光熱發(fā)電行業(yè)分析

光熱發(fā)電行業(yè)分析1.光熱發(fā)電1.1.什么是光熱發(fā)電？光熱發(fā)電是將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能、通過熱功轉(zhuǎn)換發(fā)電的過程。光熱電站運行時，聚光器跟蹤太陽將直射幅射光聚焦并反射至吸熱器上，加熱吸熱器內(nèi)的傳熱流體，將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能；熱能或直接與水換熱產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽驅(qū)動汽輪機發(fā)電，也可以被儲存在儲罐中，在需要發(fā)電時釋放熱能進行發(fā)電。光熱發(fā)電站一般由聚光與集熱系統(tǒng)、儲熱系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)及發(fā)電裝置四個部分組成。聚光與集熱系統(tǒng)是光熱發(fā)電的基礎(chǔ)。主要由聚光鏡場、鏡場控制系統(tǒng)、吸熱器、吸熱塔等構(gòu)成。聚光鏡場的投資占整個光熱發(fā)電系統(tǒng)的60%以上。聚光鏡場吸收的太陽能與鏡場布局、鏡片反射率、太陽輻射度有關(guān)，而吸熱器則將聚光鏡場聚集的太陽輻射能直接轉(zhuǎn)化為熱能，加熱其中的導(dǎo)熱油、熔鹽等工質(zhì)。吸熱器的性能直接決定了吸熱介質(zhì)的出口溫度。受太陽能熱源的間歇性以及熔鹽工質(zhì)的腐蝕性等因素影響，吸熱器對選材、優(yōu)化設(shè)計和可靠性方面的技術(shù)工藝要求很高。光熱發(fā)電24h的連續(xù)穩(wěn)定運行與儲熱系統(tǒng)密不可分。儲熱系統(tǒng)包括傳熱流體熔鹽和導(dǎo)熱油、熔鹽儲罐、熔鹽泵、熔鹽閥、電加熱器、電伴熱器等。在聚光鏡將太陽光聚焦反射到集熱管（槽式）、吸熱器（塔式）以后，其中的熔鹽作為傳熱流體和太陽能產(chǎn)生的熱量進行換熱形成高溫熔鹽，高溫熔鹽形成后將返回至高溫熔鹽罐中，保證在沒有陽光的情況下能夠推動汽輪發(fā)電機組運行，以此滿足一定時間的發(fā)電需求。電加熱器，一方面能夠助力光熱機組順利啟動，另一方面又能避免機組設(shè)備出現(xiàn)熔鹽凍堵問題。電站啟動運行前，電加熱器提前對熔鹽進行加熱；電站停止運行后，集熱系統(tǒng)暫無熱量輸送至熔鹽罐，熔鹽罐內(nèi)的熔鹽溫度也將隨之降低，電加熱設(shè)備可保證熔鹽溫度始終在其凝固點之上，避免設(shè)備出現(xiàn)凍堵。電伴熱器，是光熱電站傳儲熱介質(zhì)在超長管道回路中保持流動狀態(tài)的“良藥”。與位于熔鹽罐底部、短時間內(nèi)快速加熱大量介質(zhì)的電加熱器不同，電伴熱器的主要目的在于持續(xù)“保溫”。它通過加裝在傳儲熱介質(zhì)外部，用電能來補償介質(zhì)、設(shè)備的熱損失，保持介質(zhì)、設(shè)備等長時間處于工作溫度，促使熔鹽循環(huán)流動，保證光熱電站傳儲熱系統(tǒng)的安全運行。在建造儲能系統(tǒng)時，需綜合考慮儲熱量、儲熱時長與發(fā)電經(jīng)濟性等因素之間的關(guān)系。儲熱量和電場年發(fā)電量、聚光鏡場規(guī)模以及電站總投資息息相關(guān)，儲熱時長和聚光鏡場規(guī)模呈現(xiàn)正向關(guān)系，更長的儲熱時長也需要更多的熔鹽用量進行支撐，電站的投資成本也會相應(yīng)地提高。蒸汽發(fā)生系統(tǒng)是實現(xiàn)光熱發(fā)電的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。一般由預(yù)熱器、蒸發(fā)器、過熱器、再熱器、汽包等主設(shè)備和相應(yīng)的汽水、熔鹽連接管道，以及配套的泵、閥門、儀表等組成。蒸汽發(fā)生系統(tǒng)通過實現(xiàn)熔鹽、導(dǎo)熱油等傳熱介質(zhì)與水工質(zhì)之間的熱交換，產(chǎn)生過熱蒸汽來推動汽輪機做功。具體原理表示為，高溫熔鹽從高溫鹽罐流出后分別進入過熱器和再熱器，經(jīng)換熱后在出口混合，再依次進入蒸汽發(fā)生器和給水預(yù)熱器，最后變?yōu)榈蜏厝埯}返回低溫鹽罐。而來自高壓加熱器的給水則依次流經(jīng)給水預(yù)熱器、蒸發(fā)器、過濾器，實現(xiàn)熔鹽與水工質(zhì)的熱交換，產(chǎn)生符合汽輪機運行要求的過熱蒸汽，又稱主流蒸汽。除主流蒸汽以外，進入汽輪機的還有再熱蒸汽，系主流蒸汽在汽輪機高壓缸做功后排汽進入再熱器，經(jīng)再熱器熔鹽加熱后產(chǎn)生。再熱蒸汽隨后進入汽輪機中低壓缸繼續(xù)做功，最后排入凝汽器。