中东北非各国不同的光热发电技术选择
发布者:本网记者Alice | 来源:CSPPLAZA光热发电网 | 0评论 | 5023查看 | 2014-02-24 11:28:00    
  虽然中东北非经常被描述为一个地区,即MENA,但其各国实际的地理环境比我们想象的还是有很大不同的,那么,具体哪些地区适合开发哪种光热发电技术和应用呢?

  CSPPLAZA光热发电网报道:中东北非地区(MENA)各国的太阳能开发环境虽然有明显的相似之处,但也有诸多不同之处,如海湾地区各国拥有充足的石油和天然气资源,而北非地区的油气资源相对贫乏,特别是在Maghreb地区(突尼斯、阿尔及利亚和摩洛哥三国所在地区的总称)。

  海湾地区拥有成熟的制造业和足够多的油田,是高度工业化的地区,基于这种现实,可以在工业应用领域推广利用光热发电技术。海湾地区因波斯湾而得名,由沿岸的伊朗、伊拉克、科威特、沙特阿拉伯、巴林、卡塔尔、阿拉伯联合酋长国和阿曼等8个国家组成。

图:黄色区域为MENA地区各国


  法国Areva太阳能公司全球销售副总裁Jayesh Goyal表示,“在海湾地区,你可以看到热法海水淡化、辅助提高石油开采率(EOR)、区域供冷等多种工业蒸汽应用市场,我认为光热发电技术可以在这些领域发挥替代性作用。当前面临的挑战是海湾地区大多数国家的传统燃料利用产业是有补贴的低成本的,这让太阳能的成本看起来更为昂贵。”

  光热电站开发的市场空间在于,MENA地区有无尽的沙漠具备开发光热电站的环境气候条件,这一点也被广泛认可。但事实上并非这么简单。卡塞尔大学副研究员、沙特阿美石油公司(Saudi Aramco)的前太阳能工程师Steven Meyers表示,“土地的可用性是MENA地区经常讨论的话题,一般的想法是由于当地拥有广阔的沙漠地带,项目用地和选址可以很容易完成。但当地土地的所有权并不十分清晰,常常牵连到政府端的争执。这增加了土地利用的不确定性和获得项目用地的困难度。”

  各地区的太阳能辐照资源也存在差异,这也在一定程度上决定了不同的光热发电技术的选择。Meysers表示,“在如摩洛哥和沙特Tabuk这些高DNI辐照地区,塔式技术可能更为适宜,因为当地的空气湿度是最小的,空气中的沙尘含量也是最小的。但在北非的沿海和海湾内陆地区,槽式和塔式技术均是合适的,但基于塔式技术急剧下跌的成本曲线,采用塔式技术在未来应是更好的选择”。

  但Meysers也承认,最初的电站建设很可能还得从槽式开始,因为槽式技术更成熟,更易获得银行融资的认可,风险更低。“在海湾地区的沿海地区建设具备经济可行性的带储热的光热电站,对槽式和塔式技术而言都是困难的,因为这里的DNI辐照水平较低,大多不超过1900kWh/m2/y。”

  除了自然资源储量和太阳能辐照资源的不同之外,MENA地区共同面临的问题是水资源的缺乏,因此对于在MENA地区开发光热电站而言,节约水资源是重要的考量要素之一。“在一个光热电站中,如果采用水冷,水的消耗主要是在冷却环节和反射镜清洗方面,对于冷却而言,我们建议采用空冷技术,其耗水量仅是水冷耗水量的十分之一。”Goyal表示。

技术考量

  一般而言,采用何种聚光技术主要考虑目标电站的类型和本地的地理条件。Meyers强调,“中东地区典型的ISCC联合循环电站位于海岸附近,蒸汽发生器需要与燃气发电的蒸汽轮机足够的近来降低系统集成的成本。菲涅尔光热发电技术已经可以直接生产出450摄氏度以上的蒸汽,可以直接并入汽轮机。”

