1、,2016年6月21日,中国能建天津电建,C S P 技 术,C S P 技术简介,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
2、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
3、热发电，也叫聚焦型太阳能热发电(Concentrating Solar Power，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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、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
9、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”The Global Concentrated Solar Power Industry”）,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
10、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Solar One，1992年Solar One 经过改装，建成用于示范熔盐吸收器和储热系统的Solar Two并于1996年开始发电。Solar Two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
11、，Solar Two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。Solar Two成功并且催生了一系列商业电站的建造，包括西班牙的Solar Tres。 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Solar Two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
12、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Riley Power。采用Siemens SST900型汽轮机。 Ivanpah电站总装机392MW，由三座装机分别为133MW、133M
13、W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Tom Doyle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SolarReser
14、ve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”The Global Concentrated Solar Power Industry”）,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
15、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
16、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Novatec Biosol公司总容量为90兆瓦的菲涅尔电站计划，其中第一个项目Puerto Errado1容量为2兆瓦，Puerto Errado2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使用。,一个典型的菲涅尔电站主要包括如下部分：线性菲涅尔反射镜 金属支架 集热管 一维太阳跟踪系统,一个典型的线性菲涅尔式
17、电站参数如下表（来源于”The Global Concentrated Solar Power Industry”）,太阳能碟式聚光热发电技术,D,碟式聚光热发电示意图,典型碟式系统的结构由一组直径 10米左右的抛物面碟式聚光器和安装在其焦点上的能量转换单元（斯特林发动机+发电机）构成，整个单元安装在带有双轴太阳追踪系统的支柱上。 高倍汇聚的太阳光（600至4000的比例）将能量转换单元中的气体（通常是氦气或氢气）加热到约 750的高温，通过气体的膨胀推动引擎活塞，带动发电机发电。,2003年，美国SES（Stirling Energy Systems）公司提出在洛杉矶东北罕莫夫沙漠地区建造一
18、座500MW并逐步扩大到850MW的碟式太阳能热发电站。2004年在Sandia国家实验室建造了5套25Kw碟式斯特林系统，随后于2005年8月建造了40套25kW组成的1MW碟式系统，作为850MW电站的试验部分。2010年SES公司它的项目运营合作伙伴Tessera公司（负责建设和电站运营），决定在原有850MW电站的附近再增建一座750MW的碟式CSP电站，产生电力全部并入SCE公司电网供南加州地区使用，该电站预计将由近40000个碟式斯特林发电系统组成，并于2011年和2014分两期始供电。,一个典型的碟式光热系统主要包括如下部分：反光镜 集热器 二维太阳跟踪系统 金属支架 紧凑的发电
19、机系统,一个典型的碟式光热电站参数如下表： （来源于”The Global Concentrated Solar Power Industry”）,四种太阳能热发电解析,03,CSP一般主要指聚光太阳能热发电，包括槽式、菲涅尔式、塔式和碟式这四种方式。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。槽式和菲涅尔式属于线聚焦，塔式和碟式属于点聚焦方式。其中槽式，菲涅尔式以及塔式由于把热收集到驱动中心汽轮机，比较合适的单个装机容量是10-300MW，碟式本身是模块化的，单个单元装机容量一般是3KW到30KW。国际上塔式、碟式发电这两种太阳热发电技术目前处于
20、研究、示范阶段；菲涅尔式由于具有一系列技术和运行维护优点，开始被重点关注。,CSP电站性能主要评价参数,A,影响电站最终性能的参数有很多，对于不同技术的电站，这些参数的变化很大，主要包括： 能量效率能量效率定义为有效的输出能量和输入能量的比率，也就是发电输出和采集的太阳能之比例。影响光热电站能效的主要的影响因素包括：1：光学损失：光学损失主要是由聚光器的聚光特性导致的，光学损失一般在10%至30%之间。光学损失包括由于太阳光斜射引起的余弦损失，聚光器之间相互遮挡等形成的阴影损失，由于光斑面积大于吸热器面积而产生的溢出损失，由于反射镜的材料特性及反射镜清洁度造成的反射损失等。 2：集热管热损：集
21、热管热损主要包括吸收损失、反射损失、阴影损失、红外损失、传导损失和对流损失等。集热管的热损量一般在5%至25%之间。 3：换热器热损：换热器热损一般在3%至10% 4：汽轮机热损：由于系统熵平衡的限制，汽轮机热损一般在40%到70%。 5：发电机能量损失：发电机能量损失一般在1%至5%。,温度槽式和菲涅尔式温度最高可达400（导热油），熔盐槽式可达550，塔式温度可达585，碟式技术温度高达800。卡诺循环的效率公式如下：按照卡诺效率循环公式，高温温度越高，低温温度越低，汽机效率越高。 容量因子容量因子定义为电站每年发电量总和与在额定容量下全年满发的发电量比例。槽式的容量因子有可能达到23%到
22、27%（非储热），塔式能到25%到30%（非储热），碟式则能达到25%到35%。 土地使用效率土地使用效率定义为光电转换效率乘上土地使用因子。土地使用效率代表每年的发电量和可利用的太阳能直接辐射之比。,光电转换效率光电效率定义为每年的发电量和每年照射在集热管焦点上的DNI能量之比。土地使用因子 土地使用因子定义为集热管总的集热面积和总的土地使用面积的比例。不同技术方案的效率比较如下表：,CSP发电主要技术比较,B,太阳能槽式聚光热发电系统技术现状及优缺点分析,抛物面槽式 CSP 电站的优势在于它所使用的技术已非常成熟，第一个商业化运行的槽式热发电项目SEGS I，从1984年开始运行，到现在已