光熱的發(fā)電系統(tǒng)和傳統(tǒng)電廠區(qū)別不大，仍是通過加熱水獲得高質(zhì)量的過熱蒸汽，推動各式汽輪機發(fā)電。但是相比于常規(guī)的火電機組，光熱發(fā)電系統(tǒng)需要具備更好的調(diào)節(jié)性能，故對光熱發(fā)電系統(tǒng)快速啟動、頻繁啟停的能力，以及對負荷變化的適應(yīng)性、汽輪機運行的高效穩(wěn)定性，都提出了更高的要求。具體而言，光熱發(fā)電系統(tǒng)啟動時間一般要求極熱態(tài)啟動15min，熱態(tài)啟動20min，溫態(tài)啟動30min，冷態(tài)啟動60min，遠高于常規(guī)火電機組啟動時間要求；啟停頻率上，在光熱發(fā)電機組25年的壽命周期內(nèi)，基本上每天都需要啟停；負荷調(diào)節(jié)上，要求光熱機組能夠在15-100%的范圍內(nèi)穩(wěn)定調(diào)節(jié)運行；最后，由于汽輪機循環(huán)效率對整個系統(tǒng)光電轉(zhuǎn)化效率有顯著的影響，光熱汽輪機需要能夠高效運行，并且具備較好的穩(wěn)定性。1.2.光熱發(fā)電的技術(shù)路線按照聚光方式來劃分，光熱發(fā)電分為塔式、槽式、線性菲涅爾式、碟式四種技術(shù)路線。其中塔式和碟式為點聚焦，槽式和線性菲涅爾式為線聚焦。目前，應(yīng)用較為廣泛的為槽式和塔式技術(shù)路線。在全球主要國家和地區(qū)的光熱發(fā)電裝機中，槽式占比77%，塔式占比20%；我國光熱裝機則采用塔式技術(shù)較多，占比63%，槽式占比26%1.2.1.槽式槽式光熱發(fā)電技術(shù)是將平行于槽形拋物面主軸線的太陽輻射聚焦到集熱管中，并將多個槽形拋物面聚光集熱器經(jīng)過串并聯(lián)組合構(gòu)成聚光集熱系統(tǒng)，以此吸收太陽輻射能，產(chǎn)生過熱蒸汽驅(qū)動發(fā)電機組發(fā)電。槽式技術(shù)的優(yōu)點在于聚光與集熱系統(tǒng)部件簡單、能量收集跟蹤控制簡便，但其聚光較低、散熱面積較大，從而導(dǎo)致光熱轉(zhuǎn)化效率和系統(tǒng)工作溫度較低。槽式太陽能發(fā)電系統(tǒng)包括導(dǎo)熱油槽式太陽能發(fā)電系統(tǒng)和熔鹽槽式太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其主要區(qū)別在于傳熱介質(zhì)分別采用導(dǎo)熱油和熔鹽。導(dǎo)熱油的工作溫度在400℃左右，這決定了經(jīng)過蒸汽發(fā)生系統(tǒng)后主蒸汽的溫度在370-410℃，因此采用的中溫高壓汽輪機熱效率約為38%。而熔鹽的最高使用溫度可達565℃，因此當傳熱介質(zhì)采用熔鹽時，主蒸汽溫度在535℃左右，此時汽輪機熱效率提升至45%。除此之外，油槽系統(tǒng)儲罐的儲熱溫差為90℃（290℃-380℃），鹽槽系統(tǒng)儲罐的儲熱溫差為260℃（190℃-550℃），故鹽槽儲罐比油槽儲罐具有更大的儲熱空間，在儲罐容量相同的情況下，儲能系統(tǒng)投資更少。因此，熔鹽槽式光熱電站更適合作為儲熱型光熱電站。1.2.2.塔式塔式發(fā)電技術(shù)是一種集中型光熱發(fā)電技術(shù)。通過將成千上萬臺定日鏡布局成圓周形，并在鏡場中心安置一座幾百米高的吸熱塔。定日鏡包含安裝在鋼結(jié)構(gòu)支架上的反射鏡，以及俯仰角和回轉(zhuǎn)角的跟蹤驅(qū)動。定日鏡場獨立跟蹤太陽光，將太陽光聚集到吸熱塔頂部的接收器中以產(chǎn)生高溫，加熱熔鹽，熔鹽與水換熱，產(chǎn)生高溫蒸汽，帶動汽輪發(fā)電機做功發(fā)電。塔式系統(tǒng)中，熔鹽為傳儲能介質(zhì)，換熱后主蒸汽溫度可達550℃。除此之外，其聚光與集熱系統(tǒng)的控制較為復(fù)雜，維護成本較高。但塔式系統(tǒng)聚光倍數(shù)高、光熱轉(zhuǎn)化效率高、熱量傳遞路徑短，非常適合大規(guī)模、大容量的商業(yè)化應(yīng)用，因此塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)被認為是未來主流技術(shù)路線，具備良好的發(fā)展前景。線性菲涅爾式的聚光系統(tǒng)由拋物面式聚光系統(tǒng)演化而來，其工作原理與槽式系統(tǒng)類似，但其鏡面無需保持拋物面形狀，而是采用了菲涅爾結(jié)構(gòu)的聚光鏡來代替拋物面。在運行過程中，太陽輻射通過一次平面反射鏡聚焦到塔桿頂后再經(jīng)二次反射鏡到線性集熱器上，以此加熱工質(zhì)，工質(zhì)與水換熱后產(chǎn)生高溫蒸汽，推動汽輪機發(fā)電。