就入選中國首批示范的20個項(xiàng)目來說，均采用單一的塔式、槽式或菲涅爾式技術(shù)。而同樣由國家能源局發(fā)布的23個首批多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范工程中也包含一定的光熱發(fā)電裝機(jī)，其中由山東電力建設(shè)第三工程有限公司擔(dān)任EPC的魯能海西州格爾木多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范項(xiàng)目目前也在積極推進(jìn)建設(shè)。
雖然裝機(jī)50MW的光熱發(fā)電系統(tǒng)相對于總裝機(jī)700MW的魯能項(xiàng)目只能作為配角，但這種“光熱發(fā)電+”的電站開發(fā)模式也提供了一種光熱發(fā)電項(xiàng)目開發(fā)的新思路。
目前，鑒于光熱發(fā)電依然面臨著投資成本較大、度電成本較高的現(xiàn)狀，采用“光熱發(fā)電+”的電站開發(fā)模式在一定程度上可有助于削減光熱發(fā)電項(xiàng)目的投資成本，降低投資風(fēng)險。
從理論上來講，光熱發(fā)電四種主要技術(shù)路線之間、光熱發(fā)電與傳統(tǒng)火電以及與其它可在生能源之間都有可能碰撞出“火花”，并實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)多贏的理想效果。
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光熱發(fā)電+光熱發(fā)電
首先來看看不同光熱發(fā)電技術(shù)路線之間可以進(jìn)行哪些“光熱發(fā)電+”組合以及目前業(yè)界已經(jīng)進(jìn)行了哪些嘗試。
1）槽式+塔式
代表項(xiàng)目：摩洛哥Noor Ouarzazate太陽能綜合體項(xiàng)目、迪拜700MW光熱電站
2017年9月，一則新聞大大鼓舞了中國光熱發(fā)電行業(yè)：沙特ACWA電力公司(ACWA Power)和上海電氣集團(tuán)股份有限公司聯(lián)合體以7.3美分/kWh的超低電價中標(biāo)迪拜700MW項(xiàng)目EPC總承包合同。
迪拜700MW光熱項(xiàng)目位于迪拜阿勒馬克圖姆太陽能園，由3個裝機(jī)為200MW的槽式電站（世界上單體裝機(jī)最大的槽式電站）以及1個裝機(jī)為100MW的塔式電站組成，是目前全球規(guī)模最大光熱電站項(xiàng)目。該項(xiàng)目是迪拜“清潔能源戰(zhàn)略”的重要組成部分，每年能夠?yàn)榈习?70000多家住戶提供清潔電力，每年可減少140萬噸碳排放量。
該超低電價的誕生在一定程度上歸功于該項(xiàng)目一塔三槽的設(shè)計(jì)方案。槽式與塔式發(fā)電技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)方案可以集合槽式的成熟和塔式的高效，還能提高項(xiàng)目整體的儲能能力并降低儲能成本。從技術(shù)層面來看，槽式技術(shù)相對更加成熟，商業(yè)化驗(yàn)證程度也更高，其裝機(jī)量在目前已建成光熱發(fā)電項(xiàng)目裝機(jī)量中占比最大。但塔式光熱技術(shù)正憑借其較高的工作運(yùn)行溫度和因此帶來的整體系統(tǒng)效率提升而逐步開始發(fā)力，在全球范圍內(nèi)開始得到大規(guī)模部署。
ACWA Power業(yè)務(wù)發(fā)展執(zhí)行總監(jiān)Andrea Lovato表示：“按照我們的技術(shù)方案，塔式光熱系統(tǒng)將配置15小時的儲熱系統(tǒng)，而槽式系統(tǒng)將配置11個小時的儲熱系統(tǒng)，這兩種技術(shù)的有機(jī)結(jié)合使系統(tǒng)可以根據(jù)需求隨時提供電力，同時又有助于降低總發(fā)電成本。槽式技術(shù)是一種更成熟、風(fēng)險更低的技術(shù)路線，而塔式技術(shù)的加入將助力儲能成本下降。”
