就入選中國首批示范的20個項目來說，均采用單一的塔式、槽式或菲涅爾式技術。而同樣由國家能源局發(fā)布的23個首批多能互補集成優(yōu)化示范工程中也包含一定的光熱發(fā)電裝機，其中由山東電力建設第三工程有限公司擔任EPC的魯能海西州格爾木多能互補集成優(yōu)化示范項目目前也在積極推進建設。
雖然裝機50MW的光熱發(fā)電系統(tǒng)相對于總裝機700MW的魯能項目只能作為配角，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)電項目的投資成本，降低投資風險。
從理論上來講，光熱發(fā)電四種主要技術路線之間、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”，并實現互補多贏的理想效果。
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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)電技術路線之間可以進行哪些“光熱發(fā)電+”組合以及目前業(yè)界已經進行了哪些嘗試。
1）槽式+塔式
代表項目：摩洛哥Noor Ouarzazate太陽能綜合體項目、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)和上海電氣集團股份有限公司聯(lián)合體以7.3美分/kWh的超低電價中標迪拜700MW項目EPC總承包合同。
迪拜700MW光熱項目位于迪拜阿勒馬克圖姆太陽能園，由3個裝機為200MW的槽式電站（世界上單體裝機最大的槽式電站）以及1個裝機為100MW的塔式電站組成，是目前全球規(guī)模最大光熱電站項目。該項目是迪拜“清潔能源戰(zhàn)略”的重要組成部分，每年能夠為迪拜270000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目一塔三槽的設計方案。槽式與塔式發(fā)電技術相結合的技術方案可以集合槽式的成熟和塔式的高效，還能提高項目整體的儲能能力并降低儲能成本。從技術層面來看，槽式技術相對更加成熟，商業(yè)化驗證程度也更高，其裝機量在目前已建成光熱發(fā)電項目裝機量中占比最大。但塔式光熱技術正憑借其較高的工作運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，在全球范圍內開始得到大規(guī)模部署。
ACWA Power業(yè)務發(fā)展執(zhí)行總監(jiān)Andrea Lovato表示：“按照我們的技術方案，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)，這兩種技術的有機結合使系統(tǒng)可以根據需求隨時提供電力，同時又有助于降低總發(fā)電成本。槽式技術是一種更成熟、風險更低的技術路線，而塔式技術的加入將助力儲能成本下降。”
此外，即將全面投運、也由山東電力建設第三工程有限公司參建的摩洛哥Noor Ouarzazate太陽能綜合體項目也已體現出槽式與塔式技術結合的優(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，三期NOORIII(150MW)采用塔式太陽能熱發(fā)電技術，而NOORII和NOORIII項目此前的平均中標價15.67美分/kWh代表了當時光熱發(fā)電項目的最低電價水平。
▲ NOOR光熱發(fā)電項目綜合體全景
2）菲涅爾+塔式
代表項目：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，通過與水換熱產生溫度300攝氏度左右的蒸汽。之后，蒸汽會被送到位于塔頂的吸熱器，通過定日鏡的聚焦，進一步加熱到550攝氏度左右。由于蒸汽已經被預熱過，其所需的定日鏡陣列規(guī)模也要小得多，因此成本遠低于常規(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)，能夠產生等效300千瓦的電能。
據了解，該項目占地面積約為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，在中國首批示范項目競爭中也落得下風。但在申報過程中，“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)化項目案例，但隨著碟式光熱技術的不斷發(fā)展進步，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，該模式可以實現在對太陽能資源相對高效和經濟性利用的同時，為人類持續(xù)穩(wěn)定提供綠色電能。
代表項目：Ashalim太陽能綜合體、Noor Midelt光熱光伏混合電站、智利Cerro Dominador項目、Noor Ouarzazate太陽能綜合體項目等。
以色列在建的總裝機超300MW的Ashalim太陽能綜合體項目包括兩個光熱發(fā)電項目（Ashalim1和Ashalim2，裝機均為121MW）和一個裝機70MW的光伏發(fā)電項目；Noor Midelt項目總裝機規(guī)模預計為400MW，按照初步設想，該項目將建于Midelt東北方向約25公里處，總占地面積達3000公頃，其中光熱發(fā)電裝機將達150-190MW、儲熱時長可達5小時以上，而光伏電站裝機量由投標人自行決定，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100MW的光伏電站和一個110MW的塔式光熱電站組成，總投資達18億美元；上文已經提到的Noor Quarzazate項目位于摩洛哥瓦爾扎扎特（Ouarzazate），總裝機580MW，占地2000公頃，耗資27億美元，包括510MW的光熱發(fā)電裝機和70MW的光伏裝機。
▲ 裝機121MW的Ashalim1塔式光熱電站
光熱發(fā)電與光伏發(fā)電的結合越來越受到大眾的關注與認可。此前，德國航空航天中心DLR研究結果表明，在現有條件下，光熱和光伏相結合是目前最具前景的太陽能發(fā)電技術路線。光伏發(fā)電廠直接向電網供電，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認為光伏和光熱的結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被廣泛認識。
2）光熱發(fā)電+光伏+風電+儲能
在此類項目中，光熱發(fā)電往往利用其出色的調峰能力擔任輔助角色，但隨著光熱發(fā)電技術的發(fā)展進步，有望不斷提升自己的比重。
代表項目：魯能海西州700MW風光熱儲多能互補項目
