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      光熱發電最新研報:《不盡能源天上來——光伏、光熱發電行業報告》
      發布者:admin | 0評論 | 1660查看 | 2021-09-25 08:34:28    

      近日,中航證券研究所發布了一份名為《不盡能源天上來——光伏、光熱發電行業報告》的研究報告,并對光伏、光熱發電行業給予增持評級。


      如下摘錄部分光熱發電內容(可點擊附件下載查看報告全文):


      1、光伏、光熱發電的基本原理;光熱未來市場規模預測


      太陽能發電有兩種形式:光伏發電是利用太陽能電池的光生伏特效應,將太陽輻射能直接轉化為電能,光伏發電首選技術是將半導體等元器件制成的光伏太陽能電池板接收太陽能,通過半導體或者金屬材料的溫差發電;光熱發電是將太陽熱輻射能轉化為熱能再將熱能轉化為電能,間接用于發電。


      光熱發電原理:光熱發電經過“光能-熱能-機械能-電能”的轉化過程實現發電。具體來說,反射鏡、聚光鏡等聚熱器將采集的太陽輻射熱能匯聚到集熱裝置,用來加熱集熱裝置內導熱油或熔鹽等傳熱介質,傳熱介質經過換熱裝置將水加熱到高溫高壓蒸汽,蒸汽驅動汽輪機帶動發電機發電。光熱發電和火力發電的原理基本相同,后端技術設備一模一樣,最大的差別是發電所用熱源不同,前者利用太陽能搜集熱量,后者是利用燃燒煤、天然氣等獲取熱量。


      未來萬億市場可期:按照IEA預測,中國光熱發電市場到2030年將達到29GW裝機,到2040年翻至88GW裝機,到2050年將達到118GW裝機,成為全球繼美國、中東、印度、非洲之后的第四大市場,照此看來,光熱發電萬億級市場才剛剛拉開帷幕。


      2、光熱發電與光伏發電對比


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      3、中國光熱發電裝機規模預測(單位:GW)


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      4、光熱電站四個組成部分及運行原理


      大型光熱發電廠可以分為四個部分:集熱系統,熱傳輸系統,儲熱系統,發電系統。


      ?集熱系統:集熱系統負責吸收太陽輻射能,對導熱介質進行加熱,為后續發電提供能量,是光熱發電系統最核心的組成部分。集熱系統包含聚光裝置與接收器兩個核心組件,其中聚光裝置由中央控制系統操控,跟蹤太陽位置收集并反射(重定向)最大量的陽光,將輻射能集中至接收器上。接受器則利用收集到的能量加熱內部介質,實現能量的吸收與儲運。


      ?熱傳輸系統:熱傳輸系統則是將集熱系統收集起來的熱能,利用導熱介質,輸送給后續系統的中間環節。目前最主流的工作流體是熔鹽,相較于早期使用的水和導熱油,熔鹽在熔融態下可保持較寬的工作溫度范圍,允許系統在低壓工況下吸收和儲存熱能,安全性能出色。但由于高溫熔鹽對管道與儲熱罐內部存在一定的腐蝕,所以對材料要求比較高。


      ?儲熱系統:通過儲熱罐,光熱系統可以將被集熱器加熱過的介質集中儲存,再泵出與水換熱,產生蒸汽來推動汽輪機發電。之后冷卻的工作流體可再次流回集熱系統重新加熱。熱能被儲存在儲熱罐中,可以在夜間或光照不足的情況下持續工作一段時間,進而突破光照時長的限制,實現超長發電時間。同時,儲能罐還具備調節輸出功率的能力,能夠根據當地的用電負荷,適應電網調度發電。相比于光伏發電,光熱發電自帶儲熱系統。


      ?發電系統:光熱的發電系統和傳統電廠區別不大,仍是通過加熱水獲得高質量的過熱蒸汽,推動各式汽輪機發電。由于光熱電站所用導熱介質是循環使用的,幾乎不產生排放,發電過程無疑更加環保。