此外，即將全面投運(yùn)、也由山東電力建設(shè)第三工程有限公司參建的摩洛哥Noor Ouarzazate太陽能綜合體項(xiàng)目也已體現(xiàn)出槽式與塔式技術(shù)結(jié)合的優(yōu)勢，其中一期NOORI（160MW）、二期NOORII（200MW）采用槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)，三期NOORIII(150MW)采用塔式太陽能熱發(fā)電技術(shù)，而NOORII和NOORIII項(xiàng)目此前的平均中標(biāo)價15.67美分/kWh代表了當(dāng)時光熱發(fā)電項(xiàng)目的最低電價水平。
▲ NOOR光熱發(fā)電項(xiàng)目綜合體全景
2）菲涅爾+塔式
代表項(xiàng)目：日本三菱菲涅爾塔式混合光熱發(fā)電系統(tǒng)
由日本三菱日立電力系統(tǒng)（MHPS）建設(shè)的菲涅爾塔式混合光熱發(fā)電系統(tǒng)由低溫菲涅爾集熱蒸發(fā)系統(tǒng)、塔式過熱器和收集太陽光線的定日鏡等部分組成。與傳統(tǒng)的光熱發(fā)電系統(tǒng)相比，這一混合型系統(tǒng)能夠以更低成本生產(chǎn)溫度更高的蒸汽。
在該系統(tǒng)中，菲涅爾集熱器將收集70%的太陽光線，通過與水換熱產(chǎn)生溫度300攝氏度左右的蒸汽。之后，蒸汽會被送到位于塔頂?shù)奈鼰崞鳎ㄟ^定日鏡的聚焦，進(jìn)一步加熱到550攝氏度左右。由于蒸汽已經(jīng)被預(yù)熱過，其所需的定日鏡陣列規(guī)模也要小得多，因此成本遠(yuǎn)低于常規(guī)的CSP系統(tǒng)。MHPS表示，這套測試中的混合光熱發(fā)電系統(tǒng)，能夠產(chǎn)生等效300千瓦的電能。
據(jù)了解，該項(xiàng)目占地面積約為10000m²，包括菲涅爾集熱蒸發(fā)系統(tǒng)、塔式吸熱器和150面塔式定日鏡，這些配置有跟蹤系統(tǒng)的定日鏡可以跟蹤太陽以將更多太陽光線反射到過熱器的焦點(diǎn)上。
3）碟式+槽式/塔式
從發(fā)電原理角度來說，碟式與槽式、塔式及菲涅爾式有較大不同，在中國首批示范項(xiàng)目競爭中也落得下風(fēng)。但在申報(bào)過程中，“碟式斯特林+槽式”、“碟式斯特林+塔式”開發(fā)模式的出現(xiàn)仍叫人眼前一亮。
雖然上述兩種開發(fā)模式目前尚無大型商業(yè)化項(xiàng)目案例，但隨著碟式光熱技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，未來這兩種開發(fā)模式也值得期待。
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光熱發(fā)電+其它清潔能源
1）光熱發(fā)電+光伏
采用光熱光伏混合開發(fā)模式的案例較多，該模式可以實(shí)現(xiàn)在對太陽能資源相對高效和經(jīng)濟(jì)性利用的同時，為人類持續(xù)穩(wěn)定提供綠色電能。
代表項(xiàng)目：Ashalim太陽能綜合體、Noor Midelt光熱光伏混合電站、智利Cerro Dominador項(xiàng)目、Noor Ouarzazate太陽能綜合體項(xiàng)目等。
以色列在建的總裝機(jī)超300MW的Ashalim太陽能綜合體項(xiàng)目包括兩個光熱發(fā)電項(xiàng)目（Ashalim1和Ashalim2，裝機(jī)均為121MW）和一個裝機(jī)70MW的光伏發(fā)電項(xiàng)目；Noor Midelt項(xiàng)目總裝機(jī)規(guī)模預(yù)計(jì)為400MW，按照初步設(shè)想，該項(xiàng)目將建于Midelt東北方向約25公里處，總占地面積達(dá)3000公頃，其中光熱發(fā)電裝機(jī)將達(dá)150-190MW、儲熱時長可達(dá)5小時以上，而光伏電站裝機(jī)量由投標(biāo)人自行決定，但不能超過光熱電站夜間凈容量的20%；拉丁美洲首個光伏光熱混合電站Cerro Dominador則由一個裝機(jī)100MW的光伏電站和一個110MW的塔式光熱電站組成，總投資達(dá)18億美元；上文已經(jīng)提到的Noor Quarzazate項(xiàng)目位于摩洛哥瓦爾扎扎特（Ouarzazate），總裝機(jī)580MW，占地2000公頃，耗資27億美元，包括510MW的光熱發(fā)電裝機(jī)和70MW的光伏裝機(jī)。
