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槽式太陽能熱發電可以借助傳熱介質的熱惰性有效應對多云天氣的變化，在熱循環系統中可保持溫度相對穩定，其輸出的優質電力和規模儲能為電網所歡迎。此外，槽式光熱循環系統還可通過多能互補充分展現儲熱優勢，通過延長發電時數降低發電成本，通過精心設計減少初始投資。只要根據我國國情不斷創新并提出可行性的方案，即可有效提升槽式太陽能熱發電技術在我國可再生能源發電中的市場競爭力。本文作者分享了幾種槽式太陽能的方案，以供參考。

前言

太陽能光熱(re)發(fa)電(dian)(dian)技術目前(qian)(qian)主要有(you)槽式、塔(ta)式、碟式、線性菲涅耳四種，其(qi)中槽式光熱(re)發(fa)電(dian)(dian)約占據裝(zhuang)機總量的70%以(yi)上(shang)，技術成(cheng)熟(shu)度得到公認，已被證明是一(yi)種具有(you)發(fa)展前(qian)(qian)景的可(ke)再生(sheng)能源技術。槽式光熱(re)發(fa)電(dian)(dian)的基(ji)本(ben)優勢(shi)是可(ke)以(yi)借助傳熱(re)介質的熱(re)惰性以(yi)及儲(chu)能有(you)效應對多云天氣的變(bian)化，在熱(re)循環系統中可(ke)保(bao)持溫度相對穩定，其(qi)輸出的優質電(dian)(dian)力和規模儲(chu)能為電(dian)(dian)網(wang)所歡迎。

槽式(shi)聚光(guang)設(she)備經長時間的(de)實踐磨合，技術(shu)參數接近(jin)極限；充(chong)分運用光(guang)譜(pu)選擇性吸收原(yuan)理(li)致使其光(guang)熱(re)轉化效(xiao)率(lv)最高；盡管我(wo)(wo)國(guo)自然環境約束(shu)條件多(duo)，太陽能直射輻射值(zhi)（DNI）大多(duo)低(di)于(yu)中(zhong)東(dong)北(bei)非等(deng)國(guo)外(wai)的(de)資源(yuan)條件，但槽式(shi)光(guang)熱(re)循(xun)環系統(tong)可通過多(duo)能互補充(chong)分展現儲(chu)熱(re)優勢；通過延長發(fa)電(dian)時數降低(di)發(fa)電(dian)成本；通過精心設(she)計減少初始投資；只要根據國(guo)情有(you)(you)針對性地不斷創新，即可有(you)(you)效(xiao)提(ti)升(sheng)槽式(shi)光(guang)熱(re)發(fa)電(dian)技術(shu)在我(wo)(wo)國(guo)可再生能源(yuan)發(fa)電(dian)中(zhong)的(de)市場競爭力。

圖(tu)2無(wu)儲熱(re)的槽式光熱(re)發(fa)電技術原理(li)圖(tu)

圖3首次在歐洲應(ying)用的帶(dai)熔鹽(yan)儲(chu)熱設(she)備的槽(cao)式(shi)光熱發電技(ji)術

圖4美國Solana和Mojave兩電站年(nian)度季節性(xing)運行曲線

一、鼓勵槽式太陽能熱發電與風電、光伏互補儲熱

推廣在光熱(re)(re)發(fa)電(dian)站內配(pei)置風(feng)電(dian)、光伏等可再生能源設施，推廣燃氣(qi)布雷(lei)頓發(fa)電(dian)與光熱(re)(re)發(fa)電(dian)互補(bu)儲熱(re)(re)發(fa)電(dian)技術，其目的是降低(di)初始(shi)投(tou)資，增加發(fa)電(dian)時數(shu)，提(ti)高(gao)市(shi)場(chang)競(jing)爭力(li)。

