近日，美國能源部(DOE)網(wǎng)站發(fā)布“提高太陽能熱發(fā)電技術(shù)、性能和可調(diào)度性”的研究報(bào)告。該報(bào)告是“在通往SunShot的路途中”的系列研究報(bào)告之一。
該研究報(bào)告指出，自美國能源部2012年發(fā)布“SunShot愿景研究”以來，全球太陽能熱發(fā)電裝機(jī)已增長了三倍，達(dá)到4500MW，美國境內(nèi)投入運(yùn)行的裝機(jī)容量也增長了三倍，達(dá)到1650MW。美國太陽能熱發(fā)電市場容量的增長主要受到州政府及聯(lián)邦政府的政策支持驅(qū)動(dòng)。可再生能源配額制(RPSs)加上 30%的聯(lián)邦投資稅收抵免(ITC)以及聯(lián)邦貸款擔(dān)保等政策，為太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目的開發(fā)商提供了在美國西南部建設(shè)太陽能熱發(fā)電站的機(jī)會(huì)。
圖1為槽式和塔式系統(tǒng)均化電力成本(LCOE)的下降情況以及2020年SunShot目標(biāo)，其中顯示了太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)成本呈下降走勢，這為實(shí)現(xiàn)美國能源部SunShot計(jì)劃設(shè)定的成本目標(biāo)：2020年降至6美分/kWh奠定了基礎(chǔ)。將“SunShot愿景研究”中預(yù)測的投資成本和當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀比較發(fā)現(xiàn)，2015年塔式電站的成本下降符合預(yù)期，主要受益于定日鏡成本的下降。
圖1 自SunShot愿景研究報(bào)告發(fā)布以來的槽式和塔式系統(tǒng)成本下降情況(SVS=SunShot愿景研究(能源部2012)，OTPSS=在通往SunShot的路途中)
盡管槽式和塔式成本已經(jīng)降低，但太陽能熱發(fā)電技術(shù)的接受度和市場部署仍收到光伏成本不斷降低的帶來的負(fù)面影響。然而，如果考慮到太陽能熱發(fā)電技術(shù)由于儲(chǔ)熱系統(tǒng)所具有的靈活性特點(diǎn)，這種負(fù)面影響其實(shí)可以被弱化。美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)最近對(duì)帶有儲(chǔ)熱系統(tǒng)的太陽能熱發(fā)電站和光伏系統(tǒng)在加州不同的可再生能源發(fā)電比例下的運(yùn)行+容量產(chǎn)生的聯(lián)合效益進(jìn)行了比較研究。分析發(fā)現(xiàn)，一旦加州的光伏滲透率達(dá)到15%，其容量可信度不足10%;但另一方面，帶有儲(chǔ)熱的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)具有相當(dāng)高的可靠性，其容量可信度可通過電站在100小時(shí)最高凈負(fù)荷期間提供的所需電力的能力進(jìn)行預(yù)估。儲(chǔ)熱系統(tǒng)容量和太陽倍數(shù)影響太陽能熱發(fā)電站的可靠能量輸出。表1是不同配置太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的容量可信度情況。配置少于6小時(shí)儲(chǔ)熱系統(tǒng)的太陽能熱發(fā)電站，其容量可信度較低。
表1 不同配置太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的容量可信度情況(TES=儲(chǔ)熱系統(tǒng))
和光伏易變的發(fā)電出力相比，在40%的可再生能源配額下，太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)增加的價(jià)值高達(dá)6美分/kWh，如圖2所示。
圖2 在33%和40%可再生能源配額下，帶儲(chǔ)熱的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)和光伏系統(tǒng)的總價(jià)值，包括運(yùn)行和容量價(jià)值(SM=solar multiple太陽倍數(shù)，6hrs儲(chǔ)熱6小時(shí))
該研究和其他類似分析顯示，當(dāng)評(píng)估可再生能源技術(shù)組合時(shí)，必須要考慮帶儲(chǔ)熱系統(tǒng)的太陽能熱發(fā)電站所具有的高并網(wǎng)價(jià)值，而不只是考慮均化電力成本(LCOE)。一個(gè)更全面的方法——凈系統(tǒng)成本評(píng)估，包括不同技術(shù)的成本和電網(wǎng)范圍的系統(tǒng)效益的比較。一種資源的凈系統(tǒng)成本代表增加一個(gè)新的傳統(tǒng)的或可再生能源發(fā)電技術(shù)的年度成本(例如，帶儲(chǔ)熱系統(tǒng)的太陽能熱發(fā)電站、光伏、燃?xì)廨啓C(jī)，聯(lián)合循環(huán)電廠)和因取代其他資源且提供類似能量水平和系統(tǒng)可靠性所避免的成本之間的差異。相對(duì)于提供1500MW可靠容量的常規(guī)天然氣燃?xì)廨啓C(jī)和聯(lián)合循環(huán)電站，代表調(diào)峰、中間和基礎(chǔ)負(fù)荷配置的三種太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)凈系統(tǒng)成本情況如圖3所示。其中可以看出，對(duì)于當(dāng)前低的天然氣價(jià)格和碳排放成本，傾向于將太陽能熱發(fā)電站作為調(diào)峰配置。然而，在天然氣價(jià)格和碳排放成本都高的情境下，這種決定變得不那么清晰。在這種情況下，每一種太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)配置和傳統(tǒng)的選擇相比都有很大優(yōu)勢，容量因子為中級(jí)到高級(jí)的系統(tǒng)將成為優(yōu)先選擇。容量因子是實(shí)際年發(fā)電量和滿負(fù)荷條件下一年內(nèi)輸出電量之比。
圖3 低天然氣價(jià)格和碳排放成本情景(上圖)和高天然氣價(jià)格和碳排放成本情景(下圖)(SunShot太陽能熱發(fā)電配置凈成本對(duì)比，紅色柱狀圖上的線段表示以SunShot為參數(shù)±10%浮動(dòng))
凈系統(tǒng)成本是相似的，見圖4。每一種技術(shù)選擇都提供同樣的可靠容量。圖4顯示，在目前的技術(shù)成本下，可考慮的最便宜的選擇是太陽能光伏+燃?xì)廨啓C(jī)，而這并不奇怪，因?yàn)閹?chǔ)熱的太陽能熱發(fā)電技術(shù)和電網(wǎng)級(jí)電池都是相對(duì)不成熟的技術(shù)。當(dāng)考慮未來的成本時(shí)，相信這些結(jié)果會(huì)發(fā)生變化。
圖4 當(dāng)前和未來太陽能熱發(fā)電、帶電池光伏系統(tǒng)和帶燃?xì)廨啓C(jī)光伏系統(tǒng)的年化凈成本情景(太陽能熱發(fā)電調(diào)峰、中等負(fù)荷，基礎(chǔ)符合配置和圖3所示相同)