菲涅爾式系統(tǒng)采用的菲涅爾結(jié)構(gòu)聚光鏡雖然降低了聚光鏡生產(chǎn)的技術(shù)難度和成本，但系統(tǒng)的總體效率有待提高。目前國內(nèi)采用線性菲涅爾式技術(shù)的光熱電站只有蘭州大成敦煌50MW的光熱發(fā)電項目。1.2.4.碟式碟式太陽能發(fā)電系統(tǒng)采用碟式聚光系統(tǒng)，太陽輻射反射面布置為碟形。太陽光將通過碟形拋物面反射鏡反射聚焦到接收器上，產(chǎn)生的熱能通過推動安裝在焦點處的斯特林發(fā)動機做功發(fā)電。碟式發(fā)電作為一種點聚焦的發(fā)電技術(shù)路線，具有高聚光比、高集熱溫度、集熱器損失小的特點，目前光電轉(zhuǎn)換效率最高可達30%左右。但其單機容量受制于價格因素，單體發(fā)電容量規(guī)模較小，適用于分布式發(fā)電。1.3.光熱發(fā)電的優(yōu)勢1.3.1.作為新能源發(fā)電+提高可再生能源消納比例光熱電站不僅能夠獨立發(fā)電，實現(xiàn)不間斷運行，同時也能夠利用大容量儲熱系統(tǒng)雙向連接電網(wǎng)，將網(wǎng)上的峰值電力轉(zhuǎn)化為熱能儲存發(fā)電，從而實現(xiàn)與風光發(fā)電的互補，提高間歇性可再生能源消納比例。通過仿真模擬青海省電網(wǎng)光熱發(fā)電的跨日調(diào)節(jié)及儲熱放熱過程，根據(jù)光熱電站是否參與調(diào)峰和參與調(diào)峰運行時的儲能時長進行三種不同情形的模擬，得到如下結(jié)論：光熱電站不參與調(diào)峰時，200萬kw-400萬kw的光熱裝機使得煤耗降低172萬噸337萬噸，電力系統(tǒng)總的新能源消納電量增加，但風電、光伏棄電率增加；光熱電站參與調(diào)峰運行后，200萬kw-400萬kw儲能時長為12h的光熱裝機使得煤耗降低244萬噸-465萬噸，新能源棄電率從4.9%下降到4.2%；同裝機儲能時長為10h的模擬情形下，煤耗降低218萬噸-412萬噸，新能源棄電率從5.1%下降到4.7%。同時，在光熱電站參與調(diào)峰運行后，總的新能源消納電量也有所增加。由此可見，光熱發(fā)電能過逐步替代火電等高碳能源，作為可再生能源的入網(wǎng)調(diào)節(jié)手段，以及可再生能源高占比電網(wǎng)的重要支撐。1.3.2.光熱儲能（熔鹽儲能）相較于電化學儲能的優(yōu)勢相較于電化學儲能，光熱發(fā)電配套的熔鹽儲能系統(tǒng)具有儲能規(guī)模更大、使用壽命更長、經(jīng)濟效益更優(yōu)、安全環(huán)保等諸多優(yōu)勢。尤其在可貴的長時儲能方面，光熱電站的綜合儲能優(yōu)勢更加突出。除此之外，和常規(guī)的火力發(fā)電機組相比，光熱發(fā)電機組具有啟停時間更短、負荷調(diào)節(jié)范圍更廣、負荷調(diào)節(jié)速率更快等優(yōu)點，具備更優(yōu)良的調(diào)節(jié)性能。電網(wǎng)必需一定的轉(zhuǎn)動慣量以支撐系統(tǒng)穩(wěn)定運行，過去轉(zhuǎn)動慣量由煤電機組提供，隨著風光占比提升，轉(zhuǎn)動慣量的缺乏會影響系統(tǒng)安全，而光熱可以給系統(tǒng)提供電化學儲能無法提供的轉(zhuǎn)動慣量。1.4.光熱發(fā)電的發(fā)展1.4.1.光熱發(fā)展歷史悠久我國光熱發(fā)電自立項研發(fā)開始，至今已有十幾年的時間。2016年，國家能源局正式確定首批20個光熱發(fā)電示范項目，并和國家發(fā)改委共同提出了“十三五”期間5GW的光熱發(fā)電裝機目標。2018年，逾期投運項目電價退坡機制出臺，昭示光熱發(fā)電電價補貼力度將有所減小，光熱項目資方的盈利空間面臨壓縮困境，投資熱情隨之減弱。2020-2021年，受疫情的影響，光熱項目的施工進度和投資進入停滯狀態(tài)，導(dǎo)致大部分項目無法在2021年底前完成并網(wǎng)。截至2022年底，我國太陽能熱發(fā)電累計裝機容量588MW（58.8萬千瓦），其中2022年新增光熱裝機50MW，規(guī)劃的20個首批太陽能熱發(fā)電示范項目已有8座完成并網(wǎng)發(fā)電，其中除了魯能格爾木的塔式光熱電站是采取風光熱儲調(diào)荷于一體的形式進行開發(fā)（光熱發(fā)電+光伏發(fā)電+風電+電化學儲能），其余的均為單體光熱電站。從示范項目已建設(shè)完成的數(shù)量和發(fā)電裝機目標的完成情況看，我國光熱發(fā)電發(fā)展情況整體不及政策預(yù)期。1.4.2.進展偏慢受多方因素拖累價格退坡機制和度電成本是導(dǎo)致光熱裝機不及政策預(yù)期的重要原因。平價上網(wǎng)時代，光熱作為獨立發(fā)電的形式已經(jīng)難以實現(xiàn)盈利。