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【深度】光热发电和光伏发电的区别、优劣势对比与发展前景

2017.12.05 来自:索比光伏网



数年来,环境污染、气候变暖和全球能源危机倍受关注,在此基础上,太阳能光热发电和光伏发电作为太阳能利用的主要方式,其发展前景也吸引到业界的广大视线聚焦,自然地,也引发了对光热发电和光伏发电的区别及孰优孰劣的研究探索。


光热发电和光伏发电的区别


发电原理不同


光伏电站是利用太阳能电池板吸收太阳光中的可见光形成光电子,产生电流。


光热发电利用熔盐或者油等介质吸收太阳光中的热能,使用汽轮机将其转化为电能。


并网难易不同


光伏发电受日光照射强度影响较大,上网后给电网带来较大压力,其发电形式独特,和传统电厂合并难度大。


太阳能光热发电系统可以通过增加储热单元或通过补燃或与常规火电联合运行改善出力特性,输出电力稳定,电力具有可调节性。就并网难易程度来看,光热发电比常规的光伏发电更具有优势。通过储热改善光热发电出力特性(槽式和塔式光热发电)。白天将多余热量储存,晚间再用储存的热量释放发电,这样可以实现光热发电连续供电,保证电流稳定,避免了光伏发电与风力发电难以解决的入网调峰问题。


对环境的污染程度不同


光热发电是清洁生产过程,基本采用物理手段进行光电能量转换,对环境危害极小,太阳能光热发电站全生命周期的CO2排放仅为13~19g/kWh。


而光伏发电技术存在致命弱点为太阳能电池在生产过程中对环境的损耗较大,是高能耗、高污染的生产流程。


技术成熟程度不同


常规的光伏发电技术,在我国已经发展稳定,技术相对成熟;而光热发电,虽然很早就在国外兴起,但是在我国来说,依然处于技术创新与改进阶段。


光热发电和光伏发电的优劣势对比


投资成本方面


光热发电投资成本远高于光伏电站。目前我国建设的大型光伏电站单位造价约为8000元/千瓦,光热约为22000元/千瓦,美国的光伏电站则为2400-3000美元/千瓦,光热约为5100-6200美元/千瓦,光热造价基本上是光伏的2-3倍。此外,光热电站对规模的敏感度较高,只有在规模足够大的前提下,才能有效实现经济效益。同时,其整体投资门槛较高,百兆瓦电站投资需要近5亿美元。正是由于光热电站的投资大、风险高,即使达到平价上网水平,与光伏电站相比,其投资者还是非常少,这在客观上也会相应延缓其成本下降。


建设条件方面


光热电站对建设条件要求较高,光伏的安装弹性则相对较大。太阳能热发电主要安装在太阳能直接辐射(DNI)较好的地方,沙漠地区是最好的选择,但这些地方往往较为偏远,电力需求较弱,需要为其建设输电通道将电力送出,这不仅会增加成本,并且也只能享受发电侧电价。同时,由于光热电站属于跟踪系统,对当地气候条件要求也比较高。


光伏电站则可同时利用直射光和散射光,安装区域选择较大,比如可安装在负荷中心、屋顶或工业厂房上,享受用户侧电价。因此,相对于光热电站,它以发电侧电价出售会更具竞争力。


光热发电和光伏发电的发展前景


皆具发展潜力,近中期光伏电站发展规模会更大


在2030年以前,由于光伏装机成本和度电成本均低于光热发电,且光伏出力与白天用电高峰和峰值电价曲线相吻合,在光伏渗透率较低情况下,光伏装机规模将远大于光热。在2030年后,光伏装机由于渗透率高,且基本能满足白天的用电需求,发展速度会放缓;光热则会充分利用其储热优势,能满足日落后的用电高峰,从而得到较快发展。根据美国Sunshot计划,到2030年,美国太阳能累计装机将达到330GW。其中,光伏装机为302GW,光热装机为28GW,光伏是光热的11倍。到2050年,光热装机将达到83GW,光伏则为632GW,光伏下降是光热的8倍。


非替代关系,两者协同互补


光热和光伏发电都面临火电等传统能源的竞争,承载着代替化石能源的使命,只有光伏和光热更好地协同互补,才能完成这项任务,满足用电需求。同时,由于大型风电、光伏和光热电站等可再生能源主要建设在沙漠、戈壁滩等地区,需要远距离输送,但风电、光伏等利用小时数低,单独远距离传输经济性差,为提高输送电网的利用率,不得不通过火电打捆等方式输送。如果光热电站成熟之后,则完全可以通过储热方式替代火电,解决电网利用率低问题,同时也可解决可再生能源发电不稳定的问题。


应用领域各有侧重,主战场不重合


光伏发电优势在于分布式,在负荷中心建设方面,结合储能等产业发展,可实现就地发电就地使用。同时,光伏也可作为移动电源,充分满足消费市场需求,这是光热电站难以企及的。光热发电优势在于规模化,适合在条件适宜地区建设大型光热电站,然后远距离输送。在这些地区,也可适当发展大型光伏电站,将光伏光热打捆送出,实现可再生能源最大限度的消纳。

相关评论

  • 关于电站单位用地的数据说明:之前援引的文章中说“根据美国现在光热电站的建设情况,每MW大概需要40-50亩土地”。 我们根据美国可再生能源实验室(NREL)公布的美国在运行光热电站项目数据,得知美国Ivanpah电站(塔式,392MW,DNI 2,717kWh/m2/yr)单位用地约54.2亩/MW,Mojave电站(槽式,280MW)单位用地约38.3亩/MW。不过以上两个电站都不含储热,如果考虑到储热,那么光热电站的单位用地会增大。Solana电站(槽式,280MW,6小时储热)的单位用地约为41.8亩/MW。 不过也有比较特殊的情况,新月沙丘电站(塔式,110MW, 带10小时储热, DNI 2,685kWh/m2/yr)的单位用地约88亩/MW。 我们同时分析了西班牙典型光热电站Andasol 3(槽式,50MW,带7.5小时储热,DNI 2,200kWh/m2/yr)的单位

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