光热发电最新研报:《不尽能源天上来——光伏、光热发电行业报告》
发布者:admin | 0评论 | 3953查看 | 2021-09-25 08:34:28    

近日,中航证券研究所发布了一份名为《不尽能源天上来——光伏、光热发电行业报告》的研究报告,并对光伏、光热发电行业给予增持评级。


如下摘录部分光热发电内容(可点击附件下载查看报告全文):


1、光伏、光热发电的基本原理;光热未来市场规模预测


太阳能发电有两种形式:光伏发电是利用太阳能电池的光生伏特效应,将太阳辐射能直接转化为电能,光伏发电首选技术是将半导体等元器件制成的光伏太阳能电池板接收太阳能,通过半导体或者金属材料的温差发电;光热发电是将太阳热辐射能转化为热能再将热能转化为电能,间接用于发电。


光热发电原理:光热发电经过“光能-热能-机械能-电能”的转化过程实现发电。具体来说,反射镜、聚光镜等聚热器将采集的太阳辐射热能汇聚到集热装置,用来加热集热装置内导热油或熔盐等传热介质,传热介质经过换热装置将水加热到高温高压蒸汽,蒸汽驱动汽轮机带动发电机发电。光热发电和火力发电的原理基本相同,后端技术设备一模一样,最大的差别是发电所用热源不同,前者利用太阳能搜集热量,后者是利用燃烧煤、天然气等获取热量。


未来万亿市场可期:按照IEA预测,中国光热发电市场到2030年将达到29GW装机,到2040年翻至88GW装机,到2050年将达到118GW装机,成为全球继美国、中东、印度、非洲之后的第四大市场,照此看来,光热发电万亿级市场才刚刚拉开帷幕。


2、光热发电与光伏发电对比


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3、中国光热发电装机规模预测(单位:GW)


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4、光热电站四个组成部分及运行原理


大型光热发电厂可以分为四个部分:集热系统,热传输系统,储热系统,发电系统。


◼集热系统:集热系统负责吸收太阳辐射能,对导热介质进行加热,为后续发电提供能量,是光热发电系统最核心的组成部分。集热系统包含聚光装置与接收器两个核心组件,其中聚光装置由中央控制系统操控,跟踪太阳位置收集并反射(重定向)最大量的阳光,将辐射能集中至接收器上。接受器则利用收集到的能量加热内部介质,实现能量的吸收与储运。


◼热传输系统:热传输系统则是将集热系统收集起来的热能,利用导热介质,输送给后续系统的中间环节。目前最主流的工作流体是熔盐,相较于早期使用的水和导热油,熔盐在熔融态下可保持较宽的工作温度范围,允许系统在低压工况下吸收和储存热能,安全性能出色。但由于高温熔盐对管道与储热罐内部存在一定的腐蚀,所以对材料要求比较高。


◼储热系统:通过储热罐,光热系统可以将被集热器加热过的介质集中储存,再泵出与水换热,产生蒸汽来推动汽轮机发电。之后冷却的工作流体可再次流回集热系统重新加热。热能被储存在储热罐中,可以在夜间或光照不足的情况下持续工作一段时间,进而突破光照时长的限制,实现超长发电时间。同时,储能罐还具备调节输出功率的能力,能够根据当地的用电负荷,适应电网调度发电。相比于光伏发电,光热发电自带储热系统。


◼发电系统:光热的发电系统和传统电厂区别不大,仍是通过加热水获得高质量的过热蒸汽,推动各式汽轮机发电。由于光热电站所用导热介质是循环使用的,几乎不产生排放,发电过程无疑更加环保。


5、光热发电四种主要技术路线及各自特点


按照聚能方式及其结构进行分类,主要有塔式、槽式、碟式、菲湿尔式太阳能光热发电四大类技术,塔式和槽式光热发电技术商用更广泛。


塔式太阳能光热发电:塔式光热发电系统为点式聚焦集热系统,利用大规模自动跟踪太阳的定日镜场阵列,将太阳热辐射能精准反射到置于高塔顶部的集热器,投射到集热器的阳光被吸收转变成热能并加热中间介质,使其直接或间接产生540℃~560℃蒸汽,其中一部分用来发电,另一部分热量则被储存,以备早晚或没有阳光时发电使用。塔式系统具有热传递路程短、高温蓄热、综合效率高等优点,新建的光热发电项目中塔式光热发电技术越来越多,塔式是未来太阳热辐射能光热发电的主要技术。