2021年，全球光熱LCOE為0.1142美元/kwh，而根據(jù)已經(jīng)出臺新能源上網(wǎng)電價的省份來看，新疆為0.262元/kwh，青海為0.2277元/kwh，相比于財政補貼時代1.15元/kwh的上網(wǎng)電價，光熱項目投資方的盈利空間被嚴重壓縮，光熱的度電成本阻礙了光熱裝機的持續(xù)推進。和風電、光伏的度電成本和裝機成本相比，光熱發(fā)電項目的成本也處于較高的水平。根據(jù)IRENA的統(tǒng)計，2010-2021年間，全球光伏LCOE和裝機成本呈現(xiàn)持續(xù)下行趨勢。2010年全球光伏LCOE為0.3113美元/kwh，而2021年LCOE為0.0483美元/kwh，僅為2010年的1/8；全球光伏裝機成本由2010年的4807.85美元/kw降至2021年的856.51美元/kw，降幅達到了82.19%。為什么光熱發(fā)電的成本如此之高？我們認為重要的原因是定日鏡仍存在較大的降本空間。定日鏡約占光熱電站總建造價值量的50%左右，其成本分為材料成本、加工成本和運輸成本三部分，分別占其成本的50%、40%、10%。材料方面，反射鏡鏡片厚度的降低可以提高反射率并降低原片成本，鏡面重量的減輕也對鏡架、動力設(shè)備和鏡座的要求降低。目前反射鏡的鏡面厚度一般為4mm，未來若降至2mm以下，鏡片原片的用量將相應(yīng)減半；同時，定日鏡的輕便化導(dǎo)致鏡架的用鋼量以及基座的鋼材和水泥用量都有所下降，對光熱項目的資方來講投資成本將大大降低。目前，國內(nèi)光熱玻璃尚處于起步階段，未實現(xiàn)大批量投產(chǎn)，主要供貨商溢價較高，光熱玻璃的高投資成本成為光熱項目發(fā)展的一大阻礙。目前，國內(nèi)光熱玻璃的玩家主要包括大連旭硝子、安彩高科、大明，其中旭硝子作為一家日商企業(yè)，基本占據(jù)先前國內(nèi)該領(lǐng)域的所有市場；國內(nèi)玩家中，安彩的產(chǎn)品正在進行下游客戶的導(dǎo)入，目前已經(jīng)完成了多個項目的產(chǎn)品交付，供客戶驗證。從玻璃原片的售價來看，旭硝子的單位售價高出國內(nèi)玩家的70%左右，存在較高的溢價。預(yù)計隨著國產(chǎn)光熱玻璃良率提升，光熱玻璃將逐漸完成國產(chǎn)替代，疊加后續(xù)玻璃原片的薄片化以及產(chǎn)能的進一步提升，光熱項目資方的投資成本將進一步。加工成本方面，定日鏡的加工費包括鏡架加工費和動力設(shè)備加工費，加工費用涵蓋設(shè)備、模具、場地、水電等公攤成本以及人工和管理成本。未來隨著定日鏡制造工藝的成熟以及相關(guān)原件批量化生產(chǎn)的形成，定日鏡的生產(chǎn)將逐漸發(fā)揮規(guī)模效應(yīng)，加工費中的公攤成本和管理成本將因產(chǎn)能的提高得到大幅平攤。1.4.3.重新定位，光熱有望加速由于光伏和風電的隨機性以及系統(tǒng)調(diào)峰能力的限制，棄風、棄光的問題在風光發(fā)電中日益突出。光熱發(fā)電配有儲能系統(tǒng)，使得光熱發(fā)電能夠在不增加風電、光伏等新能源棄電率的情況下，提升電力系統(tǒng)新能源消納占比。具體內(nèi)容包括，一方面，利用光伏、風電的棄風棄光所產(chǎn)生的電力通過電加熱器加熱熔鹽儲熱，即實現(xiàn)電能向熱能的轉(zhuǎn)換；另一方面，根據(jù)熱力學原理-朗肯循環(huán)，光熱的熔鹽儲能僅有40%左右的光電轉(zhuǎn)化效率，所以一體化項目同時利用光熱發(fā)電的鏡場聚熱實現(xiàn)儲能和發(fā)電，達到補能的效果，提高光電轉(zhuǎn)化效率。近年來，我國相繼出臺一系列政策文件，強調(diào)推動建設(shè)風光熱儲一體化能源基地的重要性，為新時期我國光熱項目的發(fā)展指明了方向。除此之外，在光熱的電價補貼機制退出后，獨立的光熱發(fā)電已不再具備經(jīng)濟性，而風光熱儲的一體化能夠降低光熱系統(tǒng)的投資額和度電成本，提升盈利空間。前文提到，定日鏡為光熱項目的一大投資組成部分，在聚光鏡場的面積和發(fā)電量呈正比的情況下，光熱玻璃高昂的成本是光熱裝機量難以快速提升的一大原因。在多能一體化項目中，光熱主要在晚高峰期間發(fā)電，白天和夜間低谷負荷期分別為光伏和風電的發(fā)電時間，相比于光熱全天獨立發(fā)電，此種情況下光熱的發(fā)電量將有所減少，因此聚光鏡場可以適當縮小，減少項目的投資額。1.5.光熱發(fā)電空間測算測算模型：光熱裝機需求量=風光總體規(guī)劃*光伏容量比例*配置光熱作為配套儲能的光伏容量比例*光熱發(fā)電配置容量比例。風光總體規(guī)劃：2030年風光大基地規(guī)劃約455GW（十四五200GW、十五五255GW）（發(fā)改委、能源局《以沙漠、戈壁、荒漠地區(qū)為重點的大型風電光伏基地規(guī)劃布局方案》規(guī)劃）。