23、经积累了32年的经验，建设风险较小，商业上的成功案例也使得抛物面槽式技术在全球光热发电市场占据了90%以上的份额； 而缺点主要是耗水量相对较大，发电效率相对较低，以及在中国存在需增强抗大风、耐低温能力的问题。抛物面槽式技术的优缺点可以归纳如下：,槽式聚光热发电优缺点,【现阶段，中国没有商业化运行的CSP电站，及对应的成本和价格分析，以下对应成本分析基于国外已运行的槽式CSP项目andasol槽式聚光热发电项目，容量为50MW，带7.5小时储热容量。】,太阳能槽式聚光热发电成本构成,太阳能槽式聚光热发电产业链,CSP的产业链涉及到各种材料，主要包括如下： 钢结构 混凝土 塑料 金属材料：铜，铝
24、硝酸盐，熔盐 涉及到槽式光热电站的产业链已经具有比较坚实的基础，很多公司、研究机构、EPC、设备商等构成了槽式光热电站产业链的各个部分。,槽式聚光热发电集成技术主要技术提供方,德国千年公司（Solar Millennium AG）：德国千年公司是槽式聚光发电领域的领导者之一。千年公司成立于1998年，专注于槽式光热发电项目开发和技术开发。公司业务包括项目开发，金融融资，技术供应，建造，电站投资等业务。千年公司负责开发了西班牙Andasol 1-3项目，项目的合作方是欧洲的ACS/Cobra集团。从2003年开始，千年公司也开始了研究太阳能烟囱等其他太阳能发电技术。千年公司在CSP电站方面强大的
25、技术实力使得千年公司成为了一个很有竞争力的蓝筹公司。 阿本哥（Abengoa）：阿本哥是西班牙一家国际性的公司，专注于在环境服务，工业工程和建造，信息技术和太阳能方面的工程咨询管理服务。阿本哥太阳能业务是阿本哥公司重要的一个分支，阿本哥太阳能业务在光伏和CSP均有相关业务。阿本哥的业务包含了CSP产业链的所有方面，其运作其第一个太阳能塔式电站，PS-10,11兆瓦。除了总量为42兆瓦的塔式项目，阿本哥目前正在西班牙建造总量为300兆瓦的基于槽式聚光技术的光热项目。阿本哥是世界领先的CSP技术提供商，同时也在进行碟式斯特林机技术的研发。 SENER Ingeneria：SENER Ingener
26、ia是一个多元化的工程服务，咨询和系统集成公司。在CSP领域，SENER主要开发槽式和塔式技术，他们的合作方是Cobra集团。这个公司参与了Andasol1+2项目的工程设计，项目由千年公司开发，ACS Bobra公司负责施工。SENER目前开发了8个槽式电站项目，包括Extesol项目在内总容量为400兆瓦。另外，SENER公司与Masdar（Abu Dhabi Future Energy Company ADFEC）公司合作建造17兆瓦的塔式电站，使用盐技术。投资方资金投入已经得到保证。,槽式聚光热发电集成技术主要技术提供方,Acciona：Acciona试图在基建管理服务和新能源领域成为
27、领导者。在CSP方面，Acciona主要参与项目开发和施工，同时也参与电站运营。为了获得CSP方面的领先技术，Acciona收购了Solargenix Energy 55%的股份。1991年Acciona与Solargenix Energy一起建造了内华达州容量为64兆瓦的槽式聚光电站。根据公司披露的信息，Acciona目前在美国开发的电站容量超过了2000兆瓦。 Solargenix Energy LLC：Solargenix Energy LLC在能源与环境工程，太阳场设计以及施工方面具有丰富的经验。Solargenix的发电事业部主要开发槽式聚光发电技术。Solargenix的服务覆盖了
28、CSP电站产业链中最重要的部分。除了电站开发和工程施工工作，Solargenix同时也有能力提供槽式聚光电站的核心设备。公司与世界上主要的真空管制造商结成战略伙伴共同提高集热管性能。Solargenix参与了修建内华达州64兆瓦的槽式聚光电站。Solargenix可以被看作是槽式聚光热发电领域的主要领导者。 Energias de Protugal（EDP）：Energias de Protugal是以前的葡萄牙国有公司。EDP通过其附属公司NEO Energia参与了CSP电站项目，主要是和Solar Millennium公司合作。,核心设备,核心设备,Solel Solar Systems
