鑒于德國本土DNI指數(shù)較低，光熱發(fā)電似乎不可能在該國能源轉型和構筑低碳電網(wǎng)過程中扮演重要角色。然而，2016年發(fā)布的幾篇論文所涉及的研究結果表明，儲熱型光熱發(fā)電技術（CSP-TES）或將在這一過程中發(fā)揮重要作用。
為驗證上述分析結果的合理性，同時也為了響應德國科學院的未來能源系統(tǒng)項目ESYS（EnergiesystemederZukunft：FutureEnergySystems）的要求，德國亞琛工業(yè)大學開發(fā)了一種新的計算工具，并利用該工具來研究哪種靈活可調的電力最適合于承擔低碳排放電網(wǎng)中的輔助電力負載。
眾所周知，儲熱型光熱發(fā)電技術可生產(chǎn)靈活可調度的電力，但它對法向直接輻射（DNI）的要求較高，因此光伏電站大多建在太陽能資源較為豐富的荒漠地帶。
德國研究人員經(jīng)過分析，得出了一個結果：德國若從DNI指數(shù)較高的西班牙和摩洛哥進口電力，配置儲能的光熱發(fā)電將是一種極具經(jīng)濟競爭力的選擇。
當然，從上述兩國進口光熱電力將需要建設高壓直流輸電線路，這也是遠距離運輸大額電力最經(jīng)濟的選擇。因此，電力成本的計算應該包括光熱發(fā)電的成本以及新建輸電線路的成本。
光熱發(fā)電是彌補間歇發(fā)電缺陷的可行選擇
然而，研發(fā)人員的研究焦點并不僅限于儲熱型光熱發(fā)電，而是更關注未來能源系統(tǒng)的整體發(fā)展。
據(jù)亞琛工業(yè)大學電力電子與電力驅動研究所電化學能量轉換及儲能系統(tǒng)研究室副研究員PhilippStöcker介紹，由于風電和光伏發(fā)電等具有間歇性且波動較大，因此，在未來的電網(wǎng)中，可控和可調度的電力必須發(fā)揮更大的作用以彌補前者的缺陷。
Stöcker專注于計算工具的設計，以幫助優(yōu)化和分析能源系統(tǒng)。此外，他還參與撰寫了幾篇論文，其中包括：評估光熱發(fā)電在波動的能源電力系統(tǒng)中的價值。
Stöcker解釋說：“我們采用的計算工具的關鍵點在于你無法過多地調整電網(wǎng)中的基礎電力負荷占比。因為可再生能源電網(wǎng)中已經(jīng)有很多波動的電力來源，如光伏和風電，這些電力具有不可控制的特點。剩余需承擔基礎電力負荷的電力來源若來自配置儲能系統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)，那么整個電力系統(tǒng)就可以實現(xiàn)平衡。
大規(guī)模電池儲能系統(tǒng)不具經(jīng)濟性
與此同時，來自亞琛工業(yè)大學的研究人員發(fā)現(xiàn)，在大型電網(wǎng)系統(tǒng)中，如果用電池儲能系統(tǒng)來存儲風電或光伏發(fā)電并不經(jīng)濟。相比之下，儲熱型光熱發(fā)電電站本身由于可配置性價比較高的儲能系統(tǒng)，這一優(yōu)勢使其成為更可控的太陽能發(fā)電形式。
光熱電站之所以具備儲能優(yōu)勢，主要在于其發(fā)電原理與光伏發(fā)電完全不同。光熱發(fā)電利用鏡場收集熱量，然后將熱量儲存在巨大的熔鹽罐中，在有需要時隨時可以通過釋放能量來驅動與常規(guī)化石能源電站類似的發(fā)電裝置進行發(fā)電。由于光熱電站生產(chǎn)的電力可實現(xiàn)隨時調度，因此在供電穩(wěn)定性方面其完全媲美傳統(tǒng)的化石燃料電站。
Stöcker表示，亞琛工業(yè)大學開發(fā)的這種計算工具是第一個將配置儲能系統(tǒng)的光熱發(fā)電技術設計在內的工具，而這項技術也是在未來最有可能進行大規(guī)模部署的發(fā)電形式。他表示：“我們開發(fā)的計算工具的亮點在于我們適當?shù)乜紤]了儲能系統(tǒng)，而且儲能也將成為我們未來研究的重要組成部分。”
Stöcker指出，雖然光熱發(fā)電發(fā)展最初的時候也被定位為波動的可再生能源，而且其相對于成本較低的光伏和風電完全不具備競爭力。但現(xiàn)在形勢已經(jīng)變得有些不同，儲熱型光熱發(fā)電系統(tǒng)憑借可以提供穩(wěn)定的或可控制的發(fā)電輸出且成本具有一定的吸引力而逐漸具有一定優(yōu)勢。
“有趣的是，我們發(fā)現(xiàn)，光熱發(fā)電在電網(wǎng)中是否具備競爭力要看其所處的電網(wǎng)穩(wěn)定性程度如何，即在波動性較大和更可控兩種不同類型的電力系統(tǒng)中，光熱發(fā)電技術的競爭力會發(fā)生變化。”Stöcker表示。
儲熱型光熱發(fā)電系統(tǒng)在低碳電力系統(tǒng)中至關重要
Stöcker認為，雖然光熱發(fā)電本身并不可調度，但其配置儲熱系統(tǒng)之后即可實現(xiàn)穩(wěn)定輸出，可承擔等同于諸如煤炭或天然氣等常規(guī)化石能源電站同樣的基礎負載。
然而，根據(jù)價值順序效應，目前煤炭和天然氣裝機量正逐步減少，與此同時電網(wǎng)中接入了更多可再生能源電力。
在采用“價值順序效應”進行電力調度的電網(wǎng)系統(tǒng)中，電網(wǎng)更愿意接納的價格較低的電力，也就是說電網(wǎng)更傾向于接納更多諸如太陽能或風能等可再生能源電力。
據(jù)彭博社2015年報道，由于傳統(tǒng)化石能源的使用量在不斷減少，其容量因子也在下降，燃煤電站和天然氣電站的運營成本越來越高。2016年，德國最大的公用事業(yè)公司之一RWE就因電力價格下降而損失了58億美元。
而在非化石能源發(fā)電形式中，光伏沒有移動部件并可采用全自動化操作，其運行成本最低，其次就是風電。但是像水電和地熱一樣，光熱電站也需要配置很多機械傳動裝置。
“在光熱電站中，需要配置反射鏡和復雜的液壓驅動系統(tǒng)，還要考慮吸熱器因熱應力而老化等各方面因素。”Stöcker解釋說，“總而言之，相比光伏和風電相對成熟的技術，光熱發(fā)電系統(tǒng)的復雜性或將使一些運營商較早離開市場。”
亞琛大學研究人員發(fā)現(xiàn)，如果電網(wǎng)系統(tǒng)中光伏和風電的占比超過70％，那么儲熱型光熱發(fā)電系統(tǒng)將因為利用率變得越來越低而在發(fā)電價格方面不具備競爭優(yōu)勢。
他介紹到：“我們發(fā)現(xiàn)了一個要點，那就是如果電網(wǎng)中新增波動性可再生能源越多，那么基礎電力負荷系統(tǒng)將會越少或者越來越分散供應，這樣可承擔基礎負荷的發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電時間將會變得越來越短。”
因此，如果儲熱型光熱發(fā)電系統(tǒng)可以為電網(wǎng)提供30%以上的低排放電能，且將具有競爭優(yōu)勢。但如果其利用率低于30％，那么其成本就會變高，同時會提高電網(wǎng)的整體成本。
