在過去幾年內(nèi),光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展面臨著一系列巨大的挑戰(zhàn)。以2008年雷曼兄弟破產(chǎn)為標(biāo)志,全球經(jīng)濟(jì)陷入崩潰,這直接導(dǎo)致最大光熱發(fā)電市場西班牙的經(jīng)濟(jì)陷入衰落,從而成為西班牙光熱發(fā)電市場死掉的誘因。
但光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)面臨的主要問題目前已不能主要?dú)w結(jié)為經(jīng)濟(jì)問題,在五年之前,中國光伏發(fā)電產(chǎn)品的價格開始逐年地迅猛下跌,這使得大規(guī)模開發(fā)光伏電站的經(jīng)濟(jì)可行性日漸顯現(xiàn),直接壓制了以大規(guī)模電站開發(fā)為優(yōu)勢的光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。今天,大規(guī)模光伏電站的投標(biāo)電價已經(jīng)降至9美分/kWh(以加州市場為例),且該價格為恒定值。
全球裝機(jī)容量最高、技術(shù)最為成熟的是槽式光熱發(fā)電,其主流技術(shù)路線為采用導(dǎo)熱油傳熱、熔鹽儲熱。受光伏發(fā)電價格下跌沖擊最大的就是以導(dǎo)熱油為傳熱介質(zhì)的槽式光熱發(fā)電,其在全球市場上與光伏發(fā)電相比在價格上已經(jīng)沒有任何競爭力,以同樣的配置單軸跟蹤系統(tǒng)的槽式光熱電站和光伏電站類比,光熱發(fā)電的度電最優(yōu)化成本為12.5美分/kWh,比光伏發(fā)電要高出一大截。雖然基于導(dǎo)熱油的熱慣性和儲熱技術(shù)的應(yīng)用,導(dǎo)熱油為介質(zhì)的槽式電站可提供更為平滑的電力輸出,但這些優(yōu)點不足以抵消在競爭性詢價中,其比光伏發(fā)電要高出一大截的缺點。
但CSP與PV相比的關(guān)鍵“賣點”到今天為止依然是其廉價的可存儲能力,但在此方面,導(dǎo)熱油為介質(zhì)的槽式技術(shù)受到的挑戰(zhàn)很大,因為導(dǎo)熱油的進(jìn)出口油溫溫差僅在100攝氏度左右,這將需要耗費(fèi)大量的儲熱介質(zhì)。
雖然西班牙已經(jīng)建設(shè)了多個帶儲熱的槽式電站,美國在建的280MW的Solana槽式光熱電站也將配備6小時儲熱。但儲熱技術(shù)的應(yīng)用只有在溫差達(dá)到270度左右時才更有意義,這時的儲熱介質(zhì)的消耗量和成本要比一般的槽式技術(shù)(溫差在100度左右)低兩倍左右。
商業(yè)化方面,目前僅僅有一種儲熱介質(zhì)得以應(yīng)用,即由60%硝酸鈉和40%硝酸鉀組成的熔鹽,下面以熔鹽為例分析儲熱的價值所在。
在典型的熔鹽塔式熱發(fā)電系統(tǒng)中,低溫端溫度在275攝氏度,高溫端溫度在550攝氏度,即溫差在275攝氏度時,在此條件下,一立方米的熔鹽可儲熱677兆焦耳,如果我們假設(shè)熱循環(huán)效率為95%,熱電轉(zhuǎn)換效率為40%,677兆焦耳就相當(dāng)于存儲電能75kWh,而美國2010年人均每天耗電量為37kWh,這相當(dāng)于兩個美國人的日耗電量。
我們假設(shè)利用抽水蓄能存儲同樣多的電能,假定抽水蓄能電站的循環(huán)效率為80%,那么需要多高的落差以使一立方米的水存儲同樣多的能量呢?在回答這個問題之前,我們先來看一下熔鹽儲能與電池儲能的對比分析。
從能量密度上來看,以我的舊麥金塔(Macintosh)筆記本電腦為例,其中裝配的鋰電池可存儲電能為60Wh,體積約220立方厘米大小,鋰電池的儲電能力要遠(yuǎn)高于其它電池,以我桌子上的一個保溫瓶的體積為例,其大小約為1公升,如果填充為熔鹽,儲電能力可達(dá)78Wh,以此推算,采用廉價的熔鹽僅比目前最好用的鋰電池的用量高出四倍,成本上要大大降低。
從使用壽命上來看,目前我所用的麥金塔電腦已經(jīng)幾乎不能充電,雖然我遵循蘋果公司的建議在每一次充電時都對其完全充放電,但在使用5年后、少于1000次的充放電循環(huán)后已經(jīng)幾乎不能使用。而對于熔鹽來說,在1000次的循環(huán)后,將會出現(xiàn)什么樣的退化呢?答案是一點也不,這是因為儲熱相對儲電要簡單的多,就如我爺爺?shù)臒崴康浇裉鞛橹挂廊豢梢员?。儲熱材料的可利用時長遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于儲電。
回到最初的問題上去,我們?nèi)绻贸樗钅苄枰獙⑺槎喔吣兀看鸢甘橇钅愠泽@的33公里,奧地利極限運(yùn)動員FelixBaumgartner也不過從40公里的高空中成功跳下而已。
另外需要指出的是,在太陽能電站開發(fā)的沙漠地帶,水資源極為寶貴,利用抽水蓄能是不現(xiàn)實的,而利用鋰電池儲電在成本上也脫離實際的需求。那里充滿了沙石,也有觀點提議說利用重力儲能,但要將沙石調(diào)至高空,難度是很大的,相比來看,熔鹽仍然是最好的解決方案。
總的來看,儲熱是電力存儲的強(qiáng)大媒介,其循環(huán)效率極高,耗量從重量上來看僅僅是電池的五倍,成本卻要低很多,而且儲熱介質(zhì)的可利用時間長。這都使配儲熱的光熱發(fā)電有望贏得未來。