  槽式技术是经过最多验证的受银行融资认可的技术,其也可以进行ISCC联合循环电站的开发,但槽式电站产出的蒸汽温度一般低于400摄氏度,另需增加余热回收蒸汽发生器,这可能将增加整体成本。

  塔式技术可以生产出直接可以应用于蒸汽轮机的过热蒸汽,但其可能会带来更高的热能生产价格,同时会因海岸地区的空气湿度较大和沙尘含量而造成性能衰减,菲涅尔也会受此影响,但相对更小一些,这些不利因素对槽式技术的影响最小。

  “总的来看,要最轻易地实现太阳热能和传统化石热能的集合,菲涅尔技术应是更值得深入研究的,其理论上更适合于ISCC和混合电站,在北非和海湾地区有更好的适用性。”Meyers表示。

储热的选择

  储热技术已是一项成熟的技术,可以在太阳能辐照资源较低的白天和夜晚通过该技术的应用实现持续供电。但对于部分国家,储热不仅仅是一个选择。Meyers表示,“在没有足够多的和廉价的天然气等化石能源的地区,或者在电网系统较为脆弱的地区,储热的价值就更显突出。摩洛哥和该国太阳能管理机构MASEN已经开始通过其瓦尔扎扎特项目的建设证明这一点,沙特和沙特原子能和可再生能源城KA.CARE也已确定在未来的光热发电项目开发中至少要配置4小时的储热系统。”

  事实上,阿联酋100MW的Shams1光热电站就是一个例子,该电站没有储热系统,但阿联酋的天然气资源十分丰富且廉价,因此其采用了天然气辅助来维持较长时间的运行。

  “在拥有天然气资源的国家,你有能力通过天然气的应用优化联合循环电站的性能,典型的情况是,当环境气温较高时,燃气发电的效率越低,而此时正是太阳能热发电效率越高的时候,因此此时可以更多地采用光热发电系统。”Goyal表示。

ISCC的三重效益

  混合发电是提高海湾地区和北非地区光热发电技术在电力市场中的份额的有效途径。ISCC电站在摩洛哥、阿尔及利亚和埃及地区也已有成功案例,科威特和沙特目前也正筹备建设类似的ISCC电站,科威特去年宣布计划建设一个280MW的Al-Abdaliya光热燃气联合循环电站,沙特则在去年年底发布了550MW的Duba 1光热联合循环电站招标意向函。

  各国之所以对ISCC电站感兴趣,Meyers认为主要是因为其对光热电站带来的三重效益:“提高电站效率、与配套电厂共享公共基础设施、降低投资风险。“ISCC电站的光热系统的CAPEX(一次性投资支出)与纯光热电站相比要低不少,使其可以在成本上与现在的光伏发电相竞争。”Meyers说道。

  对于海湾地区国家等拥有丰富而廉价的化石燃料的国家,和像埃及那样拥有丰富生物质燃料的国家而言,他们对ISCC的概念更为感兴趣,因为可以利用光热发电技术更好地与当前的传统热发电设施相互融合。另外,ISCC电站可以降低国内的燃料消耗,反过来增加化石燃料的出口额,节约的化石燃料可以用于精炼出更多高价值的化工产品,同时多样化其电力来源构成。

  但ISCC电站的选址需要审慎考虑。Meyers解释称,“一个需要关注的点是,海湾地区多数传统热电站的厂址位于海岸线附近,以满足冷却用水的需要,同时进行海水淡化。但光热电站如果选址海边将对集热场造成不利影响,海边的空气湿度较高,空气中高含量的气凝胶也将对太阳能辐照强度造成削弱影响,空气中的盐分还可能对反射镜造成腐蚀。”

  总的来看,所有光热发电技术都有优点和缺点,在中东和北非地区利用这些光热发电技术要针对各地区的实际环境条件考虑,具体选择取决于选址、规模和应用。但无论如何,投资成本和电站长期运行的可靠性是必须被考虑的重要因素。
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