風光大基地光伏容量比例：“十四五”期間為56%，“十五五”期間為60%。從已公布的項目中來看，光熱均與光伏發(fā)電形成配套，且在風光大基地中光伏的重量占比56%?？紤]到未來光熱發(fā)電持續(xù)降本、多能互補項目中光熱比例逐漸提高，我們預(yù)計這一數(shù)字在“十五五”期間升至60%。2.光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈拆分光熱發(fā)電系統(tǒng)中，聚光系統(tǒng)和吸熱系統(tǒng)由定日鏡場和吸熱器組成，約占太陽能熱發(fā)電站價值量的60%左右。其中，成本占比最大的部分是定日鏡，約占光熱電站總價值量的50%左右。定日鏡由反射鏡、鏡架、跟蹤裝置組成，并由自動控制系統(tǒng)操控。自動控制系統(tǒng)將會根據(jù)定日鏡和太陽的方位來調(diào)整定日鏡的轉(zhuǎn)動，使定日鏡隨著太陽轉(zhuǎn)動，以保證定日鏡可以將太陽光反射到固定的位置上。2.1.聚光集熱系統(tǒng)2.1.1.反射鏡反射鏡由玻璃層、銀層、銅層、油漆層、背板組成，其玻璃層由超白玻璃制成。鑒于我國西北地區(qū)風沙大、晝夜溫差大等氣候特點和光熱發(fā)電的技術(shù)特點，用于反射鏡制作的超白玻璃必須具有高透過性、高耐候性和低自爆率、抗風化的性能，以保證反射鏡在大溫差、多風沙、多雨雪等惡劣氣候環(huán)境下能夠穩(wěn)定運行。光熱超白玻璃具有極高的透光率，雜質(zhì)含量低，三氧化二鐵含量小于0.009%，且機械強度高，鋼化后自爆率可以降到0.01%以下（普通玻璃在0.3-0.5%），抗彎強度是普通玻璃鏡的3-5倍，抗沖擊強度是普通玻璃鏡的5-10倍，鋼化玻璃的耐冷耐熱性質(zhì)較普通玻璃鏡有2-3倍的提高，可承受200度以上的溫差變化。玻璃透過率每提高1%，反射率可以提高1.5%。隨著厚度增加，太陽光到達反射鏡反射層的光損越多，透光率會下降，而且重量也越重。但如果厚度過低，玻璃的機械強度會變小。目前，光熱玻璃厚度要求是2mm-4mm。生產(chǎn)高透過率的玻璃需要長周期置換玻璃熔窯內(nèi)的玻璃熔液、精細的熔化工藝控制及獨特的窯爐設(shè)計。另一方面，耐候性差的玻璃透過率衰減明顯。以華強兆陽15MW數(shù)據(jù)為例，在項目地正常資源條件下，平均每日灰塵污染造成的鏡面直射光反射率下降遠超2%，常規(guī)沙塵天氣一次可以造成50%的反射率下降。玻璃要獲得高耐候性，需要精細的熔化工藝控制、獨特窯爐涉及和創(chuàng)新料方設(shè)計等。反射鏡領(lǐng)域的玩家主要有首航高科能源技術(shù)股份有限公司、成都禪德太陽能電力有限公司、甘肅凱盛大明光能科技有限公司。三家企業(yè)均具備一定的光熱反射鏡產(chǎn)能，產(chǎn)品技術(shù)儲備涵蓋塔式平面鏡、槽式拋物面鏡、菲涅爾式平面鏡和二次反射鏡。在此基礎(chǔ)上，成都禪德還具備碟式鏡的技術(shù)儲備。提高玻璃反射鏡面精度能夠提高聚光質(zhì)量。反射鏡迎風面積大、結(jié)構(gòu)質(zhì)量重，在惡劣條件下易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形，使得鏡面光學形面偏離原設(shè)計曲面，產(chǎn)生聚焦偏差。因此，反射鏡厚度減薄、降低重量是未來產(chǎn)品提高反射率、降低整體投資的路徑，減薄玻璃厚度、減少支架用鋼量是重點。目前，光熱玻璃領(lǐng)域的主要玩家有AGC集團艾結(jié)旭特種玻璃（大連）有限公司（簡稱“旭硝子”）、安彩光熱（安彩高科子公司）、甘肅凱盛大明光能科技有限公司（簡稱“大明”），三家廠商的光熱玻璃日產(chǎn)能均為600噸/日；其中，旭硝子的產(chǎn)品應(yīng)用最為廣泛，已供應(yīng)國內(nèi)576MW光熱發(fā)電及太陽能熱利用項目；大明有一條700噸/日的光熱玻璃產(chǎn)線處在規(guī)劃中。除了玻璃層以外，銀和銅的含量對反射鏡的反射率也存在重要影響。銀價格昂貴，要盡可能控制厚度，目前銀層厚度僅為幾十到上百納米，但是如果不均勻就會導(dǎo)致部分光透射銀層，影響反射率。當銀含量增加到1400mg/平方米，反射率達到95.2%，反射率不再隨著銀的含量提高而提高。在銀含量較小的情況下，銅層能夠?qū)︺y層的缺陷起到補償?shù)淖饔茫瑥亩ＷC銀鏡的反光性能，且多層涂料可以防止里面各涂層的腐蝕氧化剝落。2.1.2.支架光熱支架約占光熱電站總投資13%左右，其安裝精度決定了其集熱裝置的聚光精度，安裝精度取決于設(shè)計精度、加工精度和人的因素。