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數(shù)年來,環(huán)境污染、氣候變暖和全球能源危機倍受關注,在此基礎上,太陽能光熱發(fā)電和光伏發(fā)電作為太陽能利用的主要方式,其發(fā)展前景也吸引到業(yè)界的廣大視線聚焦,自然地,也引發(fā)了對光熱發(fā)電和光伏發(fā)電的區(qū)別及孰優(yōu)孰劣的研究探索。
光熱發(fā)電和光伏發(fā)電的區(qū)別
發(fā)電原理不同
光伏電站是利用太陽能電池板吸收太陽光中的可見光形成光電子,產(chǎn)生電流。
光熱發(fā)電利用熔鹽或者油等介質吸收太陽光中的熱能,使用汽輪機將其轉化為電能。
并網(wǎng)難易不同
光伏發(fā)電受日光照射強度影響較大,上網(wǎng)后給電網(wǎng)帶來較大壓力,其發(fā)電形式獨特,和傳統(tǒng)電廠合并難度大。
太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)可以通過增加儲熱單元或通過補燃或與常規(guī)火電聯(lián)合運行改善出力特性,輸出電力穩(wěn)定,電力具有可調節(jié)性。就并網(wǎng)難易程度來看,光熱發(fā)電比常規(guī)的光伏發(fā)電更具有優(yōu)勢。通過儲熱改善光熱發(fā)電出力特性(槽式和塔式光熱發(fā)電)。白天將多余熱量儲存,晚間再用儲存的熱量釋放發(fā)電,這樣可以實現(xiàn)光熱發(fā)電連續(xù)供電,保證電流穩(wěn)定,避免了光伏發(fā)電與風力發(fā)電難以解決的入網(wǎng)調峰問題。
對環(huán)境的污染程度不同
光熱發(fā)電是清潔生產(chǎn)過程,基本采用物理手段進行光電能量轉換,對環(huán)境危害極小,太陽能光熱發(fā)電站全生命周期的CO2排放僅為13~19g/kWh。
而光伏發(fā)電技術存在致命弱點為太陽能電池在生產(chǎn)過程中對環(huán)境的損耗較大,是高能耗、高污染的生產(chǎn)流程。
技術成熟程度不同
常規(guī)的光伏發(fā)電技術,在我國已經(jīng)發(fā)展穩(wěn)定,技術相對成熟;而光熱發(fā)電,雖然很早就在國外興起,但是在我國來說,依然處于技術創(chuàng)新與改進階段。
光熱發(fā)電和光伏發(fā)電的優(yōu)劣勢對比
投資成本方面
光熱發(fā)電投資成本遠高于光伏電站。目前我國建設的大型光伏電站單位造價約為8000元/千瓦,光熱約為22000元/千瓦,美國的光伏電站則為2400-3000美元/千瓦,光熱約為5100-6200美元/千瓦,光熱造價基本上是光伏的2-3倍。此外,光熱電站對規(guī)模的敏感度較高,只有在規(guī)模足夠大的前提下,才能有效實現(xiàn)經(jīng)濟效益。同時,其整體投資門檻較高,百兆瓦電站投資需要近5億美元。正是由于光熱電站的投資大、風險高,即使達到平價上網(wǎng)水平,與光伏電站相比,其投資者還是非常少,這在客觀上也會相應延緩其成本下降。
建設條件方面
光熱電站對建設條件要求較高,光伏的安裝彈性則相對較大。太陽能熱發(fā)電主要安裝在太陽能直接輻射(DNI)較好的地方,沙漠地區(qū)是最好的選擇,但這些地方往往較為偏遠,電力需求較弱,需要為其建設輸電通道將電力送出,這不僅會增加成本,并且也只能享受發(fā)電側電價。同時,由于光熱電站屬于跟蹤系統(tǒng),對當?shù)貧夂驐l件要求也比較高。
光伏電站則可同時利用直射光和散射光,安裝區(qū)域選擇較大,比如可安裝在負荷中心、屋頂或工業(yè)廠房上,享受用戶側電價。因此,相對于光熱電站,它以發(fā)電側電價出售會更具競爭力。
環(huán)境保護方面
光熱電站需要大量的土地和水,對環(huán)保的要求也較高。根據(jù)美國現(xiàn)在光熱電站的建設情況,每MW大概需要40-50畝土地,幾乎是光伏電站的兩倍,并且要求土地十分平坦。在用水方面,雖然光伏和光熱都需要水對組件或鏡面清洗,但光熱電站還需要額外的水用于冷卻,耗水量約為2.9-3.2升/kwh,幾乎是天然氣發(fā)電的4倍。雖然現(xiàn)在也在開發(fā)干法冷卻技術,比如,用空氣冷卻可以解決水的問題,但一方面是技術尚未成熟,另一方面可能降低發(fā)電量,并增加大約3%-8%的發(fā)電成本。此外,由于光熱電站占用空間較大,會對當?shù)氐囊吧鷦游?、生物多樣性等造成影響,也容易引發(fā)環(huán)保爭端。
光熱發(fā)電和光伏發(fā)電的發(fā)展前景
皆具發(fā)展?jié)摿?,近中期光伏電站發(fā)展規(guī)模會更大
在2030年以前,由于光伏裝機成本和度電成本均低于光熱發(fā)電,且光伏出力與白天用電高峰和峰值電價曲線相吻合,在光伏滲透率較低情況下,光伏裝機規(guī)模將遠大于光熱。在2030年后,光伏裝機由于滲透率高,且基本能滿足白天的用電需求,發(fā)展速度會放緩;光熱則會充分利用其儲熱優(yōu)勢,能滿足日落后的用電高峰,從而得到較快發(fā)展。根據(jù)美國Sunshot計劃,到2030年,美國太陽能累計裝機將達到330GW。其中,光伏裝機為302GW,光熱裝機為28GW,光伏是光熱的11倍。到2050年,光熱裝機將達到83GW,光伏則為632GW,光伏下降是光熱的8倍。
非替代關系,兩者協(xié)同互補
光熱和光伏發(fā)電都面臨火電等傳統(tǒng)能源的競爭,承載著代替化石能源的使命,只有光伏和光熱更好地協(xié)同互補,才能完成這項任務,滿足用電需求。同時,由于大型風電、光伏和光熱電站等可再生能源主要建設在沙漠、戈壁灘等地區(qū),需要遠距離輸送,但風電、光伏等利用小時數(shù)低,單獨遠距離傳輸經(jīng)濟性差,為提高輸送電網(wǎng)的利用率,不得不通過火電打捆等方式輸送。如果光熱電站成熟之后,則完全可以通過儲熱方式替代火電,解決電網(wǎng)利用率低問題,同時也可解決可再生能源發(fā)電不穩(wěn)定的問題。
應用領域各有側重,主戰(zhàn)場不重合
光伏發(fā)電優(yōu)勢在于分布式,在負荷中心建設方面,結合儲能等產(chǎn)業(yè)發(fā)展,可實現(xiàn)就地發(fā)電就地使用。同時,光伏也可作為移動電源,充分滿足消費市場需求,這是光熱電站難以企及的。光熱發(fā)電優(yōu)勢在于規(guī)?;?,適合在條件適宜地區(qū)建設大型光熱電站,然后遠距離輸送。在這些地區(qū),也可適當發(fā)展大型光伏電站,將光伏光熱打捆送出,實現(xiàn)可再生能源最大限度的消納。