29、 Ltd：Solel公司已经被西门子新能源事业部收购。Solel是全球光热发电领域的先驱者，它源自于以色列的LUZ公司，致力于建造槽式聚光电站。LUZ公司参与了美国SEGS系列电站的建设。Solel同时是集热管的制造商。Solel与加州的PG&E签署了533兆瓦的合同。Solel公司同时寻求在西班牙建造一系列50兆瓦的光热电站。Schott Solar：Schott和Solel垄断了槽式聚光发电的集热管市场。Schott Solar属于德国Schott AG公司，其前身是一家专业的特种玻璃公司。肖特不仅仅是CSP电站技术提供方，同时也生产光伏面板。目前Schott Solar槽式聚光集热管的年
30、产量为400兆瓦，但是进一二年有非常大的扩容计划。肖特公司已经在西班牙签署了槽式光热电站供货合同，同时他们在美国也有非常庞大的扩张计划。,核心设备,FLABEG：Flabeg是一家德国公司，致力于特种生产玻璃。在槽式抛物面镜生产方面具有国际领先的技术指标。 Rioglass solar：是一家西班牙公司，致力于特种生产玻璃。在槽式抛物面镜生产方面具有国际领先的技术指标。,研究机构,DLR 德国宇航中心：主要任务是地球与太阳系探索，以及开发保护环境的科技、通讯、交通运输与能源。主要的研究重点是航空、航太、交通运输与能源。 NREL 美国国家可再生能源实验室：成立于1974年，1977年开始运作，
31、起初专注于太阳能的开发利用，名叫“太阳能研究所”，后来扩展到可再生能源的各个领域。现在它由四个技术小组和一个技术领头组织构成，负责协调与工业部门在生物量、生物燃料、生物电力和基于生物的产品的研究领域的合作。它有四个重要的研发领域：可再生能源发电、可再生燃料、一体化能源系统工程与检测，战略能源分析。 PSA-CIEMAT： 西班牙能源环境技术研究中心是隶属于西班牙教育与科学部的国立公共研究机构，主要从事能源与环境及其他先进技术的研究开发以及众多领域的基础性研究。PSA是其与欧盟公用的实验平台，位于西班牙阿尔梅利亚。 Sollab：Sollab在2004年与法国Odeillo成立，合作方来自于法国
32、，德国，西班牙和瑞士的若干研究机构包括PROMES（Processes, Materials and Solar Eerngy Laboratory）,PSA等。Sollab的成员包括175位科学家。 Sandia National Laboratories: SNL是由美国能源部，国土安全部，国防部共同出资组建的，日常管理由Lockheed Martin公司负责。Sandia经常与其他政府机关，工业界和学术界合作。除了负责国防有关的研究，Sandia在CSP产业也进行了大量研究。 ENEA ：意大利国家新能源及环境委员会,太阳能槽式聚光热发电典型案例分析Solar One,内华达Solar
33、One（NSO）是世界上第二大的CSP太阳能电站，名义装机容量是64MW，最大发电容量可达75MW。本项目投资为2.66亿美元，每年发电量是1.34亿千瓦时。其建造周期为16个月，最终在2007年月完工。建造方是Acciona Solar Power公司（以前的Solargenix公司）。,太阳能槽式聚光热发电发展趋势及路线图,集热管尝试开发非真空低成本的集热管，使用温度降低到300度以内。 槽式抛物面镜尝试开发新的材料替代现有镀银反射镜，包括镀银金属材料或镀银薄膜材料。,太阳能槽式聚光热发电发展趋势及路线图,聚光器结构在现有结构的基础上进一步减轻重量。尝试开发开口宽度更大的聚光器，同时开发直
34、径也更大的集热管。这样可以提高运行温度并降低成本。 循环工质导热油的局限性矛盾越来越突出，为了提高运行温度，新工质的实验越来越多。熔融盐或者水将是下一代技术最可能的工质。采用水作为工质的技术又称DSG技术，即直接蒸汽发生技术。,太阳能槽式聚光热发电发展趋势及路线图,蓄热目前固液混合的蓄热方式是实验的重点，固指的是混凝土或砾石，液指的是熔融盐。 发电系统 使用干湿混合式冷却系统，在冷却需求较低的冬季使用干式冷却，在夏天用混合冷却，这样可以减少 50%的用水量，年发电量也仅下降 1%。,太阳能塔式发电系统技术现状以及优缺点分析,塔式太阳能热发电技术没有槽式热发电技术成熟。不同的系统设计和设备使得技