除此之外，光熱支架的設(shè)計強度和材料性能也會對集熱系統(tǒng)的使用壽命和在風載較大情況下的聚光精度產(chǎn)生重要影響，毫米級的誤差都有可能使集熱裝置無法將捕獲的陽光聚集到集熱管或吸熱器上?？偠灾?，光熱支架制造過程中的技術(shù)難點主要集中在集熱器零部件加工的精度控制與最終組裝的精度控制、焊接與鍍鋅熱變形問題以及規(guī)?；a(chǎn)效率和良品率的控制。能夠精準把控上述不確定因素及硬性要求的支架企業(yè)，才能生產(chǎn)出強度、精度、使用壽命和穩(wěn)定性均質(zhì)量過關(guān)的光熱支架。2.1.3.跟蹤裝置鏡場控制系統(tǒng)不僅可以控制太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的太陽集熱器不間斷“追日”，更重要的是可以通過控制集熱器的傾斜角度和溫度，保證每一束打在集熱器上的能量都被光熱電站高質(zhì)量吸收。由于太陽跟蹤技術(shù)需要實時跟蹤太陽的位置，并且需要根據(jù)太陽位置的變化來控制鏡片的反射方向。因此，鏡場控制系統(tǒng)如何做到精準控制集熱器跟蹤太陽是一大技術(shù)難點；其次，集熱器的反射方向受到多種因素影響，比如：太陽輻射強度、外界環(huán)境溫度等。所以，控制集熱器鏡面的反射方向也是一項挑戰(zhàn)。國內(nèi)的控制器玩家主要有浙江可勝技術(shù)股份有限公司（簡稱“浙江可勝”）、東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司（簡稱“東方鍋爐“）、江蘇鑫晨光熱技術(shù)有限公司等。其中，浙江可勝的鏡場控制系統(tǒng)已在國內(nèi)多個項目上進行了驗證；東方鍋爐曾參與哈密塔式熔鹽5萬千瓦光熱發(fā)呆呢項目聚光集熱系統(tǒng)和蒸汽發(fā)生器的供貨；江蘇鑫晨則是全球唯一的二次反射光熱發(fā)電系統(tǒng)集成商。2.1.4.吸熱器在塔式光熱電站中，吸熱器將集中起來的太陽照射能量轉(zhuǎn)化為高溫熱能，承擔著吸收太陽熱能的重要作用。按照傳熱方式的不同，吸熱器可分為容積式吸熱器和管式吸熱器。從結(jié)構(gòu)上來看，容積式吸熱器由耐高溫材料制成空腔，空腔一面開口裝有透光好耐高溫的石英玻璃，腔內(nèi)壁有金屬網(wǎng)以增大吸熱與交換面積；管式吸熱器由若干直管排成圓筒狀，每根管上端接上聯(lián)管、下端接下聯(lián)管，所有直管通過聯(lián)管并聯(lián)，排管表面涂覆吸熱材料。容積式吸熱器的腔內(nèi)似絕對黑體，吸熱性能優(yōu)秀。吸熱器運行時，會聚的陽光透過石英玻璃窗口，傳熱的工作介質(zhì)（一般用高壓空氣）通過腔內(nèi)被加熱成1000多度的高溫氣體輸出；導(dǎo)熱介質(zhì)從下聯(lián)管進入通過排管從上聯(lián)管出，會聚的陽光加熱排管，導(dǎo)熱介質(zhì)也就被加熱了。管式吸熱器運行時，導(dǎo)熱介質(zhì)從下聯(lián)管進入通過排管從上聯(lián)管出，會聚的陽光加熱排管，導(dǎo)熱介質(zhì)也隨之被加熱。對于容積式吸熱器而言，由于其腔體內(nèi)有保溫層，故熱損失小，同時因空氣價格便宜，運行成本較低。但容積式吸熱器也存在空氣熱容量小、導(dǎo)熱系數(shù)低的問題，未來需要克服如何高效傳熱的難題。且容積式吸熱器目前多只有一面開窗，故接受陽光的角度有限（一般不超過120度），鏡場布局受限；另一邊，管式吸熱器為外部受光型接收器，可四周受光，故管式吸熱器和大規(guī)模鏡場較為適配，是目前應(yīng)用最廣泛的吸熱器形式。但其熱管直接暴露容易產(chǎn)生熱量散失，由于接收器體積太大，像普通集熱器那樣加上玻璃外套來抽真空也較為困難。另一方面，其吸熱工質(zhì)的溫度要比管壁溫度低，吸熱工質(zhì)所能達到的最高溫度受管壁材料的限制，從而導(dǎo)致管式吸熱器的光熱轉(zhuǎn)換效率相對較低。國內(nèi)的吸熱器玩家包括首航高科能源技術(shù)股份有限公司（簡稱“首航高科”）、西子清潔能源裝備制造股份有限公司（簡稱“西子潔能”）、東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司（簡稱“東方鍋爐”）、江蘇鑫晨光熱技術(shù)有限公司（簡稱“鑫晨光熱”）等。其中，首航高科經(jīng)過多年的探索實踐，形成了100MW級電站用吸熱器核心工藝設(shè)計包；西子潔能憑借10余年光熱研發(fā)積累的經(jīng)驗，已在10MW、50MW光熱項目上積累了豐富的業(yè)績；鑫晨光熱生產(chǎn)的直接式熔鹽吸熱器利用二次反射技術(shù)，使高倍輻射流投射于吸熱器內(nèi)對介質(zhì)進行加熱，相較于常規(guī)塔式結(jié)構(gòu)，吸熱、儲熱更加安全高效。2.2.