▲ 裝機(jī)121MW的Ashalim1塔式光熱電站
光熱發(fā)電與光伏發(fā)電的結(jié)合越來越受到大眾的關(guān)注與認(rèn)可。此前，德國航空航天中心DLR研究結(jié)果表明，在現(xiàn)有條件下，光熱和光伏相結(jié)合是目前最具前景的太陽能發(fā)電技術(shù)路線。光伏發(fā)電廠直接向電網(wǎng)供電，在用電高峰期，比如夜間，光熱將在夜晚通過儲熱發(fā)揮其優(yōu)勢。即使增加化石燃料補(bǔ)燃也將相對容易可行，成本不會過高。
另外，摩洛哥可持續(xù)能源署masen高級代表Adil Bouabdallah在于不久前召開的CPC2018大會上曾表示，masen認(rèn)為光伏和光熱的結(jié)合將會是未來太陽能發(fā)展的方向。通過不同比例的配置，可以開發(fā)出3種組合模式；高CSP低PV，此種模式中，光熱晝夜運(yùn)行；CSP&PV平均分配，白天光伏用于發(fā)電，光熱僅在部分時間發(fā)電，夜間光熱滿負(fù)荷發(fā)電；高PV和低CSP的模式，光伏白天發(fā)電，光熱儲能用于夜間發(fā)電。這種太陽能混合發(fā)電的概念正逐漸在全球范圍內(nèi)被廣泛認(rèn)識。
2）光熱發(fā)電+光伏+風(fēng)電+儲能
在此類項(xiàng)目中，光熱發(fā)電往往利用其出色的調(diào)峰能力擔(dān)任輔助角色，但隨著光熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，有望不斷提升自己的比重。
代表項(xiàng)目：魯能海西州700MW風(fēng)光熱儲多能互補(bǔ)項(xiàng)目
開篇提到的魯能海西州700MW風(fēng)光熱儲多能互補(bǔ)項(xiàng)目由西北電力設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，位于青海省海西州格爾木市境內(nèi)，總裝機(jī)容量700兆瓦，其中風(fēng)電400兆瓦，光伏200兆瓦，光熱50兆瓦，儲能50兆瓦。該項(xiàng)目于2017年6月開工，成為國家首個正式建設(shè)的集風(fēng)光熱儲于一體的多能互補(bǔ)科技創(chuàng)新項(xiàng)目。
▲ 魯能格爾木熔鹽塔式光熱項(xiàng)目
建設(shè)現(xiàn)場俯瞰
該項(xiàng)目旨在將風(fēng)電、光伏、光熱和儲能結(jié)合起來，形成風(fēng)、光、熱、儲多種能源的優(yōu)化組合，以有效解決用電高峰期和低谷期電力輸出的不平衡問題，提高能源利用效率，優(yōu)化新能源電力品質(zhì)，增強(qiáng)電力輸出功率的穩(wěn)定性，提升電力系統(tǒng)消納風(fēng)電、光伏發(fā)電等間歇性可再生能源的能力和綜合效益。
通過多能互補(bǔ)聯(lián)合運(yùn)行后，可有效減輕電網(wǎng)調(diào)峰壓力?？紤]出力限額與青海省負(fù)荷曲線匹配，本項(xiàng)目通過儲能和光熱聯(lián)合調(diào)節(jié)，將大幅降低限電比例。
3）光熱發(fā)電+光伏+地?zé)?/div>
代表項(xiàng)目：美國內(nèi)達(dá)華州Stillwater混合電站
利用地?zé)崮芎凸鉄徇M(jìn)行聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，不僅可以使焓值較低的地?zé)崮苻D(zhuǎn)變?yōu)殪手递^高的能源加以利用，提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，又可以維持機(jī)組連續(xù)運(yùn)行，避免了單一太陽能發(fā)電系統(tǒng)的缺點(diǎn)。