電(dian)(dian)(dian)(dian)規總院(yuan)和(he)水(shui)規總院(yuan)先前(qian)發(fa)布的(de)(de)《2016—2017年(nian)投產電(dian)(dian)(dian)(dian)力工(gong)程項(xiang)(xiang)目(mu)(mu)(mu)造價(jia)情況》顯示，我國5個(ge)百萬千瓦級二代改進型核(he)電(dian)(dian)(dian)(dian)項(xiang)(xiang)目(mu)(mu)(mu)平均造價(jia)為(wei)(wei)12038元/千瓦，11個(ge)常規水(shui)電(dian)(dian)(dian)(dian)項(xiang)(xiang)目(mu)(mu)(mu)造價(jia)為(wei)(wei)9352元/千瓦，41個(ge)火電(dian)(dian)(dian)(dian)項(xiang)(xiang)目(mu)(mu)(mu)為(wei)(wei)3593元/千瓦，而(er)風(feng)電(dian)(dian)(dian)(dian)和(he)光(guang)(guang)伏發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)分別為(wei)(wei)7587元/千瓦和(he)7406元/千瓦。顯然(ran)，光(guang)(guang)熱(re)(re)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)在(zai)初始投資上(shang)已經“輸在(zai)了起跑(pao)線上(shang)”。目(mu)(mu)(mu)前(qian)，風(feng)電(dian)(dian)(dian)(dian)和(he)光(guang)(guang)伏設備(bei)市場(chang)競爭比較充分，價(jia)格(ge)降幅很大，近期(qi)GE中標內蒙(meng)古(gu)興安盟(meng)100MW風(feng)電(dian)(dian)(dian)(dian)項(xiang)(xiang)目(mu)(mu)(mu)，風(feng)機(ji)報價(jia)僅3491元/千瓦！由此可(ke)見，把風(feng)電(dian)(dian)(dian)(dian)或光(guang)(guang)伏作(zuo)為(wei)(wei)光(guang)(guang)熱(re)(re)電(dian)(dian)(dian)(dian)站的(de)(de)重(zhong)要組成(cheng)可(ke)有(you)效平抑(yi)光(guang)(guang)熱(re)(re)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)初始投資，同(tong)時建立以光(guang)(guang)熱(re)(re)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)為(wei)(wei)核(he)心的(de)(de)綜合能(neng)源(yuan)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)基地。

傳統槽式光熱發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)站的(de)(de)(de)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)時(shi)數(shu)基(ji)本(ben)(ben)與(yu)當(dang)地的(de)(de)(de)DNI相當(dang)，如(ru)果引入風電(dian)(dian)(dian)和(he)光伏電(dian)(dian)(dian)力可借助(zhu)電(dian)(dian)(dian)儲(chu)熱提高年發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)時(shi)數(shu)和(he)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)量；尤其是將兩個(ge)不穩定電(dian)(dian)(dian)力通過儲(chu)能(neng)加(jia)以均衡，可進一步增強光熱電(dian)(dian)(dian)站作為(wei)電(dian)(dian)(dian)網基(ji)荷電(dian)(dian)(dian)源的(de)(de)(de)能(neng)力，激發(fa)(fa)風險(xian)資本(ben)(ben)對光熱發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)的(de)(de)(de)投(tou)資熱情。如(ru)圖5所示。

圖(tu)5風電、光伏(fu)與光熱發電互補示意圖(tu)

圖6風電(dian)、光伏(fu)運行負荷曲(qu)線

選擇風(feng)電(dian)(dian)互補儲(chu)熱(re)(re)(re)(re)，主要利用(yong)風(feng)電(dian)(dian)反調(diao)峰特性(xing)為儲(chu)熱(re)(re)(re)(re)設備提供輔助熱(re)(re)(re)(re)源；如圖(tu)6風(feng)電(dian)(dian)、光(guang)伏運行(xing)負荷(he)曲線(xian)所示，我國風(feng)電(dian)(dian)機(ji)組夜(ye)間(jian)運行(xing)多，與(yu)(yu)負荷(he)需求恰好相反，成反調(diao)峰狀態(tai)，因此將反調(diao)峰電(dian)(dian)力用(yong)于光(guang)熱(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)儲(chu)熱(re)(re)(re)(re)，可與(yu)(yu)光(guang)熱(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)形成有效互補，相比光(guang)伏發(fa)(fa)電(dian)(dian)與(yu)(yu)光(guang)熱(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)同周期(qi)運行(xing)更有利。圖(tu)7是國內風(feng)電(dian)(dian)行(xing)業借(jie)用(yong)光(guang)熱(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)熔(rong)鹽(yan)儲(chu)熱(re)(re)(re)(re)模式(shi)提出的電(dian)(dian)轉(zhuan)熱(re)(re)(re)(re)儲(chu)能(neng)發(fa)(fa)電(dian)(dian)系統。

圖(tu)7國內風(feng)電行業電轉熱儲(chu)能發電系(xi)統

圖8是(shi)將風(feng)力直接轉換成(cheng)熱(re)(re)(re)能(neng)，經高溫熔鹽存儲(chu)后以輸出穩(wen)定(ding)電(dian)(dian)(dian)力的一種技術模(mo)式。顯然，引入風(feng)電(dian)(dian)(dian)加(jia)大電(dian)(dian)(dian)儲(chu)熱(re)(re)(re)比例(li)，或(huo)將風(feng)轉熱(re)(re)(re)直接嫁(jia)接到(dao)光熱(re)(re)(re)發電(dian)(dian)(dian)系統中，可(ke)有效(xiao)提高儲(chu)熱(re)(re)(re)和發電(dian)(dian)(dian)設備的利用率，減(jian)少外用電(dian)(dian)(dian)使用量，減(jian)少寄生損耗，有利降(jiang)低運行成(cheng)本(ben)。

圖8風(feng)力(li)熱儲能發電(dian)系統，借用(yong)光熱發電(dian)熔鹽儲熱模式(shi)