熔鹽儲換熱系統(tǒng)光熱發(fā)電的儲換熱系統(tǒng)主要由儲熱工質(zhì)熔鹽、熔鹽儲罐、熔鹽泵、熔鹽閥、蒸汽發(fā)生器、電加熱器和電伴熱器等組成。為實現(xiàn)不間斷發(fā)電，需要儲熱工質(zhì)在太陽光充足的時期將熱能通過比熱容高的儲熱工質(zhì)進行存儲，在需要發(fā)電時，再利用高溫工質(zhì)產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽，驅(qū)動汽輪發(fā)電機組發(fā)電。2.2.1.熔鹽傳統(tǒng)的儲熱工質(zhì)包括熔鹽、導(dǎo)熱油、混凝土、水蒸汽等。但鑒于塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)中傳熱介質(zhì)的溫度較高，而導(dǎo)熱油和混凝土使用溫度低、水蒸汽傳熱能力差，所以一般采用傳熱性能好、工作溫度高、低粘度的熔鹽作為光熱發(fā)電的儲熱工質(zhì)。目前，光熱發(fā)電系統(tǒng)通常采用二元熔鹽（60%NaNO3+40%KNO3）作為儲熱工質(zhì)，其熔點為220℃，最高工作溫度可達600℃。熔鹽的價值量約占光熱電站總價值量的15%左右。根據(jù)以下公式，在其他參數(shù)一定的情況下，光熱發(fā)電系統(tǒng)所需熔鹽的質(zhì)量跟以儲熱時長滿功率做功釋放的電能（即光熱電站發(fā)電功率和儲熱時長的乘積）有關(guān)。從已建成的光熱電站來看，同技術(shù)路徑的光熱電站測算系數(shù)是接近的，故在測算光熱項目的熔鹽用量時可采用已建成項目測算系數(shù)的均值進行估計。國內(nèi)的熔鹽玩家包括山西沃錦新材料股份有限公司（又稱“并盛化工”）、新疆硝石鉀肥有限公司（簡稱“新疆硝石”）、青海聯(lián)大化工科技有限公司（簡稱“聯(lián)大化工”）、上海鹽湖文通化工有限公司（簡稱“鹽湖文通”）。其中，新疆硝石是國內(nèi)目前工業(yè)化、規(guī)模化達到穩(wěn)定生產(chǎn)太陽能光熱發(fā)電熔鹽級硝酸鈉的龍頭企業(yè)，在行業(yè)中享有優(yōu)異口碑；聯(lián)大化工目前年產(chǎn)硝酸鉀和硝酸鈉25萬噸，其自主研發(fā)的顆粒狀硝酸鉀產(chǎn)品填補了國內(nèi)空白；鹽湖文通則運用圖特的高塔高溫熔融造粒技術(shù)，填補了國內(nèi)圓型造粒硝酸鉀的空白，其所生產(chǎn)的顆粒硝酸鈉硝酸鉀的造粒工藝均為高塔高溫熔融造粒，具有性能穩(wěn)定、含水量低、流動性好、不易結(jié)塊等優(yōu)點。2.2.2.熔鹽儲罐熔鹽儲罐是儲能性光熱電站的核心，具備高儲熱能力和高穩(wěn)定性。在光熱電站中，可采用單罐、雙罐和多罐系統(tǒng)。相比于冷熱熔鹽共處一室的單罐，光熱電站儲熱系統(tǒng)在設(shè)計時通常會優(yōu)先選擇雙熔鹽罐系統(tǒng)。在雙熔鹽罐系統(tǒng)中，高溫熔鹽罐起著蓄熱、緩沖的作用。當陰天或者太陽光照不強時，可以利用罐內(nèi)的熔鹽維持系統(tǒng)繼續(xù)運行幾個小時；另一方面，當有云層經(jīng)過集光器上面時，太陽能高溫吸熱器將停止工作，在重新啟動前的幾分鐘時間里面，可以利用高溫罐內(nèi)的熔鹽維持系統(tǒng)正常運行。低溫熔鹽罐通常起著熔化固體鹽、儲存液態(tài)熔鹽等作用。它將固態(tài)的鹽熔化為液態(tài)熔鹽，以便于用泵輸送并在整個系統(tǒng)管路中循環(huán)；在系統(tǒng)停止運行時，全部熔鹽要回到熔鹽罐，要求熔鹽罐能有好的保溫效果，使熔鹽始終處于液體狀態(tài)，以便更好的讓熔鹽重新進行循環(huán)。在雙罐的基礎(chǔ)上，還可進一步增加儲罐數(shù)量，形成多罐系統(tǒng)，增大儲熱量。如哈密50MW熔鹽塔式光熱發(fā)電項目首創(chuàng)了雙熱罐、一冷罐的系統(tǒng)配置，提高了機組的可靠性和靈活性。就具體的運行過程來說，在熔鹽塔式光熱電站中，低溫熔鹽罐內(nèi)的熔鹽通過冷熔鹽循環(huán)泵將罐內(nèi)熔鹽送至吸熱塔內(nèi)進行吸熱，吸熱至所需溫度后，熔鹽回流至熱熔鹽罐進行儲存。此后通過熱熔鹽循環(huán)泵將將高溫熔鹽輸送至蒸汽發(fā)生系統(tǒng)進行做功生產(chǎn)電力。而熔鹽槽式光熱電站的不同之處則在于，冷熔鹽循環(huán)泵將低溫熔鹽罐內(nèi)的熔鹽送至熔鹽換熱器進行吸熱。在儲熱系統(tǒng)中，如果出現(xiàn)熔鹽管道保溫設(shè)備不科學、施工不當、管路局部位置散熱過大、溫度過低或停運時疏鹽不及時等問題時，熔鹽管道會出現(xiàn)凝固、凍堵現(xiàn)象。