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歐盟太陽能熱發(fā)電戰(zhàn)略研究議程2025
發(fā)布時間:2013-05-23 來源:國家能源局

????歐洲太陽能熱發(fā)電協(xié)會(ESTELA)發(fā)布了首個戰(zhàn)略研究議程,設定了到2025年歐洲太陽能熱發(fā)電優(yōu)先研究的問題,以期實現(xiàn)三大目標:提高效率與降低成本、增強可調(diào)度性和提高環(huán)境效應。戰(zhàn)略研究議程討論了四種主要的太陽能熱發(fā)電技術:拋物槽式、塔式、線性菲涅爾式和碟式斯特林系統(tǒng),還包括相關的交叉問題,如蓄熱、混合發(fā)電和標準化等。

????目前,全球太陽能熱發(fā)電裝機容量已達2 GW,還有3 GW在建中。大部分電站建在西班牙和美國,其他地區(qū)也在考慮發(fā)展熱發(fā)電,北非、印度、中國和南非等已啟動了新的項目。到2015年太陽能熱發(fā)電裝機量有望達到10 GW。

????歐盟成員國在2010年制定的國家可再生能源行動計劃中設定了到2020年太陽能熱發(fā)電裝機總計要超過7 GW,其中僅西班牙裝機目標就超過5 GW。由于經(jīng)濟危機影響,目前歐洲各國的補貼形勢不太明朗,國家層面正在采取新的措施來協(xié)調(diào)可再生能源項目的投資計劃??紤]到各國政策和電站參數(shù),目前太陽能熱發(fā)電的固定上網(wǎng)電價在0.3歐元/kWh左右。同時,太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)還創(chuàng)造了許多新的就業(yè)機會。如在西班牙,2008~2010年間相關工作崗位數(shù)量翻了一番多。

????一、標準化

????太陽能熱發(fā)電的技術標準對加速降低成本至關重要。太陽能聚光器的EN12975標準已是ISO9806標準的一部分,目前正在修訂。太陽能熱發(fā)電標準工作組已于2011年成立,2012~2013年有望發(fā)布新的指導方針。但仍需加強在以下領域建立通用標準框架:資格、認證、測試程序、組件和系統(tǒng)耐久性試驗、調(diào)試程序、模擬結果和太陽能場建模等。

????二、目標1:提高效率,降低發(fā)電、運行與維護成本

????為滿足目標1戰(zhàn)略研究議程列出了四種熱發(fā)電技術的優(yōu)先研究主題,交叉問題也共同列出,如表1所示。

表1 歐洲太陽能熱發(fā)電技術優(yōu)先研究主題

技術種類

研發(fā)主題

拋物槽式

集熱器

- 規(guī)模化效應

- 更好的集熱器設計和制造

- 更好的太陽能場控制

- 自主驅動單元和本機控制(無線)

吸熱管

- 選擇性涂層更好的優(yōu)化穩(wěn)定性

- 真空管設計,無焊接或無較低的透氫

傳熱流體

- 利用壓縮氣體(CO2N2、空氣等)

- 直接蒸汽發(fā)電

- 熔鹽+輔助加熱

塔式

吸熱器

- 先進高溫吸熱器(直接吸收)

- 新工程化材料(陶瓷管)

傳熱流體

- 用于超臨界蒸汽循環(huán)的熔鹽

- 空氣和CO2作為主要流體

- 直接過熱蒸汽

- 粒子吸熱器系統(tǒng)

定日鏡場

- 多重小塔式配置

- 可靠的無線定日鏡控制系統(tǒng)

- 優(yōu)化的定日鏡場

- 改進驅動機制

- 自主驅動單元和本機控制(無線)

新的轉化循環(huán)和系統(tǒng)

- 布雷頓循環(huán)

- 聯(lián)合循環(huán)和超臨界蒸汽循環(huán)