圖(tu)9摩洛哥Noor Midelt的800MW太陽能光伏和光熱(re)混合發(fa)電項目(mu)原理圖(tu)

該(gai)項目技術人員(yuan)擬(ni)采用白天光(guang)伏(fu)和太(tai)(tai)陽能光(guang)熱(re)(re)(re)的(de)(de)重疊發電(dian)(dian)來優化光(guang)熱(re)(re)(re)混(hun)合存(cun)儲(chu)的(de)(de)容(rong)量和效率，即充分利用光(guang)伏(fu)白天的(de)(de)電(dian)(dian)力(li)加熱(re)(re)(re)太(tai)(tai)陽能熱(re)(re)(re)發電(dian)(dian)的(de)(de)熔(rong)鹽存(cun)儲(chu)介質(zhi)，以(yi)保證(zheng)夜間發電(dian)(dian)。他們(men)計劃在(zai)Noor Midelt的(de)(de)首個混(hun)合互補(bu)存(cun)儲(chu)項目中(zhong)實現以(yi)每千瓦時7美分的(de)(de)價格提供可調度(du)的(de)(de)太(tai)(tai)陽能電(dian)(dian)力(li)。

如(ru)圖10所示，該(gai)項目(mu)計劃選擇塔式(shi)(shi)熔(rong)鹽(yan)(yan)熱(re)(re)(re)發(fa)電為第(di)一(yi)(yi)級換(huan)熱(re)(re)(re)，將熔(rong)鹽(yan)(yan)溫度由170℃（最低）提升至(zhi)560℃；光伏電力加(jia)熱(re)(re)(re)為第(di)二級換(huan)熱(re)(re)(re)，可(ke)根據熔(rong)鹽(yan)(yan)氣(qi)化點繼(ji)續(xu)提高熔(rong)鹽(yan)(yan)工(gong)況溫度。該(gai)電加(jia)熱(re)(re)(re)器采用(yong)串聯模式(shi)(shi)，同樣(yang)(yang)可(ke)用(yong)于槽式(shi)(shi)互補儲熱(re)(re)(re)發(fa)電系統。為避(bi)免光照連續(xu)不足還需要(yao)配(pei)置電網輔(fu)助電加(jia)熱(re)(re)(re)系統，或配(pei)置燃氣(qi)補熱(re)(re)(re)裝置。如(ru)同Abengoa在美國(guo)建(jian)立的(de)280MW索拉納項目(mu)一(yi)(yi)樣(yang)(yang)，起(qi)初配(pei)置的(de)光伏電站并未保證(zheng)12個熔(rong)鹽(yan)(yan)罐安全，最終增加(jia)燃氣(qi)鍋爐以(yi)規避(bi)熔(rong)鹽(yan)(yan)罐及管道可(ke)能發(fa)生的(de)熔(rong)鹽(yan)(yan)凝固事故。

圖(tu)10光(guang)伏電加(jia)熱(re)輔(fu)助熔(rong)鹽互補熱(re)發電系統

其(qi)實，美國新月沙丘塔式熔鹽熱(re)(re)發(fa)電(dian)項(xiang)目就采用(yong)了光(guang)熱(re)(re)+光(guang)伏的混(hun)合(he)設計，其(qi)光(guang)熱(re)(re)發(fa)電(dian)的凈容量為(wei)100MWe，光(guang)伏發(fa)電(dian)容量為(wei)60MW，但未選擇(ze)利用(yong)光(guang)伏的電(dian)力(li)進行熱(re)(re)存儲。

Abengoa近期計(ji)劃將光(guang)伏(fu)或風電(dian)電(dian)加(jia)熱存(cun)儲技術“嫁(jia)接”到(dao)西班牙(ya)早期沒有存(cun)儲設備的槽(cao)式(shi)光(guang)熱電(dian)站(zhan)中，擬(ni)選擇一個50MW槽(cao)式(shi)電(dian)站(zhan)，初(chu)步(bu)規劃用4年完成改造。

圖11風電(dian)和光伏(fu)采用(yong)電(dian)池短(duan)時存(cun)儲(chu)、電(dian)轉(zhuan)熱長時存(cun)儲(chu)，對(dui)光熱發(fa)電(dian)構成挑戰

筆(bi)者很早就(jiu)提出將不穩定的光(guang)伏(fu)或風電(dian)(dian)通(tong)過電(dian)(dian)加熱(re)(re)裝置與光(guang)熱(re)(re)發(fa)電(dian)(dian)儲(chu)熱(re)(re)系統嫁(jia)接，以充(chong)分發(fa)揮光(guang)熱(re)(re)發(fa)電(dian)(dian)特有的儲(chu)熱(re)(re)技術(shu)優勢。但是(shi)，如果風電(dian)(dian)和光(guang)伏(fu)電(dian)(dian)站如圖11所示移植電(dian)(dian)儲(chu)熱(re)(re)和太(tai)陽能熱(re)(re)發(fa)電(dian)(dian)技術(shu)，即可借(jie)助初始投資低的先(xian)發(fa)優勢對光(guang)熱(re)(re)發(fa)電(dian)(dian)技術(shu)構成(cheng)挑(tiao)戰。