光熱地?zé)崧?lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)目前尚無太多實(shí)際案例。2016年3月29日，位于美國內(nèi)華達(dá)州的全球首個地?zé)岷凸夥鉄醿煞N太陽能發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行的Stillwater混合電站投運(yùn)。Stillwater地?zé)犭娬居蓛蓚€雙循環(huán)發(fā)電單元構(gòu)成，光熱發(fā)電采用水工質(zhì)槽式集熱技術(shù)，與原有的地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)共用相同的電力島。該混合電站將結(jié)合雙循環(huán)地?zé)岚l(fā)電的持續(xù)發(fā)電優(yōu)勢，光熱集熱場的熱量不直接發(fā)電，僅作為前端預(yù)熱熱源補(bǔ)充進(jìn)入地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)。
▲ 美國Stillwater混合電站
4）光熱發(fā)電+生物質(zhì)
代表項(xiàng)目：Termosolar Borges電站
生物質(zhì)能作為可再生能源的一個分支，其與光熱發(fā)電進(jìn)行混合發(fā)電建立的新型電站同樣可以定義為一個綠色可再生能源電站。同時，為實(shí)現(xiàn)光熱電站24小時全天候運(yùn)行，除了通過配置儲熱系統(tǒng)這條途徑外，與生物質(zhì)能發(fā)電進(jìn)行混合發(fā)電也可以實(shí)現(xiàn)。這種混合發(fā)電技術(shù)可以使光熱發(fā)電在無儲熱的情況下充當(dāng)基礎(chǔ)負(fù)荷電力。通過生物質(zhì)能發(fā)電替代光熱電站的儲熱系統(tǒng)，可以在增加發(fā)電量、實(shí)現(xiàn)全天候運(yùn)行的同時降低因建設(shè)儲熱設(shè)施而耗費(fèi)的大量投資。
2012年12月，全球第一個光熱發(fā)電生物質(zhì)能混合發(fā)電站Termosolar Borges電站正式投運(yùn)，開啟了光熱生物質(zhì)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電項(xiàng)目的先河。
該項(xiàng)目投資1.53億歐元，于2011年3月底開工建設(shè)，建設(shè)期共20個月，總裝機(jī)58.5MW，其中生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)36MW，太陽能熱發(fā)電裝機(jī)22.5MW，由槽式光熱鏡場和生物質(zhì)能鍋爐兩大部分組成，在白天太陽光照較好的時候主要采用光熱發(fā)電，在晚間或太陽光照條件不佳的時候主要采用生物質(zhì)能發(fā)電，采用這種互補(bǔ)發(fā)電的方式可實(shí)現(xiàn)24小時持續(xù)發(fā)電。
▲ Termosolar Borges電站
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光熱發(fā)電+傳統(tǒng)化石燃料電站
此類電站開發(fā)模式已在全球范圍內(nèi)有多個實(shí)際項(xiàng)目案例，詳見下文。
1）光熱發(fā)電+燃?xì)?/div>
代表項(xiàng)目：Ain Beni Mathar光熱燃?xì)釯SCC聯(lián)合循環(huán)項(xiàng)目
太陽能和燃?xì)膺M(jìn)行混合發(fā)電的電站投資要高于同等功率的傳統(tǒng)燃?xì)怆娬?，但卻遠(yuǎn)低于純粹的光熱電站，同時在二氧化碳減排方面，這種混合型電站也有明顯優(yōu)勢。