- 與生物質(zhì)混合發(fā)電

- 二級聚光器

線性菲涅爾式

控制和設計

- 更好的跟蹤選項

- 塔式技術與菲涅爾技術的混合

吸熱器

- 真空管式吸熱器

- 新一代非真空管式吸熱器

反光鏡

- 二級聚光

- 弧形支持表面薄膜

傳熱流體

- 過熱直接蒸汽發(fā)電

- 僅用熔鹽

- 非真空吸熱器中的加壓CO2或空氣

碟式

燃氣輪機

- 與天然氣或生物氣混合發(fā)電

- 碟式系統(tǒng)與壓縮空氣儲能結合

吸熱器

- 應對更低熱惰性的回熱器

系統(tǒng)部件

- 與汽車制造行業(yè)協(xié)同

- 改進跟蹤系統(tǒng)

斯特林發(fā)動機

- 聯(lián)動式發(fā)動機(更低的組件錯誤率、更低的H2泄露、大規(guī)模生產(chǎn))

- 自由活塞式發(fā)動機(線性發(fā)電機更好的控制與設計)

可調(diào)度性

- 機電式存儲和蓄熱

- 吸熱器中的替代能源來源(生物質(zhì))

交叉問題

反射鏡

- 輕反射表面

- 防污涂層

- 高反射率

傳熱流體

- 低熔點混合物

- 加壓氣體

- 帶有高壓吸熱管的直接蒸汽發(fā)電

- 高工作溫度

其他

- 具有更好光學特性的選擇性涂層吸熱器

- 新存儲概念

- 改進控制、預測和運行工具

????三、目標2:增強可調(diào)度性

????可調(diào)度性是增強太陽能熱發(fā)電技術競爭力的重要特性,能夠靈活響應電網(wǎng)需求是關鍵。盡管許多電站已建設了蓄熱系統(tǒng),但仍需要開展更多的工作。

????(一)綜合系統(tǒng)

????通過水預熱方法或鍋爐蒸汽/水循環(huán)能夠實現(xiàn)將太陽熱能集成到大型蒸汽廠。需要設計合適的鍋爐以應對溫度差異。如果鍋爐集成已完成,還需要改進其設計與控制系統(tǒng)。

????將太陽熱能與燃氣輪機或聯(lián)合循環(huán)電站集成也是選擇之一。與燃氣輪機相結合時,在高溫太陽能集熱器中可將空氣溫度加熱到高溫,從而產(chǎn)生高轉化效率。提高處理過渡相的能力需要改進設計控制系統(tǒng)。

????將太陽熱能與生物質(zhì)集成更適用于小規(guī)模設施,可以作為全可再生能源電站。

????(二)蓄熱

????不同傳熱流體,采用不同的設計:

????熱油:用具有良好溫度分層的單個蓄熱罐替代雙罐配置可極大簡化蓄熱。還可以通過換熱器和蓄熱材料的固態(tài)分離來優(yōu)化單罐設計。

????熔鹽:太陽能場和蓄熱循環(huán)之間不需要交換器。需要研發(fā)具有低凝點和避免腐蝕問題的新熔鹽混合物。

????蒸汽:在發(fā)電模塊之前不需要交換器。需要調(diào)研用于飽和蒸汽的固態(tài)/液態(tài)相變材料。

????氣體:超高溫應用可行。挑戰(zhàn)是如何設計高效傳熱系統(tǒng)和蓄熱材料選擇。

????一般而言,需要改進熱量積蓄與釋放策略以最大化蓄熱能力。還需要調(diào)研熱化學儲能系統(tǒng)概念。

????(三)改進預測

????良好的預測能力對于可靠估計給定地點電站的成本非常重要??梢栽O想許多解決方案,如詳細預報超短期氣象情況,開發(fā)電力預測系統(tǒng)軟件監(jiān)管電力生產(chǎn),改進地面太陽直射輻射(DNI)測量方法,利用氣象衛(wèi)星結果,改進用于DNI預測的數(shù)值天氣預報模型,分析太陽能與風能資源之間的年際變化情況和時間與空間關聯(lián)。

????四、目標3:提高環(huán)境效應

????傳熱流體因其對環(huán)境的潛在影響而成為實現(xiàn)本目標的關注點,合成油的污染是最令人擔憂的影響之一。不同流體的環(huán)境和經(jīng)濟特性研究如圖1所示。

(摘編自先進能源科技動態(tài)監(jiān)測快報)