二、儲熱設計與太陽能倍數脫鉤

采用太(tai)(tai)陽能(neng)倍數與儲熱(re)脫鉤的設(she)(she)計(ji)(ji)模(mo)式，聚(ju)光鏡(jing)場(chang)規(gui)模(mo)只(zhi)服從（設(she)(she)計(ji)(ji)點選擇800瓦(wa)/㎡）發(fa)(fa)電設(she)(she)備銘牌功率，可(ke)有效降低鏡(jing)場(chang)投資(zi)規(gui)模(mo)。從美國上(shang)世紀八(ba)十年(nian)(nian)代開發(fa)(fa)槽式熱(re)發(fa)(fa)電技術初(chu)始，在(zai)(zai)電站(zhan)增(zeng)加(jia)儲能(neng)設(she)(she)施其初(chu)衷是為應對夏季超過設(she)(she)計(ji)(ji)點的溢出。德國千年(nian)(nian)太(tai)(tai)陽能(neng)公司設(she)(she)計(ji)(ji)的兩(liang)罐熔鹽(yan)儲熱(re)技術于2008年(nian)(nian)首次在(zai)(zai)西班牙Andasol-1號電站(zhan)應用，從實際(ji)應用效果看(kan)，尚無法達(da)到(dao)設(she)(she)計(ji)(ji)目標(biao)，但因為儲能(neng)系統的增(zeng)加(jia)以及對應的聚(ju)光場(chang)面積(ji)的增(zeng)加(jia)，導致初(chu)始投資(zi)較無儲熱(re)電站(zhan)明(ming)顯增(zeng)多。

表(biao)1美國Solana、Mojave和Genesis同規模電(dian)站比較

以(yi)美國(guo)Solana和Mojave兩(liang)(liang)個槽式光熱電(dian)站作比較，電(dian)站設計均出自西班牙Abengoa Solar公(gong)司之手，相(xiang)同(tong)規模、相(xiang)同(tong)設計，區別在于Solana帶儲熱設備，而后者無儲熱設備，兩(liang)(liang)者相(xiang)差4億美金(jin)，如和Genesis比較投(tou)資增加(jia)7.5億美金(jin)。如表1所示。

表2西班牙三個電站(zhan)比較

西班牙安(an)達(da)(da)索(suo)地區DNI略高于我國，安(an)達(da)(da)索(suo)三(san)個(ge)電(dian)站(zhan)首(shou)次應用熔鹽儲(chu)熱技術，年設(she)計發電(dian)時數(shu)3589h（實際運行時數(shu)相差(cha)近千小(xiao)時），儲(chu)熱7.5h，聚光鏡面(mian)積達(da)(da)51萬㎡，優惠電(dian)價0.32歐元/kWh，燃氣占15%，寄生(sheng)損耗(hao)27.2GWh，約占發電(dian)總量的(de)15%左(zuo)右；艾波(bo)索(suo)以及索(suo)拉(la)維(wei)的(de)三(san)個(ge)電(dian)站(zhan)均不(bu)帶儲(chu)熱裝置(zhi)，聚光鏡面(mian)積分別(bie)為29萬和29.43萬㎡，與安(an)達(da)(da)索(suo)電(dian)站(zhan)相差(cha)一半，運行工況溫度且高于前者(zhe)。如表2所示(shi)。

圖12推廣“小鏡場”大儲罐技術

轉(zhuan)變傳統(tong)太陽能鏡(jing)(jing)場(chang)必須和(he)儲(chu)熱(re)規(gui)模(mo)匹配(pei)設計和(he)確立多能互(hu)補(bu)儲(chu)熱(re)的理(li)念極有(you)必要。建(jian)議(yi)根據(ju)我國國情實(shi)行非(fei)匹配(pei)設計，為(wei)降低初始投資(zi)（鏡(jing)(jing)場(chang)投資(zi)占總投約60%），推廣(guang)“小(xiao)鏡(jing)(jing)場(chang)”大儲(chu)罐技(ji)術，鏡(jing)(jing)場(chang)規(gui)模(mo)最多控(kong)制(zhi)在1.5倍之內，也即按儲(chu)熱(re)2小(xiao)時確定鏡(jing)(jing)場(chang)規(gui)模(mo)；儲(chu)熱(re)設備或罐體容(rong)量(liang)(liang)按預設的儲(chu)熱(re)量(liang)(liang)和(he)發電時數選擇，為(wei)風電或燃(ran)氣互(hu)補(bu)儲(chu)熱(re)留置容(rong)量(liang)(liang)空(kong)間。如圖12所示。