開篇提到的魯能海西州700MW風光熱儲多能互補項目由西北電力設計院設計，位于青海省海西州格爾木市境內，總裝機容量700兆瓦，其中風電400兆瓦，光伏200兆瓦，光熱50兆瓦，儲能50兆瓦。該項目于2017年6月開工，成為國家首個正式建設的集風光熱儲于一體的多能互補科技創(chuàng)新項目。
▲ 魯能格爾木熔鹽塔式光熱項目
建設現場俯瞰
該項目旨在將風電、光伏、光熱和儲能結合起來，形成風、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，增強電力輸出功率的穩(wěn)定性，提升電力系統(tǒng)消納風電、光伏發(fā)電等間歇性可再生能源的能力和綜合效益。
通過多能互補聯(lián)合運行后，可有效減輕電網調峰壓力。考慮出力限額與青海省負荷曲線匹配，本項目通過儲能和光熱聯(lián)合調節(jié)，將大幅降低限電比例。
3）光熱發(fā)電+光伏+地熱
代表項目：美國內達華州Stillwater混合電站
利用地熱能和光熱進行聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，不僅可以使焓值較低的地熱能轉變?yōu)殪手递^高的能源加以利用，提高機組的經濟性，又可以維持機組連續(xù)運行，避免了單一太陽能發(fā)電系統(tǒng)的缺點。
光熱地熱聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術目前尚無太多實際案例。2016年3月29日，位于美國內華達州的全球首個地熱和光伏光熱兩種太陽能發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合運行的Stillwater混合電站投運。Stillwater地熱電站由兩個雙循環(huán)發(fā)電單元構成，光熱發(fā)電采用水工質槽式集熱技術，與原有的地熱發(fā)電系統(tǒng)共用相同的電力島。該混合電站將結合雙循環(huán)地熱發(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，僅作為前端預熱熱源補充進入地熱發(fā)電系統(tǒng)。
▲ 美國Stillwater混合電站
4）光熱發(fā)電+生物質
代表項目：Termosolar Borges電站
生物質能作為可再生能源的一個分支，其與光熱發(fā)電進行混合發(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，為實現光熱電站24小時全天候運行，除了通過配置儲熱系統(tǒng)這條途徑外，與生物質能發(fā)電進行混合發(fā)電也可以實現。這種混合發(fā)電技術可以使光熱發(fā)電在無儲熱的情況下充當基礎負荷電力。通過生物質能發(fā)電替代光熱電站的儲熱系統(tǒng)，可以在增加發(fā)電量、實現全天候運行的同時降低因建設儲熱設施而耗費的大量投資。
2012年12月，全球第一個光熱發(fā)電生物質能混合發(fā)電站Termosolar Borges電站正式投運，開啟了光熱生物質聯(lián)合循環(huán)發(fā)電項目的先河。
該項目投資1.53億歐元，于2011年3月底開工建設，建設期共20個月，總裝機58.5MW，其中生物質發(fā)電裝機36MW，太陽能熱發(fā)電裝機22.5MW，由槽式光熱鏡場和生物質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能發(fā)電，采用這種互補發(fā)電的方式可實現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有多個實際項目案例，詳見下文。
1）光熱發(fā)電+燃氣
代表項目：Ain Beni Mathar光熱燃氣ISCC聯(lián)合循環(huán)項目
太陽能和燃氣進行混合發(fā)電的電站投資要高于同等功率的傳統(tǒng)燃氣電站，但卻遠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）光熱燃氣聯(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目。
Ain Beni Mathar項目位于摩洛哥東北部城市烏季達，總占地面積160公頃，其采用槽式光熱發(fā)電+燃氣聯(lián)合循環(huán)技術路線，總裝計量490MW，其中光熱裝機量20MW，燃氣裝機量470MW。
▲ Ain Beni Mathar ISCC電站
2）光熱發(fā)電+煤電
代表項目：大唐天威嘉峪關10MW光煤互補項目
2014年，我國首個光煤互補示范項目——大唐天威嘉峪關10MW光煤互補項目一期1.5MW項目完成與大唐803燃煤電廠熱力系統(tǒng)的連接工程建設，經過一個月左右的調試，實現聯(lián)合運行。該項目為大唐集團新能源股份有限公司承擔的國家863計劃項目“槽式太陽能熱與燃煤機組互補發(fā)電示范工程應用研究”重要組成部分，為我國首個槽式太陽能集熱場與燃煤機組互補運行電站。
該示范項目位于甘肅嘉峪關大唐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。在600米長的太陽能集熱場內，導熱油流經集熱管加熱至393℃，通過油水換熱器將高溫導熱油的熱量接入大唐八零三發(fā)電廠熱力系統(tǒng)。以光煤互補發(fā)電的方式，利用太陽能資源來補充發(fā)電，可有效減少原火電機組煤耗量，降低污染排放，實現連續(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)電項目開工，該項目采用菲涅爾太陽能集熱技術開發(fā)。印度能源環(huán)境公司Thermax和德國菲涅爾光熱發(fā)電技術公司FRENELL組成的聯(lián)合體中標該項目，其新建設的菲涅爾集熱系統(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10MW光煤互補項目實景
3）光熱發(fā)電+燃油
代表項目：Duba1項目
目前，沙特和科威特等光熱市場即正在開發(fā)數個ISCC聯(lián)合循環(huán)電站。沙特現正在開發(fā)50MW的Duba1項目（總裝機600MW），預計2018年完成。Duba1是沙特第一個ISCC項目，也是沙特第一個開建的商業(yè)化光熱發(fā)電項目。不久前，沙特50MW的WaadAl-Shamal項目（總裝機1390MW）已開始投入運行，其采用光熱與天然氣發(fā)電進行聯(lián)合循環(huán)。Duba1項目則采用光熱與燃油發(fā)電進行聯(lián)合循環(huán)，而非燃氣。
