蹒跚起步的光热发电

背景资料

聚光光热发电原理：系统先使用汇聚的太阳光将热量接收器中的介质(液体或气体)加热到非常高的温度，然后把这部分热量转换为机械能，再从机械能转化为电能。聚光光热发电技术分为四种：槽式、塔式、碟式及反射菲涅尔式。

槽式：利用槽式聚光镜，直接将太阳光反射到位于镜面焦点处的集热管，将内部传热物质转化为蒸气从而驱动涡轮发电。

塔式：将吸收到的太阳能射线集中到塔中，对传热工作物质加热进而发电。

碟式：利用旋转抛物面反射镜，将入射太阳光聚焦到焦点上，用焦点处放置的斯特林发电装置进行发电。

菲涅尔式：工作原理类似槽式光热发电，只是采用菲涅耳结构的聚光镜来替代抛面镜。

在非洲撒哈拉沙漠建一座巨型太阳能光热电站，为欧洲提供15％的清洁电力，听上去带有科学幻想色彩的计划，正在欧洲悄然进行；而大洋彼岸的中国，在历经数年犹豫、波折之后，太阳能光热发电也开始由幕后走向前台。

专家预测，目前200兆瓦的太阳能热力机组，每年将会帮地球减少1500万吨二氧化碳，等于种了1280万亩的森林，也等于为地球减少了290万辆汽车。

太阳能光热发电起步于上世纪70年代，但一直作为实验电站在世界各地建立。从1985年到1991年，美国和以色列联合成立的路兹公司，在美国加州沙漠建成了9个太阳能光热电站，并成功实现了商业化运行。

从国际上来看，未来光热发电容量将大大超过光伏发电，并有可能取代常规能源而广为人类利用。

全球发展光热发电趋势已现

两千多年前古希腊人在西西里岛上用金属镜反射阳光打败罗马舰队的传奇故事，给后人带来了深远的影响，对西西里岛人尤其非同一般。

上世纪70年代，西西里岛卡塔尼亚省政府决定在阿德诺镇上建立一座太阳能发电站。这个计划得到了欧洲共同体九个成员国的支持，并共同出资于1980年12月建设完成。

这个太阳能发电站实际上是一座摆满了镜子的巨大广场，共有180面特大的玻璃反射镜，镜面的总面积共有6200多平方米。镜面的角度用电子计算机控制和调整，使它们反射出去的阳光都集中到矗立在对面的中央塔上。中央塔有55米高，顶上装备有锅炉和阳光接收器。接收器接收到阳光热能将锅炉内的水加热，最高温度可达到500摄氏度，压力可达到6485千帕，这样的高温高压蒸汽完全可以推动涡轮机发电。这座发电站的发电能力达1000千瓦，在当时，这可算得上是规模最大的太阳能发电站之一了。

广场上180面特大的反射镜，使人不能不想起阿基米德当年利用金属镜反射阳光打败敌船的阵势。负责这项工程的工程师格雷茨坦率地说：“这项工作就是根据当年阿基米德的著名战争故事设计的。”阿德诺镇上的这个太阳能发电站，就是今天我们所说的聚光光热塔式太阳能发电站。

从那以后，世界各地陆续开始建设太阳能发电站。从1985年至1991年，美国和以色列联合组成路兹公司，在美国加州沙漠建成9座槽式太阳能热电站，从第一个电站的30兆瓦装机容量发展到第九个的80兆瓦装机容量，并成功实现了商品化运行。之后，世界各国相继建立起不同形式的太阳能示范电站，促进了太阳能光热发电技术的发展。

如今，太阳能光热电站遍布美国、西班牙、德国、法国、阿联酋、印度、埃及、摩洛哥、阿尔及利亚、澳大利亚等国家。2009年，全球已并网运行的光热电站装机容量约600兆瓦，全部集中在美国和西班牙。

美国目前投入商业运行的太阳能光热电站总装机容量达432兆瓦，位居世界首位。2009年，美国有3座总计12兆瓦的太阳能光热电站投入运行，2010年还会再新增3座。这几座电站若能如期建成，美国在世界聚光光热发电领域的领先地位将更加巩固。

西班牙目前的总装机容量达330兆瓦，仅次于美国。西班牙的远期规划是在2020年达到2万兆瓦的装机容量。2009年，西班牙预登记的太阳能光热发电项目达57个，预计在2013年投入运营。照这样的趋势，2013年，西班牙的光热发电规模将超越美国。