三、倡導單罐固體填充一體化儲能技術

為(wei)降低(di)儲(chu)能設備投資(zi)（占總投資(zi)10-15%），提倡單罐儲(chu)能替代(dai)雙(shuang)罐儲(chu)能，有效降低(di)初始投資(zi)。如(ru)圖13所示。

圖13單(dan)罐固(gu)體填(tian)充(chong)和蓄電一體化儲能技術

槽式太(tai)陽(yang)能儲熱蓄電一體化系統簡介：

1、本裝置選用高溫(wen)硅油做(zuo)傳(chuan)熱介質，工況溫(wen)度400℃，無低溫(wen)冷凝結晶(jing)疑慮；

2、采(cai)用單罐(guan)固體儲(chu)熱介質填充技術，替(ti)代價格昂貴的(de)熔鹽；固體填充物優(you)先選(xuan)擇成(cheng)本(ben)低(di)的(de)廢(fei)棄陶瓷或冶煉廢(fei)棄物鋼渣(zha)、鐵渣(zha)等，澆注成(cheng)型置入儲(chu)熱罐(guan)內。

3、蓄電(dian)裝置(zhi)采用鈉氯化物高溫熔鹽電(dian)池堆，中心(xin)工況溫度300℃；

4、蓄(xu)電(dian)來源主要(yao)吸納風電(dian)、光伏和電(dian)網超負(fu)荷過載電(dian)力；

5、本裝置擬參與電網削峰填谷(gu)、調頻調壓任(ren)務，目(mu)標為(wei)電網基荷電源(yuan)。

四、燃氣發電與光熱發電互補儲熱

圖14

摘自(zi)：NREL-52424《Gas Turbine/Solar Parabolic Trough Hybrid Design Using Molten SaltHeat Transfer Fluid》

使用燃氣(qi)(qi)(qi)發(fa)(fa)電(dian)替(ti)代現(xian)有(you)燃氣(qi)(qi)(qi)普(pu)通(tong)鍋爐，利用瞬時啟動快的(de)(de)(de)(de)特點，增(zeng)強參與電(dian)網(wang)調峰的(de)(de)(de)(de)能力，同時利用燃氣(qi)(qi)(qi)發(fa)(fa)電(dian)產生的(de)(de)(de)(de)高溫排氣(qi)(qi)(qi)為(wei)(wei)儲(chu)熱罐補熱，以(yi)克服(fu)太陽能不穩定、不可(ke)(ke)控的(de)(de)(de)(de)缺陷(xian)，有(you)效增(zeng)加發(fa)(fa)電(dian)時數，提(ti)高槽(cao)式(shi)光熱電(dian)站的(de)(de)(de)(de)可(ke)(ke)控性和市場競爭力。如(ru)圖14所示。該(gai)技(ji)(ji)術不同于燃氣(qi)(qi)(qi)聯合發(fa)(fa)電(dian)即IGCC或ISCCS模(mo)式(shi)，燃氣(qi)(qi)(qi)發(fa)(fa)電(dian)機組是為(wei)(wei)發(fa)(fa)揮光熱電(dian)站特有(you)的(de)(de)(de)(de)儲(chu)熱功能，以(yi)彌(mi)補光照資源不穩定和克服(fu)光熱發(fa)(fa)電(dian)的(de)(de)(de)(de)間歇性提(ti)出(chu)的(de)(de)(de)(de)技(ji)(ji)術方(fang)案。該(gai)技(ji)(ji)術既可(ke)(ke)用于槽(cao)式(shi)也可(ke)(ke)用于塔式(shi)。