槽式太阳能光热发电:也称槽式镜像系统,是线式聚焦集热系统。利用大面积槽式抛面镜反射太阳热辐射能,连续加热位于焦线位置集热器内介质,将热能转化为电能。槽式聚光器是一维跟踪太阳方式,属于中高温热力发电,串并联集成后发电容量无限制。太阳热辐射能集热装置占地面积比塔式、碟式系统要小30%~50%,已建成的光热发电站有80%以上采用槽式技术。


碟式太阳能光热发电:也称为抛物面反射镜斯特林系统,是点式聚焦集热系统,是世界上最早出现的太阳能光热发电系统。由许多抛物面反射镜组构成集热系统,接收器位于抛物面焦点上,收集太阳辐射能量,将接收器内的传热介质加热到750℃左右,驱动斯特林发动机进行发电。碟式发电优点是光学效率高,启动损失小,适用于边远地区独立电站。


菲涅尔式太阳能光热发电:工作原理类似槽式光热发电,只是采用多个平面或微弯曲的光学镜组成的菲涅尔结构聚光镜来替代抛面镜,众多平放的单轴转动的反射镜组成的矩形镜场自动跟踪太阳,将太阳光反射聚集到具有二次曲面的二级反射镜和线性集热器上,集热器将太阳能转化为热能,进而转化为电能。特点是系统简单、直接使用导热介质产生蒸汽,其建设和维护成本相对较低。


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6、光热发电的最大优势——自带储能;熔盐市场格局


传热蓄热技术是光热发电关键技术之一,而传热介质的工作性能直接影响系统的效率和应用前景。传热介质中,使用较多的有水/水蒸汽、空气、液态金属、导热油以及熔盐等。其中,熔融盐具有工作温度高、使用温度范围广、传热能力强、系统压力小、经济性较好等一系列的优点,目前已成为光热电站传热和储热介质的首选。常见熔盐的熔点从低到高的排列顺序为:硝酸盐<氯化物<碳酸盐<氟化物。


(1)氟化物:氟化物共晶体由于其较高的热存储容量被广泛应用于太阳能空间站和熔盐核反应堆中,但其缺点是成本较高,材料的热稳定性差并且具有毒性。


(2)氯化物:优势在于其具有较高的热融合特性及廉价易得,其缺点是腐蚀性较高。


(3)碳酸盐:可以应用在高温潜热储能领域,但是其较高的粘度和易分解性质限制了其应用的范围。


(4)硝酸盐:具有熔点低、热容量大、热稳定性高、腐蚀性相对较低等优点,特别是硝酸钾、硝酸钠的熔融盐已成功应用在太阳能光热发电站的商业案例中。Salt熔盐作为传热蓄热介质,在国内外太阳能光热发电领域应用较为广泛,其使用温度范围为300-500℃,适合作为中高温传热蓄热材料。


根据应用领域的要求不同,所使用的熔盐产品亦有所区别。常见的光热熔盐品种有二元盐、三元盐和低熔点熔盐产品等。对于光热发电而言,二元熔盐的应用较为广泛及成熟。目前塔式光热电站熔盐的工作温度一般在550℃以上,而槽式光热电站一般不超过400℃。虽然塔式电站更高的运行温度会导致熔盐挥发量高于槽式电站,但光热电站中熔盐使用寿命基本与电站同步,一般在25-30年左右,运行过程中会损耗部分熔盐,需定时补充。


熔盐市场格局:当前中国的光热发电产业仍处于起步阶段,大规模商业化发展仍需等待。在此大背景下,国际熔盐厂商依托其集团优势开始在国内光热发电市场开展一些市场拓展活动。中国熔盐供应企业多数是传统的硝酸盐生产企业,也有部分企业通过采购硝酸盐原料生产符合质量要求的熔盐。


7、主要熔盐企业及简介


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8、熔盐示意图及投资需求情况


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9、四种光热发电技术对比及目前行业发展现状


从全球范围看,目前已投入使用的光热发电站中,槽式仍然凭借其更低的前期投资,较低的门槛与建设难度,以及更低的维护成本在投运项目中占据主流。但在建项目中,塔式则凭借更高的聚光率产生更高温度,实现更高的热电转化效率以及更低的发电成本,是未来的主要方向。实际上由于光热发电良好的兼容性,多种设计混用的情况并不罕见,全球范围内将塔式与槽式混用的光热电站就有10座。我国境内也有青海省海西州700MW风光热储多能互补项目,混合了风光热三种可再生能源。