摩洛哥在2010年建成了Ain Beni Mathar這一世界上首個ISCC（Integrated Solar Combined Cycle）光熱燃?xì)饴?lián)合循環(huán)電站，阿爾及利亞和埃及緊隨其后分別建成了一個ISCC電站，這三個ISCC電站也是世界上最早和最為知名的三大項(xiàng)目。
Ain Beni Mathar項(xiàng)目位于摩洛哥東北部城市烏季達(dá)，總占地面積160公頃，其采用槽式光熱發(fā)電+燃?xì)饴?lián)合循環(huán)技術(shù)路線，總裝計(jì)量490MW，其中光熱裝機(jī)量20MW，燃?xì)庋b機(jī)量470MW。
▲ Ain Beni Mathar ISCC電站
2）光熱發(fā)電+煤電
代表項(xiàng)目：大唐天威嘉峪關(guān)10MW光煤互補(bǔ)項(xiàng)目
2014年，我國首個光煤互補(bǔ)示范項(xiàng)目——大唐天威嘉峪關(guān)10MW光煤互補(bǔ)項(xiàng)目一期1.5MW項(xiàng)目完成與大唐803燃煤電廠熱力系統(tǒng)的連接工程建設(shè)，經(jīng)過一個月左右的調(diào)試，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合運(yùn)行。該項(xiàng)目為大唐集團(tuán)新能源股份有限公司承擔(dān)的國家863計(jì)劃項(xiàng)目“槽式太陽能熱與燃煤機(jī)組互補(bǔ)發(fā)電示范工程應(yīng)用研究”重要組成部分，為我國首個槽式太陽能集熱場與燃煤機(jī)組互補(bǔ)運(yùn)行電站。
該示范項(xiàng)目位于甘肅嘉峪關(guān)大唐803燃煤電廠廠區(qū)，容量為1.5MWth，占地面積3.5萬平方米，采用槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)。在600米長的太陽能集熱場內(nèi)，導(dǎo)熱油流經(jīng)集熱管加熱至393℃，通過油水換熱器將高溫導(dǎo)熱油的熱量接入大唐八零三發(fā)電廠熱力系統(tǒng)。以光煤互補(bǔ)發(fā)電的方式，利用太陽能資源來補(bǔ)充發(fā)電，可有效減少原火電機(jī)組煤耗量，降低污染排放，實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定發(fā)電。
海外市場方面，2016年11月4日，印度首個光熱燃煤混合發(fā)電項(xiàng)目開工，該項(xiàng)目采用菲涅爾太陽能集熱技術(shù)開發(fā)。印度能源環(huán)境公司Thermax和德國菲涅爾光熱發(fā)電技術(shù)公司FRENELL組成的聯(lián)合體中標(biāo)該項(xiàng)目，其新建設(shè)的菲涅爾集熱系統(tǒng)的熱功率為15MWth，與其中一個210MW的水冷機(jī)組混合發(fā)電，每年為其蒸汽循環(huán)系統(tǒng)提供14GWh的熱能。
▲ 大唐天威嘉峪關(guān)10MW光煤互補(bǔ)項(xiàng)目實(shí)景
3）光熱發(fā)電+燃油
代表項(xiàng)目：Duba1項(xiàng)目
目前，沙特和科威特等光熱市場即正在開發(fā)數(shù)個ISCC聯(lián)合循環(huán)電站。沙特現(xiàn)正在開發(fā)50MW的Duba1項(xiàng)目（總裝機(jī)600MW），預(yù)計(jì)2018年完成。Duba1是沙特第一個ISCC項(xiàng)目，也是沙特第一個開建的商業(yè)化光熱發(fā)電項(xiàng)目。不久前，沙特50MW的WaadAl-Shamal項(xiàng)目（總裝機(jī)1390MW）已開始投入運(yùn)行，其采用光熱與天然氣發(fā)電進(jìn)行聯(lián)合循環(huán)。Duba1項(xiàng)目則采用光熱與燃油發(fā)電進(jìn)行聯(lián)合循環(huán)，而非燃?xì)狻?/div>
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