2016年10月，歐(ou)(ou)盟(meng)針對歐(ou)(ou)洲(zhou)南部(bu)地區DNI較低的(de)(de)(de)(de)現狀，提(ti)出沼氣與光熱(re)發電互補(bu)(bu)的(de)(de)(de)(de)HYSOL研發課題。該(gai)項(xiang)(xiang)目(mu)(mu)(mu)為歐(ou)(ou)盟(meng)資助(zhu)項(xiang)(xiang)目(mu)(mu)(mu)，由西班(ban)牙ACS-COBRA牽頭，歐(ou)(ou)盟(meng)內8個單(dan)位(wei)參與，包括太陽(yang)能組織PSA-CIEMAT、西班(ban)牙馬德里技術(shu)大學(xue)、意(yi)大利ENEA、IDIE(西班(ban)牙)、AITESA(西班(ban)牙)、Tekniske大學(xue)(丹(dan)麥)和(he)SDLO-PRI(荷蘭)。歐(ou)(ou)盟(meng)的(de)(de)(de)(de)燃氣互補(bu)(bu)發電實驗項(xiang)(xiang)目(mu)(mu)(mu)即(ji)HYSOL的(de)(de)(de)(de)設(she)計和(he)運行主要基(ji)(ji)于當地的(de)(de)(de)(de)電力(li)需求(qiu)、太陽(yang)能資源(yuan)以及輔助(zhu)燃料(liao)的(de)(de)(de)(de)來源(yuan)、成本和(he)特性(xing)，輔助(zhu)燃料(liao)可(ke)能是化(hua)石燃料(liao)或可(ke)再生燃料(liao)。HYSOL的(de)(de)(de)(de)概念(nian)是基(ji)(ji)于CSP電站以熔(rong)鹽的(de)(de)(de)(de)形式儲存(cun)熱(re)能(TES)，可(ke)以在槽式或塔式太陽(yang)能系統應(ying)用。該(gai)電站擬采(cai)用Brayton循環，利用燃氣輪機(ji)廢氣中的(de)(de)(de)(de)熱(re)能與傳統的(de)(de)(de)(de)Rankine循環結合。該(gai)項(xiang)(xiang)目(mu)(mu)(mu)宣(xuan)稱可(ke)高效生產(chan)清潔能源(yuan)。如圖13所(suo)示。我國光照(zhao)資源(yuan)相(xiang)比歐(ou)(ou)洲(zhou)南部(bu)相(xiang)差無幾，其發展觀(guan)念(nian)可(ke)以借鑒(jian)，但應(ying)設(she)法規(gui)避二氧(yang)化(hua)碳和(he)氮氧(yang)化(hua)物排放問題。

圖15歐(ou)盟HYSOL燃氣發電與熔鹽儲熱互補原理圖

圖(tu)15歐盟(meng)HYSOL燃氣發(fa)電(dian)與(yu)熔鹽(yan)儲(chu)熱(re)互(hu)補原理(li)風電(dian)與(yu)燃氣發(fa)電(dian)作為熱(re)源(yuan)與(yu)光熱(re)發(fa)電(dian)互(hu)補，可以彌補太陽能(neng)熱(re)發(fa)電(dian)的缺(que)陷，通過(guo)儲(chu)熱(re)設備作為介質(zhi)，從根本改變可再生能(neng)源(yuan)共有的不(bu)(bu)穩(wen)定、不(bu)(bu)連續、不(bu)(bu)可控的問題。

圖16光熱發電與燃氣互補平衡季節性出力

歐盟HYSOL項(xiang)目對實(shi)行(xing)燃氣(qi)互(hu)補后的(de)發(fa)電(dian)情況進(jin)行(xing)比較，顯示借(jie)助(zhu)燃氣(qi)發(fa)電(dian)為光熱(re)發(fa)電(dian)系統補熱(re)儲熱(re)，不僅延長發(fa)電(dian)時數(shu)，而且平抑了太陽能發(fa)電(dian)的(de)季節性差異。如圖16所示。

五、純氧燃氣發電與槽式光熱發電互補，追夢“終極能源”

采用半(ban)閉(bi)式超(chao)臨界二氧(yang)化(hua)碳純氧(yang)燃氣(qi)發電(dian)(dian)與槽式光熱發電(dian)(dian)互補(bu)，其目的(de)是創建(jian)可再生能(neng)源“終極能(neng)源”發電(dian)(dian)系統，以逐步替代化(hua)石(shi)能(neng)源發電(dian)(dian)，最(zui)終實(shi)現(xian)零碳綠色電(dian)(dian)力。如圖(tu)17所示(shi)。

其原理(li)是：將(jiang)槽式(shi)太陽(yang)能(neng)(neng)熱(re)(re)發(fa)電(dian)技術有機(ji)嫁接(jie)在半(ban)閉(bi)式(shi)超(chao)臨界二(er)氧(yang)(yang)化碳燃氣(qi)(qi)布(bu)雷頓熱(re)(re)發(fa)電(dian)系(xi)統(tong)(tong)中(zhong)，通過互補(bu)儲(chu)熱(re)(re)、循(xun)環(huan)發(fa)電(dian)以規(gui)避太陽(yang)能(neng)(neng)熱(re)(re)發(fa)電(dian)不穩定、不連(lian)續的(de)(de)(de)(de)先天缺陷；同時利(li)用(yong)(yong)純氧(yang)(yang)燃氣(qi)(qi)發(fa)電(dian)產(chan)(chan)(chan)(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)(shui)進行(xing)電(dian)解制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)制(zhi)(zhi)氧(yang)(yang)，汽(qi)水(shui)(shui)(shui)分離出的(de)(de)(de)(de)二(er)氧(yang)(yang)化碳除用(yong)(yong)作動力工(gong)質外，其余部分進行(xing)加(jia)氫(qing)(qing)甲(jia)烷(wan)化制(zhi)(zhi)備，并(bing)將(jiang)制(zhi)(zhi)備的(de)(de)(de)(de)甲(jia)烷(wan)氣(qi)(qi)進行(xing)存(cun)儲(chu)，而利(li)用(yong)(yong)可(ke)再生(sheng)能(neng)(neng)源電(dian)解水(shui)(shui)(shui)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)獲(huo)得(de)的(de)(de)(de)(de)氧(yang)(yang)氣(qi)(qi)用(yong)(yong)于系(xi)統(tong)(tong)自身的(de)(de)(de)(de)純氧(yang)(yang)燃氣(qi)(qi)布(bu)雷頓高效發(fa)電(dian)；系(xi)統(tong)(tong)冷凝產(chan)(chan)(chan)(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)(shui)和加(jia)氫(qing)(qing)甲(jia)烷(wan)化產(chan)(chan)(chan)(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)(shui)將(jiang)直接(jie)提供(gong)給槽式(shi)太陽(yang)能(neng)(neng)熱(re)(re)發(fa)電(dian)系(xi)統(tong)(tong)作蒸(zheng)汽(qi)朗肯循(xun)環(huan)發(fa)電(dian)補(bu)水(shui)(shui)(shui)使用(yong)(yong)，多余的(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)(shui)作清洗聚光(guang)鏡用(yong)(yong)水(shui)(shui)(shui)。據國(guo)外測算(suan)，不含甲(jia)烷(wan)制(zhi)(zhi)備產(chan)(chan)(chan)(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)(shui)，僅550兆瓦電(dian)站即可(ke)產(chan)(chan)(chan)(chan)生(sheng)1.8億加(jia)侖水(shui)(shui)(shui)。