35、术方案比较多元化，并不是所有的技术方案都可行。但是如下三种方案具有可实施性： 熔盐集热器，熔盐储热，管状的外部集热器，郎肯循环（汽轮机），技术主要在美国开发 蒸汽-水集热器，熔盐储热，高压热油或者蒸汽，管状集热器或者外部腔，郎肯循环（汽轮机），技术主要在美国和欧洲开发 空气开放空间集热器（大气压力下），固体储热，郎肯循环（汽轮机），技术主要在瑞士和德国开发。,从上图可以看出，聚光比越大，系统的效率就越高，塔式系统的聚光比是3001000，远高于槽式系统的7080。融盐介质可以更好地发挥塔式聚光热发电系统的潜力。随着大型商业化融盐电站的投入运营，对融盐介质存在的一些技术顾虑也已经逐步消除。由于管
36、路循环系统较槽式系统简单得多，提高效率和降低成本的潜力都比较大。塔式 CSP 电站工作温度较高（可达 8001000），使其年度发电效率可以达到 17%20%；塔式 CSP 电站采用湿冷却的用水量也略少于槽式系统，若需要采用干式冷却，其对性能和运行成本的影响也较低。,塔式 CSP 的缺点也是明显的：由于需要将吸热器放在高塔上，定日镜将阳光准确汇聚到集热塔顶的接收器上，对每一面定日镜的双轴跟踪系统都要进行单独控制，而槽式系统的单轴追踪系统在结构上和控制上都要简单得多；同时由于缺乏大型商用案例（占在运 CSP 装机容量的 5.1%），相对槽式系统来说，塔式 CSP 电站的成本、性能、可靠性都还存在
37、一定的不确定性；为发挥其效率潜力而需使用的融盐介质也尚存一些技术问题值得考虑；由于吸热塔高度的限制，塔式电站的规模受到限制，并且随着电站规模的扩大，土地利用率降低较快。,塔式 CSP 的优缺点,Solar tres电站的成本分析图。Solar Tres是位于西班牙的17MW的熔融盐塔式太阳能热电站，热存储时间为15小时，年运行时间为6500小时（图片来自于美国国家可再生能源实验室2003年5月发布的评估报告）。,太阳能塔式聚光热发电产业链与 集成技术,阿本哥（Abengoa）：阿本哥太阳能业务是阿本哥公司重要的一个分支，阿本哥太阳能业务在光伏和CSP均有相关业务。阿本哥的业务包含了塔式CSP产
38、业链的所有方面，目前正在运作其第一个太阳能塔式电站PS-10和PS-20，其塔式项目总量超过了42兆瓦。 BrightSource：BrightSource是一家美国和以色列共同投资的公司，主要负责设计和建造太阳能塔式光热电站。它提供的服务包括电站开发，建造，金融服务和大规模塔式电站的运维。其关键设备的专有技术（定日镜，驱动和集热器）由其在以色列的子公司LUZ II公司提供。BrightSource与美国PG&E签署了在加州开发500兆瓦的光热电站项目的合同，并且留下将电站扩容到900兆瓦的选项。Brightsource是塔式光热发电领域全球的领导者。Brightsource的创始人是Arno
39、ld Goldman，他同时是以色列LUZ公司创始人。LUZ公司在上世纪80年代在加州沙漠修建了9座SEGS光热电站。 SENER Ingeneria：SENER Ingeneria是一个多元化的工程服务，咨询和系统集成公司。在CSP领域，SENER同时也开发塔式技术，他们的合作方是Cobra集团。SENER公司与Masdar（Abu Dhabi Future Energy Company ADFEC）公司合作建造17兆瓦的塔式电站，使用盐技术。投资方资金投入已经得到保证。,核心设备核心设备包括：定日镜(玻璃、支架、传动箱)，吸热塔，吸热器，蓄热系统，发电系统，控制系统等。 联合技术公司（Un
40、ited Technology Corporation）：通过他们的合作子公司公司Pratt& Whitney Rocketdyne公司，UTC为塔式技术开发了中心吸热塔、定日镜和熔盐储热装置等。 国内定日镜传动箱提供商：山东皇明太阳能集团公司，浙江恒丰泰减速机制造有限公司。,研究机构 DLR 德国宇航中心 NREL 美国国家可再生能源实验室 Sollab 阿尔梅利亚PSA太阳能热发电研发机构(Plataforma Solar de Almeria)：PSA专注于太阳能热发电研究。他们在聚光技术和原型机的建造方面具有丰富的经验。PSA位于西班牙南部，与DLR、Milenio Solar Ene