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10、中国20个首批光热示范项目进展情况


根据《关于2021年新能源上网电价政策有关事项的通知》,首批光热示范项目的延期电价政策为:2019年和2020年全容量并网的,上网电价按照每千瓦时1.10元执行;2021年全容量并网的,上网电价按照每千瓦时1.05元执行;2022年1月1日后并网的首批太阳能热发电示范项目中央财政不再补贴。


CSPPLAZA表示,行业内普遍反应2022年1月1日的时间节点设置不够合理,如能将该时间节点延至2022年年底,部分项目仍有可能实现投运。需要指出的是,即便该《征求意见稿》落地,在“十四五”期间,并不意味着将无光热项目。风光储一体化项目将成为“十四五”新能源发电项目开发的主要形态,配置光热仍具有显著的竞争优势,相关部门亦将研究出台细分的支持政策,推动光热在风光储一体化项目中增加配置。


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11、光热电站造价分析及成本构成


目前光热发电成本依旧较高:由于国内光热产业还处于示范阶段,光热发电站装机规模较小,尚未形成规模化,造成成本较高。从初始投资成本看,光热发电站的单位千瓦投资成本在2.5万-3.5万元,是传统煤电站的3-4倍、陆上风电的3-4倍、光伏电站的4-5倍,关键的太阳岛和储热岛固定投资分别占50%-60%、15%-20%,并且储热时间越长,投资成本越高;从度电成本看,据业内估算,塔式光热电站的度电成本在1元/千瓦时左右,相当于煤电的3-4倍、陆上风电的2.3倍、光伏发电的1.4-2倍。


具体来看,太阳岛所占成本比例最高:太阳岛主要包括聚光系统和吸热系统。热力发电岛主要包括热力系统及辅机设备、水循环、水处理系统、换热设备等。对于具有一定规模的塔式太阳能热发电站(10MW以上),太阳岛成本占电站建造成本的55%以上。随着塔式太阳能热发电站装机容量增加,太阳岛成本所占的比例也越来越高,装机容量为300MW,600MW时,太阳岛成本所占的比例分别可达到68%和70%。


定日镜是太阳岛中成本占比最高的部件:目前中国塔式太阳能热发电站的太阳岛造价为3600~4000元/kW。其中定日镜成本约占太阳岛成本的75%,随着电站规模变大,定日镜数量相应增加,太阳岛成本构成中定日镜的占比也会增加,吸热器输出热功率达到500MW以上后,定日镜成本在太阳岛中的占比大于80%。


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12、降本提效——光热发电发展必经之路


光伏发电成本逐渐降低:从2013年至2020年,8年时间光伏电价政策进行了6次调整降低。特别是从2019年起,光伏电站规模管理开始实施竞价制度,标杆电价更改为指导价,项目最终电价由竞价结果最终敲定。从2021年开始,新建风电、光伏发电进入平价上网阶段。


降本提效是光热发电的必经之路:根据塔式太阳能光热发电站成本构成,影响成本电价的三个主要动因:产能规模化效应,运营维护成本和技术工艺进步及管理优化。预计在未来,光热发电站成本电价可与燃煤火电站的电价相当,具有广阔的应用前景和成长空间。


上述可知,定日镜成本占到塔式光热发电站成本的一半左右,所以定日镜的降本是光热发电发展的重中之重:定日镜由反射镜、镜架、动力设备、控制器及基座组成,各部分的造价构成比例依次为9%、9%、61%、6%和15%。由于①规模效应带来的加工费用和运输费用降低;②更轻便定日镜的设计降低相关材料费用;③动力设备的优化设计降低该部件成本。预计随着装机量的提升,定日镜成本可大幅下降。


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13、光热发电产业链企业(部分上市公司列举)


光热发电的产业链可以分为基础材料、装备制造、电站EPC、电站运营、电力输配等几个环节。目前,虽然中国光热发电产业链条完整,但是项目经验不足,不少领域发展时间较短,核心环节在于装备制造和电站EPC。


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注:可点击下载查看报告全文《不尽能源天上来——光伏、光热发电行业报告》

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