其(qi)實，當人們把(ba)目(mu)光聚焦(jiao)在氫(qing)(qing)能的(de)開發和利(li)用(yong)(yong)時(shi)，氫(qing)(qing)能幾乎成了(le)“終(zhong)極(ji)(ji)能源”的(de)代名詞，但是氫(qing)(qing)能畢竟屬于二次能源，只有(you)將(jiang)可(ke)再生能源與氫(qing)(qing)能有(you)機結合，直接將(jiang)其(qi)轉化為電能，減少氫(qing)(qing)的(de)儲運(yun)和使用(yong)(yong)中的(de)繁瑣過程才能最終(zhong)展現其(qi)“終(zhong)極(ji)(ji)能源”的(de)魅力。

圖17槽式太陽能熱發(fa)電(dian)與(yu)風電(dian)和(he)燃氣發(fa)電(dian)制(zhi)氫(qing)制(zhi)甲烷循環熱發(fa)電(dian)

六、可再生能源與氫結合，副產綠色化肥

我(wo)國是(shi)世界(jie)上氨(an)產(chan)量和(he)使(shi)用(yong)量最(zui)多(duo)的國家(jia)，占世界(jie)總產(chan)量的三分之一(yi)(yi)左右，但是(shi)氨(an)的獲取主要依賴天然(ran)氣和(he)煤炭。目前全世界(jie)5%的天然(ran)氣用(yong)于(yu)生(sheng)產(chan)氨(an)，大多(duo)采用(yong)哈伯法(fa)工藝(yi)，每生(sheng)產(chan)一(yi)(yi)噸氨(an)則排(pai)(pai)放三噸二氧(yang)化碳，可謂二氧(yang)化碳排(pai)(pai)放和(he)電力高耗能(neng)大戶(hu)。

如果借助太(tai)陽能或風能等可再(zai)生(sheng)能源電(dian)力通過(guo)空分設備(bei)制取(qu)氧(yang)(yang)(yang)氣(qi)，利用副產(chan)的(de)氮氣(qi)與電(dian)解水制取(qu)的(de)氫氣(qi)混合制備(bei)“綠(lv)色氨”，再(zai)與燃氣(qi)發電(dian)系統回收的(de)二氧(yang)(yang)(yang)化碳(tan)(tan)混合生(sheng)產(chan)碳(tan)(tan)酸(suan)氫氨、尿素等化工產(chan)品(pin)，不僅可大幅減(jian)少我國的(de)二氧(yang)(yang)(yang)化碳(tan)(tan)排放，而且經農業(ye)施放“綠(lv)色化肥”還可實現真正意義的(de)二氧(yang)(yang)(yang)化碳(tan)(tan)自然循(xun)環(huan)。

槽式光熱發(fa)電結合風能(neng)與純(chun)氧(yang)燃(ran)氣發(fa)電互補同(tong)時進(jin)行氨制(zhi)備即可實現“綠(lv)色化(hua)肥”生產(chan)，該技術的(de)(de)應(ying)用(yong)對我(wo)國(guo)西(xi)部(bu)風能(neng)和太陽能(neng)稟賦較(jiao)高，但吸(xi)納能(neng)力較(jiao)弱的(de)(de)地(di)區無(wu)疑是一件(jian)好事。對于政策制(zhi)定者(zhe)而言，也(ye)可據此鼓勵農用(yong)石化(hua)項目逐(zhu)漸(jian)由我(wo)國(guo)東部(bu)西(xi)移至可再生能(neng)源(yuan)豐富(fu)的(de)(de)西(xi)部(bu)地(di)區，即有利于國(guo)土產(chan)業(ye)布(bu)局優(you)化(hua)，也(ye)有利于二氧(yang)化(hua)碳(tan)減(jian)排，同(tong)時改善影響我(wo)國(guo)東部(bu)霧霾氣象(xiang)的(de)(de)氣凝膠積聚效(xiao)應(ying)，將是一舉多得(de)。如圖(tu)18所示。