2009年7月，欧洲各国联合启动“欧洲沙漠行动”，各国政府和企业计划在未来十年内投资4000亿欧元，在撒哈拉沙漠地区建立庞大的光热电站，该项目至少将满足全欧洲15％的电力需求。

由于光伏产业尤其是晶硅太阳能，在发展过程中会带来高能耗、高污染等问题，很多国家和地区已经开始鼓励光热发电，限制光伏发电。美国加州的规划是要求到2030年，光热发电与光伏发电的装机比例为4：1。

太阳能热发电的四种技术形式，相比之下各有优劣。像以美国为主的槽式电站最长的运行了将近三十年，说明槽式光热发电技术的可靠性已经经受住了时间的考验，技术最为成熟；而塔式发电系统发电效率较高，但占地面积较大，目前主要用于边远地区的小型独立供电；碟式发电效率最高，但存在反射镜局部容易过热等问题；菲涅尔式发电优势明显，投资比槽式发电低45％，占地面积仅为塔式的1／4。

根据国际权威机构2009年统计，目前在全世界运行的槽式太阳能热发电占整个太阳能聚热发电装置的88％，占在建项目的97.5％。未来十年，全世界光热发电规模将达到24G瓦，其中槽式太阳能热发电仍占主导地位。特别是欧盟即将在非洲建立的“欧洲沙漠行动”项目，仍将采用成熟的槽式太阳能热发电技术。

中国企业各自为政

2010年10月20日，国内目前最大的太阳能热发电项目――内蒙古50兆瓦槽式太阳能热发电特许权示范项目开始招标。然而，从招标启动至今，只有少数几家国企和外资企业表示了投资意向，看热闹的人多，掏腰包的人少。

与国内如火如荼的太阳能光伏产业相比，光热发电目前在国内还处于示范和研发阶段，还没有形成商业行为。显然，很多企业对于国内光热发电产业还心存犹豫。

不过近几年，国内各地光热发电示范项目已经开始启动。2010年1月9日，美国太阳能发电供应商esolar公司与山东蓬莱电力设备制造有限公司在北京宣布，双方签订了在中国建立200万千瓦太阳能聚光热电机组的总协议，总投资额超过50亿美元。这座考虑使用eSolar技术的太阳能光热电站位于陕西榆林新能源产业园区。在这里，将建设中国第一个太阳能热力混合示范电站，由中国华电集团承建，未来，电站将扩展到50兆瓦。

7月18日，山东皇明与中科院、华电集团合作，在山东德州建设全球首座屋顶太阳能高温热发电站。电站装机容量为2，5兆瓦，可供约3600个家庭的全年用电，这是国内首座线性菲涅尔式中高温热发电站。

今年年底，同样是由山东皇明与中科院、华电集团合作建设，位于北

京延庆县八达岭镇的太阳能热发电示范电站将实现并网发电。这是亚洲第一座塔式太阳能热发电站，电站建成后，每年的发电量将达到270万度，相当于1100余吨标准煤产生的电量。

另外，青海格尔木的100兆瓦电站、四川100兆瓦电站、海南50兆瓦电站等，都在计划当中。

中海阳(北京)新能源电力股份有限公司(以下简称“中海阳”)之前是一家光伏企业，近两年，中海阳把发展目标瞄向了光热领域。

中海阳董事长薛黎明表示：“未来几年，光热发电的份额必将超过光伏发电。”一年前，中海阳已经组织了十几个人的研发团队进行光热发电方面的技术研究，目前已拥有4项光热方面专利技术。

薛黎明告诉《新财经》记者：“在技术方面，光伏的研发阶段有一定科技含量，但后期就没有那么复杂了，只是一个拼装的过程。但光热还有一部分技术需要提升，目标是如何提高效率。光热发电的原理看起来简单，但实际上对于双轴(或单轴)太阳跟踪系统、聚光镜、集热管等技术要求非常高。比如聚光镜，看起来就是一面面超大的镜子，但目前国内那么多做镜子的企业，还没有一家能够做出合格的能运用到光热电站的镜子，因为它和普通镜子不一样，使用年限要达到二十至三十年，要获得最高反射率，并且要防风、防酸碱，各项参数指标比普通镜子高得多。另外，对集热管的要求也很高。由于光热发电的水温要达到400摄氏度以上，集热管在外面，既要耐热又要保温，对里面的技术含量要求非常高。目前，全世界只有两到三家企业能做得比较好，但国外技术都是封锁的，这些企业给别人安装集热管后，会把剩余材料全部带走，不会留下一点痕迹让人去研究。”