凍堵問題會影響集熱器內(nèi)熱量的傳輸，進而影響光熱電站的運行；發(fā)生凍堵的設(shè)備會縮短使用壽命，進而增加電站設(shè)備投入；此外，凍堵問題發(fā)生需要盡快處理，這就意味著需要專業(yè)的運維人員進行維護，從而增加運維成本。2.2.3.電加熱器電加熱器在光熱系統(tǒng)的快速啟動以及解決熔鹽凍堵問題上發(fā)揮著重要的作用。由于陰雨天氣或設(shè)備檢修等因素，光熱電站長期運行中會不可避免的出現(xiàn)啟停情況。電站啟動運行前，電加熱提前加熱熔鹽可為系統(tǒng)順利啟動創(chuàng)造條件。電站停止運行后，由于集熱島暫無熱量輸送至熔鹽罐，熔鹽罐罐壁溫度逐漸下降，罐內(nèi)熔鹽溫度也將隨之減低。電加熱設(shè)備可保證熔鹽溫度始終在凝固點之上，避免設(shè)備出現(xiàn)凍堵問題，提高電站抗風險能力。在哈密熔鹽塔式50MW光熱發(fā)電項目中，電加熱系統(tǒng)應(yīng)維持熔鹽管道、閥門和罐體的溫度在290°C以上。電加熱器還有助于提高光熱電站的旋轉(zhuǎn)備用能力。在風光熱儲一體化、新型電力系統(tǒng)背景下，風電等新能源電力大量入電網(wǎng)，對火電市場造成一定程度擠壓。而其中高比例的風電接入更導(dǎo)致電力系統(tǒng)的備用需求增加，由火電機組單獨提供的系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用也壓縮了火電的調(diào)峰空間，從而影響了風電消納。因此如何提高電網(wǎng)的調(diào)峰能力、減少風電等高比例接入電網(wǎng)的清潔電力棄電率成為了新型電力系統(tǒng)亟需解決的重難點。目前，已經(jīng)有相關(guān)研究（《高比例風電接入系統(tǒng)光熱發(fā)電-火電旋轉(zhuǎn)備用優(yōu)化方法》）探討電加熱器消納多余的風電和光伏電能，使其成為解決高比例風電接入系統(tǒng)光熱發(fā)電-火電旋轉(zhuǎn)備用的優(yōu)化方法。光熱電站與電加熱器聯(lián)合運行結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示，相比于傳統(tǒng)光熱電站，加入電加熱器后，儲熱裝置中的導(dǎo)熱熔鹽在由低溫熔鹽罐向高溫熔鹽罐流動過程中，除了吸收光場光熱轉(zhuǎn)換得到的熱能，還會吸收電加熱器通過風電制熱產(chǎn)生的熱能。所以，電加熱器能夠使光熱的旋轉(zhuǎn)備用由發(fā)電旋轉(zhuǎn)備用擴展為發(fā)電+用電的旋轉(zhuǎn)備用，有效地降低了風電的棄電率，提高了光熱電站的旋轉(zhuǎn)備用能力。國內(nèi)電加熱器的主要玩家包括華能無錫電熱器材有限公司（簡稱“華熱”）、杭州佐帕斯工業(yè)有限公司、安徽華瑞電氣有限公司等。其中，華熱自主研發(fā)生產(chǎn)的熔鹽儲罐具有維護方便、安全可靠、高效節(jié)能的優(yōu)良品質(zhì)；杭州佐帕斯自主研發(fā)生產(chǎn)的熔鹽儲罐用加熱器具有高度定制化、加熱穩(wěn)定均勻、耐熔鹽腐蝕能力強等特性；華瑞電氣年生產(chǎn)工業(yè)電熱產(chǎn)品能力約為4200套/臺，作為電加熱器專業(yè)制造商，已同各家EPC建立合作。2.2.4.電伴熱系統(tǒng)與短時間內(nèi)快速加熱大量介質(zhì)的電加熱器不同，電伴熱的主要目的在于持續(xù)“保溫”。它通過加裝在被伴熱介質(zhì)外部（熔鹽管道、換熱器），用電能來補償介質(zhì)、設(shè)備的熱損失，保持介質(zhì)、設(shè)備等長時間處于工作溫度，促使熔鹽循環(huán)流動，保證光熱電站傳儲熱系統(tǒng)安全運行。電伴熱宜冗余配置。在吸熱器不能被陽光照射的部位也應(yīng)設(shè)置電伴熱。在太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)中，熔鹽凝固點溫度較高，而且系統(tǒng)運行溫度也很高，所以，電伴熱系統(tǒng)的預(yù)熱溫度必須達到260~300℃以上。在哈密熔鹽塔式50MW光熱發(fā)電項目中，系統(tǒng)啟動前，電伴熱系統(tǒng)應(yīng)滿足使空熔鹽管道、閥門和罐體在24h內(nèi)從環(huán)境溫度預(yù)熱至290°C。除此之外，電伴熱系統(tǒng)需要具備在600°C以上的使用溫度下長期穩(wěn)定工作的性能。因此，光熱發(fā)電系統(tǒng)對電伴熱系統(tǒng)的耐溫性能和可靠性提出了嚴格要求。選型時，電伴熱補償?shù)臒崃坎恍∮谠O(shè)備和管線的實際最大散熱量。根據(jù)設(shè)備及管線的操作溫度和設(shè)計溫度，參照伴熱帶的維持溫度及最高暴露溫度來選擇合適的伴熱帶，其功率宜為設(shè)備及管線理論熱損失值的1.2倍以上。國內(nèi)電伴熱器玩家主要包括久盛電氣股份有