41、rgia、Inabensay Dobons Technology都建立了很深厚的合作关系。 中国科学院电工研究所：在国家十一五期间，承担了国家863塔式太阳能热发电技术及系统示范项目，在延庆大浮陀建立了1MW塔式太阳能热发电系统，已于2012年全面运行发电成功。,【PS10是世界上第一个商业运营并网的塔式光热电站。它是西班牙阿本哥公司多年研究开发的成果。PS10于2000年1月份开始建造，建造时间持续了36个月，在2002年12月份完工。PS10的太阳场由624个定日镜组成，每个定日镜面积是120平方米，定日镜总场面积为75000平方米。每个定日镜在双轴上跟踪太阳并且将太阳光聚焦到集热器上，集
42、热塔高度超过了115米。集热器效率为92%。 PS10集热器由Abengoa Solar设计为直接产生饱和蒸汽。集热器由四个垂直的集热板组成，每个板的宽度是5.5米，高度12米。面板设置为在一个11米X11米的腔内的半圆柱型结构。】,西班牙11MW PS10和20MW PS20,太阳能塔式聚光热发电发展趋势及路线图,商业和技术上的缺乏使得投资塔式电站风险较大。目前商业上降低塔式电站成本的可能性主要包括集热器设备，太阳场，定日镜和蒸汽轮机的改善。定日镜是塔式太阳能热发电站中的主要设备，所占投资额超过整个电站的40%。定日镜的面积有大有小，以上述Gemasolar和Sierra SunTower两
43、个电站为例，前者用的是120平方米的大型定日镜，后者用的是1.136平方米的小型定日镜，这两种定日镜各有优缺点，同样容量的电站，大型定日镜的优势在于：定日镜的数量少，控制简单；随着控制成本的迅速降低，小型定日镜发展很快，小型定日镜具有焦比大、成本低、安装简单方便的优势。大型定日镜适合于单塔装机容量较大的电站，用小型定日镜构成发电模块的装机容量较小，可以由多个模块实现较大的装机容量。 塔式电站的传热蓄热介质主要有水和熔盐。水介质的太阳能热电站技术相对成熟，熔融盐介质凝固点高，具有一定的腐蚀性和毒性；但熔盐介质具有广泛的温度使用范围，使用温度范围在3001000，且具有相对的热稳定性；低蒸汽压；热
44、容量大；低的粘度。随着融盐塔式电站的商业化运营，这项技术也已经逐步成熟。,太阳能菲涅尔式聚光热发电系统技术现状及优缺点,紧凑型线性菲涅尔反射镜（GLFR）技术是在1993年悉尼大学发明。是高温热发电是太阳能热发电技术的一种，该系统利用线性菲涅尔反射聚光集热器，将太阳能收集，产生高温高压蒸汽从而推动汽轮发电机发电，目前已经在西班牙进行规模化电站建设(30MW)。 菲涅尔式系统具有结构简单、不必要求真空封接方式的集热管、可以直接使用导热介质产生蒸汽等特点，以及建设和维护成本相对较低，系统抗风性较好的特点。但现有系统存在温度参数较低，相对缺少大规模化的运行案例，系统运行的具体表现有待进一步考察和提升
45、。但综合考虑其运行原理和材料设备要求，以及中国的自然环境特点，实现大规模、低成本的太阳能热发电具有较高的可行性。,太阳能菲涅尔式聚光热发电产业链与 集成技术,Ausra：Ausra目前已经被AREVA收购。Ausra专注于发展紧凑线性菲涅尔发电技术，目前在此技术上处于全球领先地位。Ausra公司覆盖了包括项目开发，工程施工，设备等产业链的所有核心部分。Ausra宣布了建造300兆瓦的计划并且已经和美国的PG&E签署了177兆瓦的光热电站合同。尽管在成本上具有潜在的较大优势，线性菲涅尔技术必须在商业项目中得到证实。而目前只在澳大利亚有一个35兆瓦的Lidell项目。另外Ausra已经中标澳大利亚
46、250兆瓦Flagship旗舰项目。 Solar Power Group：Solar Power Group前身是比利时的Solarmundo公司。他们专注于菲涅尔技术的开发，负责提供工程施工和电站集成技术。 SkyFuel：SkyFuel也拥有开发菲涅尔光热发电技术的能力。,太阳能菲涅尔式聚光热发电典型案例分析,Liddell电站在澳大利亚，采用直接蒸汽发生方式。在电站接近20年的运行周期内将节省超过144000吨二氧化碳。,太阳能菲涅尔式聚光热发电发展趋势及路线图,菲涅尔式结合槽式方案，综合槽式及菲涅尔阵列的各自优点并克服相应缺陷，采用较少数量的槽式反光镜架空组合，既具备槽式聚光倍数高、控
