前首批光熱發(fā)電項(xiàng)目的調(diào)整為16個(gè)項(xiàng)目后總裝機(jī)容量1.014 GW，塔式7個(gè)、槽式2個(gè)、線性菲涅2個(gè)，其中，分布區(qū)域?yàn)楦拭C8個(gè)、青海4個(gè)、河北3個(gè)、內(nèi)蒙1個(gè)、新疆1個(gè)。熔鹽儲(chǔ)能在青海省海西州作的多能互補(bǔ)、多能集成優(yōu)化示范項(xiàng)目，是以風(fēng)、光、熱、儲(chǔ)為主導(dǎo)的純清潔能源基地。光伏發(fā)電項(xiàng)目200 MW，風(fēng)電項(xiàng)目400 MW，光熱發(fā)電項(xiàng)目50 MW、蓄電池儲(chǔ)能電站50 MW，總裝機(jī)容量700 MW(圖2)。該項(xiàng)目充分體現(xiàn)了多能互補(bǔ)的優(yōu)勢(shì)，多能互補(bǔ)、多能集成優(yōu)化示范項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)后可以作為電網(wǎng)高峰時(shí)的調(diào)峰和調(diào)頻的作用，項(xiàng)目即節(jié)能環(huán)保又能充分發(fā)揮西部的太陽(yáng)能光熱、風(fēng)能的優(yōu)勢(shì)。

圖2 我國(guó)部分省、自治區(qū)太陽(yáng)能光熱發(fā)電趨勢(shì)圖Fig.2 Trend map of solar photoelectric heating in some provinces in China

4 光熱發(fā)電在我國(guó)的發(fā)展前景

2018-06，在北京召開(kāi)的中國(guó)光熱電站大會(huì)暨CSPPLAZA年會(huì)上，全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織的《構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)，促進(jìn)光熱發(fā)電大規(guī)模發(fā)展》報(bào)告中對(duì)全球電源裝機(jī)預(yù)測(cè)2050年為3.67×105億W，全球清潔能源裝機(jī)占比：2030年前超過(guò)化石能源，2050年達(dá)到83%。其中,光熱發(fā)電作為靈活性調(diào)節(jié)裝機(jī)保持在1/3以上，預(yù)計(jì)2035年靈活性調(diào)節(jié)裝機(jī)比例達(dá)到44%，其中，光熱1.2×104億W；2050年靈活性調(diào)節(jié)裝機(jī)比例達(dá)到35%，其中，光熱3.2×104億W。我國(guó)具有較好的光熱發(fā)電資源，其中，光熱熱源較好的面積達(dá)到84萬(wàn)km2，10萬(wàn)km2面積的年發(fā)電量預(yù)計(jì)5 400×108kW·h。按照配置儲(chǔ)熱系統(tǒng)裝機(jī)組的利用小時(shí)數(shù)為3 500 h計(jì)算，10萬(wàn)km2土地可裝機(jī)容量約為1.5×104億W。甘肅阿克塞光熱資源條件非常好，土地全是隔壁沙灘，特備適合太陽(yáng)能光熱發(fā)電。我國(guó)的新疆哈密地區(qū)的發(fā)電條件也十分優(yōu)越，新疆地區(qū)計(jì)劃2020年規(guī)劃利用太陽(yáng)能光熱發(fā)電達(dá)到2 GW；新疆哈密市中長(zhǎng)期光熱發(fā)電開(kāi)發(fā)規(guī)劃報(bào)道，新疆當(dāng)?shù)刭Y源可支撐200 GW光熱發(fā)電的條件，規(guī)劃至2030年裝機(jī)容量20 GW。光熱發(fā)電作為一種新興的、清潔的可再生能源，可以向電網(wǎng)提供清潔、穩(wěn)定、可調(diào)峰的優(yōu)質(zhì)電力等同于實(shí)現(xiàn)用清潔的電能替代常規(guī)化石能源；采用光熱發(fā)電技術(shù)可減少同期二氧化碳等廢氣的排放，并且在其運(yùn)行期間沒(méi)有固體垃圾產(chǎn)生，對(duì)于保護(hù)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)和諧社會(huì)具有積極意義。光熱發(fā)電技術(shù)在未來(lái)的研發(fā)和應(yīng)用中，將朝著“高參數(shù)、大容量、連續(xù)發(fā)電”這三個(gè)技術(shù)方面發(fā)展。

5 熔鹽在太陽(yáng)能光熱發(fā)電中的應(yīng)用

熔鹽在儲(chǔ)熱技術(shù)中的應(yīng)用，主要以三種形式存在，儲(chǔ)熱介質(zhì)的要求是儲(chǔ)熱密度大，穩(wěn)定性好，無(wú)毒、無(wú)腐蝕、不易燃燒、且價(jià)格低廉，導(dǎo)熱油系數(shù)大，能量可以及時(shí)地儲(chǔ)存或取出，不同狀態(tài)間轉(zhuǎn)化時(shí)、材料體積變化要小，合適的使用溫度。熔鹽的優(yōu)點(diǎn)是傳熱性能好，飽和蒸氣壓低，溫度高，壽命長(zhǎng)，缺點(diǎn)是凝固點(diǎn)高，防凝要求高，某些熔鹽的腐蝕性強(qiáng)。我國(guó)在建的第一批光熱發(fā)電示范項(xiàng)目中，除張北華強(qiáng)50 MW項(xiàng)目采用其他儲(chǔ)熱技術(shù)，其余全部采用了熔鹽儲(chǔ)熱技術(shù)，由此可見(jiàn)熔鹽的儲(chǔ)能技術(shù)是非常實(shí)用的。

6 結(jié)論

太陽(yáng)能光熱發(fā)電方式具有與現(xiàn)有電網(wǎng)匹配性好、光電轉(zhuǎn)化率高、可連續(xù)穩(wěn)定和調(diào)峰發(fā)電的能力、發(fā)電設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程綠色環(huán)保等其他方式不可比擬的優(yōu)勢(shì)，因此成為今后新能源領(lǐng)域開(kāi)發(fā)應(yīng)用的熱點(diǎn)，各國(guó)都出臺(tái)了相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)扶持和激勵(lì)政策，全球總裝機(jī)規(guī)模持續(xù)上升，呈現(xiàn)出一種蓬勃發(fā)展的景象。