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以技術革新實現更高運行溫度 削減光熱發電LCOE
發布者：本網記者Robin | 來源：CSPPLAZA光熱發電網 | 0評論 | 9036查看 | 2013-01-30 11:46:00    
　　削減光熱發電的LCOE是全球光熱發電業界當前面臨的共同命題。在全球能源市場的激烈競爭下，替代能源技術如光伏和風電正在逐步接近傳統燃氣發電的成本，而光熱發電依然需要進一步降低LCOE以使其可以在可再生能源市場中占穩腳跟。

　　CSPPLAZA光熱發電網報道：CSPPLAZA已經在此前的多篇報道中討論過這一命題，增大光熱電站的相對裝機容量、降低項目融資的貸款利率、拉動組件成本下降、增大發電量等等，這一系列的解決路徑都是基于LCOE的影響因子來考慮的。

　　從更深一層來看，我們需要從技術角度上設法提升光熱電站的運行溫度。溫度影響著光熱電站的發電效率和發電量，進一步影響了LCOE。

　　如果將光熱電站的運行溫度從當前普遍的380攝氏度提升到550攝氏度，對LCOE產生的具體影響有幾何？我們從理論層面上來探討這一問題。

技術革新方向：降低LCOE

　　在過去的幾年內，太陽能熱發電產業界共同努力已經推動了LCOE的持續下跌，摩洛哥瓦爾扎扎特160MW槽式項目的中標電價僅為1.62道拉姆/KWH（約0.188美元/KWH，約人民幣1.183元/KWH），這一事實說明了業內對光熱發電成本的掌控預期。這個電價有著里程碑的意義，但相對于風電和光伏，該電價依然偏高。我們仍需在此基礎上進一步消減LCOE，才能使光熱發電在全球能源市場競爭者占據重要地位。

　　LCOE的影響因素眾多，每個光熱電站所處的地理環境的不同都將對LCOE造成重要影響。CAPEX的降低和電力產能的提高是LCOE降低的兩大直接影響要素。

　　我們此前已在相關文章中提到過LCOE的計算公式，從該公式可以看出，降低LCOE可以通過降低CAPEX和OPEX實現；同時，提升電站的運行性能，增加電力產能也將對LCOE削減帶來一定幫助。經驗數據顯示，CAPEX約占一個光熱電站總的生命周期內投資成本的50%左右，是其中最大的影響因素，項目融資帶來的投資支出約占31%左右，OPEX約占13%，剩余的是相關的稅費支出。

　　據CSPTODAY發布的研究數據顯示，降低1%的CAPEX大約可以削減0.8%~0.9%的LCOE，提升1%的發電量大約可以帶來0.7%~0.8%的LCOE削減。

　　新技術的開發即是為了降低成本、提升發電效率。但一般來講，降低成本和提升效率是相悖的，大多時候，成本降低則意味著效率隨之下降。

　　技術的主要革新方向集中于：一是更廉價、更高效、可運行溫度更高的傳熱介質的開發；二是新的高效廉價的儲熱系統的開發；三是對光熱電站的組件設備進行改進，如增大槽式反射鏡的聚光面積，提高反射鏡的反射率，改進塔式接收器的設計，定日鏡系統的設計等；四是自動化的運維程序和監控技術的應用以降低運維成本等等。

傳熱介質研發：實現更高溫度

　　上述幾個方面為LCOE的削減提供了廣闊的空間，目前對各種解決途徑關注較多的當歸于新型傳熱介質的研發，如美國能源部此前通過Sunshot計劃給予1000萬美元支持光熱發電傳熱介質的研發。

　　根據卡諾循環原理，卡諾循環中的熱機效率的計算公式如下：卡諾效率η=1－Tc/Th（Tc指低溫熱源溫度，Th指高溫熱源溫度），熱量循環的溫差越高，發電效率越高。當前光熱電站的實際運行效率還遠低于卡諾循環的理論效率。

　　實現更高的運行溫度對光熱電站提高效率是極為有益的。熔鹽塔式電站可以獲得550攝氏度左右的蒸汽溫度，比傳統的槽式電站一般能夠達到的380攝氏度的溫度要高出不少，帶來的直接影響是熱電轉化效率提高了5%~8%。

　　熔鹽傳熱介質的主要缺點是熔點太高，易凝固堵塞管路。當前熔鹽的研發目標是開發出低熔點、高氣化點的熔鹽，而現實中面臨的困難是熔點降低了，其氣化點也隨之降低。這兩者是相悖的。

　　下表展示了效率和運行溫度之間的關系：其中淺藍色的曲線為各溫度對應下的理論卡諾效率，深藍色的曲線為現實中可以實現的效率上限（以75%的理論效率折算），同時給出了在超臨界蒸汽循環、超臨界二氧化碳循環下的效率變化。從該圖可以看出，溫度與效率的正相關關系。運行溫度提高→熱效率提高→發電量提高→LCOE降低


　　為量化這些關系，可以確定一個提高運行溫度和削減LCOE的一個理論關聯式，但這一公式難以成為一個通用關聯式，因為每個電站都因DNI值和電站設計等而出現不同的結果，1%的熱效率的增加對不同電站的發電量的影響也不盡相同。

　　我們可以假定一種參考情景，如下表，對一個110MW的配置了6小時儲熱的槽式電站進行成本和運行性能分析，假定蒸汽溫度可從380攝氏度提高到1000攝氏度，LCOE的削減幅度可達40%，如果從380攝氏度提高到550攝氏度，可削減10%的LCOE。


　　LCOE通過提高運行溫度來削減的同時，還可以相對減少光場系統的建設規模，由于熱效率提高，光場的集熱規模就可以對應減小。對一個110MW的光熱電站進行分析，如果發電效率從39.5%提高到44%（通過將傳熱介質的溫度提高至560攝氏度），光場的集熱面積可相應減小約10%，這將產生CAPEX的大幅下降。

　　但在實際操作中，提高電站運行溫度還可能面對來自材料，組件設計和電站構造等方面的障礙，這些對CAPEX也會造成一定的負面影響。在進行相關研發時應通盤考慮。

　　總的來看，提高運行溫度對LCOE削減有重要意義，CSP產業對此在時間和金錢上的投入是值得肯定的。實現更高的運行溫度不僅僅可以提高效率，還可以相應地降低CAPEX。但這又是一把雙刃劍，更高的運行溫度的實現需要材料和組件設計方面的進一步發展，這同時又將增加CAPEX。

　　因此，研發的方向應是，這種新型的傳熱介質可以幫助實現更高的運行溫度，整體上又不增加過多的系統額外投入，對CAPEX不造成過多的負面影響。這是我們面對的一個較大的挑戰，需要CSP業界的共同努力。
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