光热发电新趋势

2019-07-18 版权声明 举报文章

现在,我们面临两个压力:一是化石能源短缺,二是环境污染与气候的变化。这都要求我们发展替代能源。在国际上,光热发电被看作重要的技术途径,并将之视为未来的主力能源。按欧洲能源中心的预测,在2050年,光热发电在能源构成中占20%~30%的比例,而到2100年,这一比例会达到60%~70%。

然而,与光伏发电、风力发电相比,光热发电有何优势?集合了众多优势的光热发电,为何仍举步维艰?中国光热发电产业化过程中面临哪些困难?我们是否做好了人才、资本、技术、政策等准备?本刊记者专访北京工业大学环境与能源工程学院吴玉庭研究员。

能源新格局

《新经济导刊》:光热发电的技术原理是什么?与光伏发电、风力发电相比,光热发电有何优势?

吴玉庭:光热发电是把太阳能聚集起来,产生400~600度的高温热量把流体加热,然后让热的流体再去加热水或水蒸汽,驱动蒸汽轮机发电。从热转变成电的过程,基本与火力发电原理相同。火力发电是用锅炉,用烧煤把水变成水蒸汽,太阳能是用聚光设备替代锅炉。

光热发电,在将光转化成热的过程中,可以将多余的太阳能以热量的形式蓄积起来,在需要的时候,再输送热量发电。这也是光热发电最大的优势。光热发电能够与低成本、大规模的蓄热技术相结合是世界公认的。现在,世界上把光热发电看成未来一种主要的能源。

光伏发电和风力发电是直接把可再生能源变成电能,没有中间的蓄热过程,需要即发即用,或者只能用蓄电池储能,而蓄电池成本较高,寿命较短,因此,建设大规模电站用蓄电池储能是不可能的。因为太阳能、风力不稳定,光伏发电和风力发电的波动较大,这样造成供需不一致。当需要用电时,可能没有风或太阳,其应用就受到限制。所以在电网中,光伏发电和风力发电只能占较小的比例,否则可能对电网的安全性、可靠性带来挑战。

《新经济导刊》:为什么说光热发电会成为未来的主流能源形式,在量上是否有优势?

吴玉庭:煤电对化石燃料依赖严重,且并不环保;水电也受到诸多诟病;核电安全问题已经历历在目;风电不稳定因素太多了,其对电网的安全性带来考验;光伏发电也存在很多争议,在提炼多晶硅过程中就存在高耗能、高污染问题。综合看来,多方因素驱动转向光热发电。

我在给学生上课时,对各种可再生能源的资源总量进行了比较。如果把太阳能的资源总量比作一个杯子的话,那么生物质能、风能可能就是一个杯子底,地热能就更少了。而太阳能比较普遍,每个国家都有太阳能,从资源量上太阳能还有巨大的优势,只要世界上的沙漠利用1/100,就可以满足全世界的能源需求。风力发电虽然现在看来比较多、比较快,但现在风力发电发展空间不大,风场基本已经被圈完了,如果再要发展,只能到海上了。

《新经济导刊》:在太阳能发电领域,光伏发电的份额要比光热大很多吧?为什么具有如此多优势的光热发电,没有发展起来?

吴玉庭:对,中国从2007年才开始发展光热发电技术。在美国,从1981年到1991年间,曾做过9个光热发电站,总共35万kW的容量。从1991~2007年,光热发电技术就停滞不前了。因为,光热发电是有技术难度,而石油的价格后来比较低,所以光热发电没有持续。再后来,全球气候变化使人们重新审视未来能源路线,觉得光热发电还是比较有优势。

按国际主流机构的观点,结合美欧等既有光热电站的数据,光热发电的成本比光伏发电的成本要低,比风力发电成本高。如果再要加上蓄能的话,光热发电对比光伏发电的成本优势更明显,比风力发电也有优势。但国内光热发电基本没建成,而光伏发电价格被压得很低。

《新经济导刊》:为什么国内光伏发电价格被压得很低?

吴玉庭:原来国内光伏主要是靠出口,98%~99%出口到德国、西班牙,国内基本没什么光伏电站,后来当德国、西班牙等产业饱和后,就改变了政策,中国光伏出口受限,国外需求大幅下降。所以,现在光伏只能在国内寻求市场,就出现拼价格的恶性竞争。当然,不排除有些上市公司,可能其他原因考虑,虽然建光伏电站赔钱,但它们通过建电站,从金融市场融资。 “金太阳工程”支持光伏电站建设,国家会给一些补贴,给较高的上网电价。

产业化困境

《新经济导刊》:国内光热发电现状如何?