圖(tu)18太陽能(neng)、風能(neng)與燃氣互補(bu)熱發電副產綠色(se)化(hua)肥示意圖(tu)

總(zong)之(zhi)，光熱發(fa)電技術在(zai)我國能源轉型(xing)中(zhong)的地位需要靠自己的技術實力來保證(zheng)，其(qi)根本(ben)出路在(zai)于發(fa)揮自身(shen)特有的儲(chu)(chu)熱技術優勢——可(ke)以與光伏、風電或燃氣發(fa)電與光熱發(fa)電互補儲(chu)(chu)熱，力爭平衡季節性(xing)(xing)和間歇性(xing)(xing)發(fa)電，在(zai)提高發(fa)電設備(bei)利(li)用率(lv)的基(ji)礎上，將年(nian)發(fa)電時(shi)(shi)數(shu)的設計值增加到5000小(xiao)時(shi)(shi)以上，這一選擇已被證(zheng)明是(shi)完全可(ke)行的。

另(ling)外，我們對(dui)光熱(re)發(fa)電(dian)使用天然氣(qi)應持包容的(de)(de)態度；業(ye)內人(ren)士也要少點理想主義色(se)彩，只要光熱(re)發(fa)電(dian)技術做到少排放或不排放二氧(yang)化(hua)碳(tan)就應予以肯定。因(yin)此，選擇風(feng)電(dian)制熱(re)或燃(ran)氣(qi)發(fa)電(dian)與光熱(re)發(fa)電(dian)實現互補(bu)不失為一種更(geng)現實、更(geng)經濟、更(geng)具競爭力(li)的(de)(de)技術路(lu)線。

結語

槽(cao)式太陽能(neng)熱(re)發(fa)電(dian)(dian)技(ji)術(shu)(shu)和(he)應(ying)用在全球光熱(re)發(fa)電(dian)(dian)技(ji)術(shu)(shu)領域占主導地位，究(jiu)其根本原因在于技(ji)術(shu)(shu)成熟度高，創(chuang)新(xin)空間大。但(dan)是面對我國不太豐沛的(de)太陽能(neng)資(zi)源和(he)現狀，必須對槽(cao)式太陽能(neng)熱(re)發(fa)電(dian)(dian)技(ji)術(shu)(shu)進(jin)行再(zai)創(chuang)新(xin)。創(chuang)新(xin)的(de)目(mu)標無(wu)非是降低(di)初始投資(zi)，提高發(fa)電(dian)(dian)效(xiao)率、延長發(fa)電(dian)(dian)時數(shu)，增強盈(ying)利(li)能(neng)力，建立(li)與(yu)光伏和(he)風力發(fa)電(dian)(dian)競(jing)爭的(de)技(ji)術(shu)(shu)基礎。

上世紀末，歐(ou)盟牽頭組織(zhi)歐(ou)洲一些國家(jia)聯合(he)開發(fa)槽(cao)式太陽能熱發(fa)電技術(shu)(shu)，其中為(wei)(wei)大家(jia)所熟知的“歐(ou)洲槽(cao)”聚(ju)光陣列和槽(cao)式熔鹽儲熱技術(shu)(shu)就是(shi)這次(ci)聯合(he)設計(ji)(ji)的產物，正(zheng)因為(wei)(wei)有(you)了(le)聯合(he)設計(ji)(ji)，才(cai)加快了(le)槽(cao)式太陽能熱發(fa)電技術(shu)(shu)在(zai)全球的推廣。

可(ke)喜的是，我(wo)國(guo)自(zi)2016年以(yi)來相繼建(jian)立(li)了兩座規模化的槽式光(guang)熱發(fa)電(dian)站，這為(wei)我(wo)國(guo)積累建(jian)設(she)和(he)運行的經(jing)驗奠定了基礎，加之(zhi)為(wei)槽式光(guang)熱發(fa)電(dian)配套的產業(ye)鏈基本齊備，創建(jian)槽式光(guang)熱發(fa)電(dian)中(zhong)國(guo)方(fang)案指日可(ke)待，相信在不久(jiu)的將(jiang)來，我(wo)國(guo)企業(ye)能攜中(zhong)國(guo)方(fang)案走向國(guo)際(ji)市場。

注：本文作者系太陽能熱發電技術資深學者張建城。