所以，目前中海阳投入光热发电站所用的聚光镜、集热管等关键材料全部从国外进口，目前的运营成本很高。为了长远考虑，薛黎明的想法是：“把国外的设备引进来。这才能降低国内光热电站建设成本，提高国内光热电站的技术及普及率。”中海阳已经开始筹建光热产业基地，前期投入5亿元从德国和意大利引进设备，通过对光热项目的投入，逐步在光热发电领域做全产业链。

薛黎明的规划是，2011年投入5亿～6亿元，2012年追加15亿～16亿元；到2015年，光热发电收入将占中海阳总收入的80％左右。

政策应尽快明朗

在国内光热发电的起步阶段，我们不光看到了皇明、中海阳这样的民营企业在跃跃欲试，五大电力集团之一的华电集团始终身在其中，参与了国内众多技术形式的光热发电实验项目。

2007年，在北京延庆启动的1兆瓦塔式光热发电示范项目时，华电集团就开始布局光热发电。2009年12月，华电集团与澳大利亚雄狮国际签署合作协议，准备在新疆格尔木携手开发100兆瓦光热发电项目。

2010年1月，华电集团又与嘉峪关市签署总额超过260亿元的战略合作协议，其中就包括在嘉峪关市发展光热发电。同年7月，华电集团与皇明、中科院合作，在山东德州建设我国首座菲涅尔式太阳能热发电站。

在国内光热发电领域，华电集团应该是走得最早、最快的电力巨头，并参与了光热发电不同技术的实验。从华电集团的一举一动中我们不难看出，电力巨头对于国内光热发电前景的憧憬。据了解，基于光热发电的规模效应和占地面积大的特点，现在包括华电集团在内的五大电力集团都在为发展光热发电跑马圈地。

中科院电工所可再生能源研究中心主任马胜红认为：“未来光热发电厂的投资主体，仍将以五大电力集团为主。”国内民营企业不是没有看到这样的趋势，大家都在暗下功课，准备抢在电力巨头的前面。皇明集团创始人黄鸣表示：“我们感觉到很紧迫，机会很大，现在准备大力扩展实验室。”

企业一方面感到时间紧迫，另一方面也更希望国家能出台鼓励和引导政策。薛黎明表示：“太阳能产业更多的是需要政府的鼓励，之前我们做光伏领域的时候，就感觉地方政府的执行效率有问题。我们曾经花了很长时间做一个项目的科研报告，但到最后执行的时候却非常不顺利。最近招标的内蒙古50兆瓦太阳能热发电项目，政府从开始酝酿、启动选址到今天公开招标就用了整整七年时间。另外，‘金太阳工程’中提到的鼓励电力并网的政策，我们申请一个并网报告就需要一年时间，造成了很大的人力资源和时间上的浪费。现在的决策体制在执行力上还有待增强，所以各大新能源企业都在呼吁政府加大对新能源的支持和执行力。”

皇明集团热电研发部高级工程王杰也表示：“‘金太阳工程’重点扶持的是并网光伏发电项目，没有涉及到光热发电。鉴于国内光热发电起步晚及自身具有的环保优势，国家应出台更好的政策扶持光热发电。”

上海聚恒总经理容岗也深有体会：“很多政策不明朗，特别是对我们这些民营企业。之前针对光伏发电一些地方也出台了补贴政策，给了我们一个补贴电价。但是，政策并没有告诉我们能补贴多少年。一个项目做下来可能需要很多年，我们也无法预测项目未来的效益。在这种政策形势下，很多企业不敢进入，谁知道结果会是什么样?”