吴玉庭:目前,国内很多企业希望涉足光热发电。但到现在为止,国内还没有一个真正的光热电站建成,估计还得一两年的时间。比如浙江中控集团,是浙江大学的一些搞控制的老师与杭州锅炉厂、杭州汽轮集团联合各大电力公司,联合组建的一家公司。它们准备在青海建一个50MW的项目。

《新经济导刊》:中国光热发电滞后的原因是什么?

吴玉庭:光热发电涉及一系列关键技术,而中国起步较晚,基础技术需要一段时间攻关。直到2006年,中国才立了一个比较大的光热发电项目,由中科院电工所牵头来做,它们在八达岭延庆,建一个1MW的光热发电示范项目,现在定日镜和吸热器已做好,能出蒸汽了,再调试到发电还要半年到一年时间。

中国企业与国外企业不同,国外企业研发能力很强,每家企业都有很大的研发机构,特别重视研发,它们不仅自己研发,还主动找到科研院所高校合作。但中国除了少数大型国企,很多企业都没有相应的研发机构,比较急功近利,就是希望这个技术给它,它能够马上产生利润,不想投入资金研发。在中国做研发很难,从实验室到产业化过程中有个断层。

《新经济导刊》:光热发电是否完成了相应的人才储备?

吴玉庭:中国在可再生能源方向上还是缺少人才,我们原来热能动力工程专业主要是针对电厂、锅炉厂等设置的专业。北京工业大学、华北电力大学等从2007年开始设立可再生能源的方向,都属于行业的先驱。最近几年,各高校开始注重可再生能源。但现在,在可再生能源专业细化方面没有这么细,教育部的思路是不希望把专业分得太细,希望高校培养的学生是通才。如果专门设立光热发电专业,这样面太窄了,而学生的就业也受影响。

《新经济导刊》:在技术方面,光热发电也有些分化?

吴玉庭:光热发电技术很多。一个普遍的观点是,槽式发电是最成熟的技术,塔式发电是最有希望的技术。美国在1981~1991年间建设的9个电站全是槽式的,至今运行近30年了。而其运行到2003年,就将成本全部收回了,且有5亿美元的盈余。相信现在有更多的盈利。最近,西班牙建成的70万kW的电站,90%都是槽式的。而美国新上的一些光热发电项目,许多是塔式技术。

槽式发电技术的历史较早,其聚光比较低,可靠性比较高,不会存在烧毁、爆炸事故,但是,其效率偏低。尽管发展比较成熟,但其中几个关键部件的成本很高,未来成本降低的潜力小。塔式发电技术聚光比较高。如果用槽式,可能就只有400多度,而用塔式可能达到500~600度。温度越高,发电的效率越高,将来要降低成本,提高效率,塔式有很大潜力。而塔式发电技术的难点在于,聚光比太高,对吸热器技术要求很高。

《新经济导刊》:即便具备光热发电技术,但配套建设还没跟上,又阻碍了产业的发展。

吴玉庭:在某种程度上,这是矛盾的。按美国能源部的说法,技术走向产业化过程中有个断层,如果没有合适的扶持政策,可能技术就会夭折。内蒙鄂尔多斯去年底招标了一个50MW的太阳能热发电项目,确定的电价是9毛多钱,这9毛多来摊销成本,应该比较困难,因为开始时电站建设关键部件在中国没有形成大规模生产,成本肯定很高。

对于光热发电关键部件的生产商,有的技术不完全过关,有的技术虽然过关了,但在看市场,确认有市场他们才大量投入研发生产。如果没有政策支持,产业发展开始肯定非常困难,政府应该“扶上马,送一程”。美国的太阳能发电项目,都是由能源部出面担保,从银行贷款。我在《科学时报》发表过一篇文章,呼吁国家出台一些优惠政策。当然,政府也很无奈,能源技术种类很多,专家来自不同领域,意见也不一致,作为政府部门准确判断每一种能源技术的前景也较为困难。

《新经济导刊》:对于目前中国发展光热发电技术,您有怎样的建议?

吴玉庭:一是对于储能技术,应该引起足够的重视。二是中国在发展新技术方面,不注重掌握核心技术,不注重研发,存在盲目引进,造成产业竞争力下降,对产业健康发展是不利的。很多风力发电、光伏发电都是盲目引进国外的淘汰技术,因此希望注重研发,能够掌握自主技术。三是在中国的普遍现象是看到某项技术赚钱了,就一哄而上。市场并没有那么大,造成重复建设严重,最后形成恶性竞争,都通过压低价格,而技术也没什么进步。能否从国家层面,控制这种情况的发生?根据产业的市场容量,合理适度地发展,不要一下发展太快,因为光伏发电、风力发电都已出现了产能过剩的情况。

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