47、制简单可靠、高温度参数的优点，又有菲涅尔阵列式抗风性强、总体造价低、耐低温、可支持多种传热方式、可进行土地综合利用的优点，是一种非常适合中国国情的技术路线。,太阳能碟式聚光热发电系统技术现状及优缺点,碟式 CSP 系统最大的优势在于其相对较高的效率和可实现灵活部署的模块化特点。碟式系统的最大供应商斯特林能源系统的产品已达到 31%的峰值效率，全年发电效率也可达到 19%25%（单台功率 25kW，直径 12米），是目前的四项 CSP技术中实现效率最高的一种； 模块化的特点使碟式 CSP 系统既适合以数百千瓦的规模进行分布式部署，又有能力构建数百兆瓦的大型电站； 此外，碟式 CSP 系统在发电过
48、程中不使用水进行导热或冷却，仅需要少量水用于设备清洁。 碟式 CSP 系统的缺点在于较难配置储能系统，这也是由于其独特的结构原理所导致的（每台碟式单元直接进行热电转换，输出并网交流电）。因此在使用该项技术建设大规模电站时，所输出电力的可调度性将会较低，这点与传统的光伏电站较为类似。 此外，碟式斯特林系统 CSP 目前还没有大型商业化的应用，斯特林机属于军工技术，现阶段产品的生产很难实现保证，大规模运行的经济性和可靠性还有待考证。,太阳能碟式聚光热发电系统技术现状及优缺点,太阳能碟式聚光热发电产业链与集成技术,SES（Stirling Energy Systems）：SES公司是碟式斯特林热发电
49、的设备供应和系统集成商。SES开发的SunCatcher技术创造了光热发电效率的突破性高值。除了提供技术，SES还提供项目厂址开发，施工前准备等工作。因此，SES涵括了CSP产业链的所有重要部分。该公司和加州主要的电力公司签署了长期合作协议，总容量达到了1750兆瓦，大约相当于70000个碟式斯特林单元。 Infinia: Infinia开发了3MW的斯特林机，每年会发出接近9MWh的电。此斯特林机使用的聚光器效率超过了86%，是有他们的合作伙伴Schlaich Bergermann und Parnter公司提供。系统总效率为24%，重985磅。同时这个系统能提供6KWh约50的热水Infi
50、nia的目标是使得这种斯特林单元成为光伏产品的取代物。 美国其他的斯特林技术开发公司包括Lajet，Solar Kinetics，SAIC，Accurex WG。,太阳能碟式热发电典型案例分析,【内华达太阳能碟式光热电站项目是总容量大于1MW的碟式项目，电站离拉斯维加斯很近，此电站作为一个为实现技术完全商业化运作的过渡性项目，由6个容量为25KW的单元组成。、内华达大学拉斯维加斯分校建立了相关的测试装置并且提供电站操作，测试和有关培训。】,CSP 发电技术趋势及展望,C,CSP光热发电将进一步向大容量集约式方向发展以降低成本，同时增加储热时间以满足夜间电力需求，并减少对电网的冲击能力也是未来C
51、SP发展的方向。CSP电站的光热发电特性使以热量的形式进行储能成为可能。以大规模的熔盐储能装置，配合一定比例的后备化石燃料供应，形成所谓的混合动力 CSP电站，将是未来大型 CSP电站的发展趋势。 这样的设置，使 CSP 电站能够实现 24 小时持续供电和输出功率强度可调节的特性。 以目前的技术水平，单座槽式或塔式 CSP电站的经济装机规模在 100MW250MW，这一规模已经相当于一台中型火电机组的输出功率，随着技术的进步，未来单座 CSP电站的装机规模仍有望继续增长。 提高单座电站的装机规模、相关部件大批量生产、以及提高系统工作温度以改善发电效率，将是 CSP电站降低建造和发电成本的主要途径。 长期看，随着 CSP电站成本的逐步降低，而火电成本则将因化石能源价格的升高和碳排放税的征收而走高，CSP电力的价格优势将逐渐显现。 综合以上技术、应用性和价格情况，CSP已经具备了作为基础支撑电源与传统火电厂竞争的潜力，可以在一定基础上逐步实现对普通火电的替代。,