更重要的是，2010年4月1日开始实施的《可再生能源法(修正案)》，尽管在光伏发电上网问题上取得了实质性进展，国内几个10兆瓦的大型并网光伏电站获准并网，但始终没有公布上网电价，定价机制也不明确。而太阳能光热发电只有实现并网才有商业价值，很多企业都希望国家在政策上能有所突破。

除了政策上的不明朗，光热发电企业自身也需要突破技术上的瓶颈。虽然业内都将“内蒙古50兆瓦太阳能热发电项目特许招标”视为国内光热发电产业的启动标志，但目前光热发电在应用市场还是一片空白。既没有有代表性的企业能够拿出成熟的、有竞争力的产品，也缺乏验证产品优势与劣势的系统，而且按照国际材料供应情况和国内技术成熟度来看，项目成本很难控制。

光热发电前景争议

近期，国金证券做的一份《光热发电会成为火电的替代者吗》的研究报告显示，中国75％～80％是用火力发电，因光热发电的规模效应，未来可以替代基础性能源。中科院电工所研究员马胜红也大胆预测：“2015年到2020年，我国光热发电产业将进入初步商业化运作阶段。”

薛黎明介绍：“中海阳之所以从事光热领域，就是看好了光热发电的前景。光热发电与光伏相比，有它的优势。第一，光伏发电储存量有限，白天有阳光的时候光伏发电才能运行，储存至夜间使用的电量有限。大规模储存光伏发电技术，目前全世界还没有。但光热技术的热量是能储存的，可以根据负载大小控制出气口，甚至可以支持几十栋楼的连续供电。第二，光伏发电是直流电，再通过变流器转换成交流电，相对平滑。而光热发电是每分钟3000转，和火力发电一

样，非常标准，质量要比光伏发电的好。第三，光伏发电虽然是一个新能源产业，但它的上游有一部分污染，主要是多晶硅。而光热发电基本没有污染的环节，都是一些常用的器件。第四，光热发电能够应用于大容量的电站，能够与火电相结合，未来将成为煤电的最佳替代对象。”

薛黎明表示：“未来，可以商业化运营的光热发电站装机容量最小也得50兆瓦，现阶段最理想的装机容量是200～300兆瓦，如果按这个规模，国内再建几个光热发电站，其规模就突破了现有光伏发电的总量。从另一方面讲，光伏发电和光热发电并不矛盾，两个领域可以同时发展。光伏发电作为间歇性的补充能源可以灵活运用；而光热发电可以作为基础性能源来运用。”

但是，国内也有人并不看好光热发电的前景，中国标准化研究院资源与环境标准化研究所总工程师贾铁鹰认为：“国内对于光热发电方面的研究尽管已经做了很多年，但目前还处于示范研发阶段，要达到产业化和并网的程度，在技术上还有一定距离。尤其在元器件、自动控制等方面，还存在很多问题。我们也正在着手制定光热发电的国家标准，但还处于最基础的阶段，也就是‘太阳能热发电术语标准’，仅限于概念、定义、分类等。制定标准就像盖楼房一样，要先把地基打扎实了，这个地基就是光热发电的术语标准。”

中科院电工所王博士认为，“搞光热发电很难算出它的成本，首先，光热发电站的几百面甚至上千面聚光镜，每天冲着太阳转，风吹日晒，要经常清洗，否则反光率会下降；其次，如果其中有聚光镜坏了，这个成本不是初期投资的成本，是运营中算不出来的，第三，光热发电燃气轮机也要进行后期维护，需要大量的水源，如果电站建在沙漠地区，水源怎么解决?”

但马胜红说“目前光热发电的成本比较高，但也不能与已经发展了几年的光伏发电单纯地横向比较，经过几轮招标后，我相信光热发电成本会逐渐降低。我一直认为，比较不同路线的发电成本，一定要引入‘全成本’概念，火力发电如果将国家补贴和排放成本计入其中，电价绝不是现在的水平。未来，传统能源电价与太阳能发电电价肯定会有交叉的一天。”

从国内的情况来看，8万平方公里的太阳能利用产生的电量，可以等同于中国2008年全年的发电量。中国现有沙漠戈壁130多万平方公里，超过30万平方公里的沙漠戈壁适宜做光热发电。

薛黎明对光热发电的前景充满了信心“奥巴马前不久批准的几个太阳能发电站全部是光热电站，美国、西班牙、德国、意大利在研发领域比中国早五年，在应用领域，中国只要能做到1～2G瓦的电站规模，效益就显现出来。中国人在脑力思维能力还是比较高的，只是缺乏脚踏实地的研发精神，更多看重的是短期收益。很多外国企业可以在一个领域研究五十年甚至一辈子，这是值得我们学习的地方。”