      5、光熱發電四種主要技術路線及各自特點


      按照聚能方式及其結構進行分類,主要有塔式、槽式、碟式、菲濕爾式太陽能光熱發電四大類技術,塔式和槽式光熱發電技術商用更廣泛。


      塔式太陽能光熱發電:塔式光熱發電系統為點式聚焦集熱系統,利用大規模自動跟蹤太陽的定日鏡場陣列,將太陽熱輻射能精準反射到置于高塔頂部的集熱器,投射到集熱器的陽光被吸收轉變成熱能并加熱中間介質,使其直接或間接產生540℃~560℃蒸汽,其中一部分用來發電,另一部分熱量則被儲存,以備早晚或沒有陽光時發電使用。塔式系統具有熱傳遞路程短、高溫蓄熱、綜合效率高等優點,新建的光熱發電項目中塔式光熱發電技術越來越多,塔式是未來太陽熱輻射能光熱發電的主要技術。


      槽式太陽能光熱發電:也稱槽式鏡像系統,是線式聚焦集熱系統。利用大面積槽式拋面鏡反射太陽熱輻射能,連續加熱位于焦線位置集熱器內介質,將熱能轉化為電能。槽式聚光器是一維跟蹤太陽方式,屬于中高溫熱力發電,串并聯集成后發電容量無限制。太陽熱輻射能集熱裝置占地面積比塔式、碟式系統要小30%~50%,已建成的光熱發電站有80%以上采用槽式技術。


      碟式太陽能光熱發電:也稱為拋物面反射鏡斯特林系統,是點式聚焦集熱系統,是世界上最早出現的太陽能光熱發電系統。由許多拋物面反射鏡組構成集熱系統,接收器位于拋物面焦點上,收集太陽輻射能量,將接收器內的傳熱介質加熱到750℃左右,驅動斯特林發動機進行發電。碟式發電優點是光學效率高,啟動損失小,適用于邊遠地區獨立電站。


      菲涅爾式太陽能光熱發電:工作原理類似槽式光熱發電,只是采用多個平面或微彎曲的光學鏡組成的菲涅爾結構聚光鏡來替代拋面鏡,眾多平放的單軸轉動的反射鏡組成的矩形鏡場自動跟蹤太陽,將太陽光反射聚集到具有二次曲面的二級反射鏡和線性集熱器上,集熱器將太陽能轉化為熱能,進而轉化為電能。特點是系統簡單、直接使用導熱介質產生蒸汽,其建設和維護成本相對較低。


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      6、光熱發電的最大優勢——自帶儲能;熔鹽市場格局


      傳熱蓄熱技術是光熱發電關鍵技術之一,而傳熱介質的工作性能直接影響系統的效率和應用前景。傳熱介質中,使用較多的有水/水蒸汽、空氣、液態金屬、導熱油以及熔鹽等。其中,熔融鹽具有工作溫度高、使用溫度范圍廣、傳熱能力強、系統壓力小、經濟性較好等一系列的優點,目前已成為光熱電站傳熱和儲熱介質的首選。常見熔鹽的熔點從低到高的排列順序為:硝酸鹽<氯化物<碳酸鹽<氟化物。


      (1)氟化物:氟化物共晶體由于其較高的熱存儲容量被廣泛應用于太陽能空間站和熔鹽核反應堆中,但其缺點是成本較高,材料的熱穩定性差并且具有毒性。


      (2)氯化物:優勢在于其具有較高的熱融合特性及廉價易得,其缺點是腐蝕性較高。


      (3)碳酸鹽:可以應用在高溫潛熱儲能領域,但是其較高的粘度和易分解性質限制了其應用的范圍。


      (4)硝酸鹽:具有熔點低、熱容量大、熱穩定性高、腐蝕性相對較低等優點,特別是硝酸鉀、硝酸鈉的熔融鹽已成功應用在太陽能光熱發電站的商業案例中。Salt熔鹽作為傳熱蓄熱介質,在國內外太陽能光熱發電領域應用較為廣泛,其使用溫度范圍為300-500℃,適合作為中高溫傳熱蓄熱材料。


      根據應用領域的要求不同,所使用的熔鹽產品亦有所區別。常見的光熱熔鹽品種有二元鹽、三元鹽和低熔點熔鹽產品等。對于光熱發電而言,二元熔鹽的應用較為廣泛及成熟。目前塔式光熱電站熔鹽的工作溫度一般在550℃以上,而槽式光熱電站一般不超過400℃。雖然塔式電站更高的運行溫度會導致熔鹽揮發量高于槽式電站,但光熱電站中熔鹽使用壽命基本與電站同步,一般在25-30年左右,運行過程中會損耗部分熔鹽,需定時補充。


      熔鹽市場格局:當前中國的光熱發電產業仍處于起步階段,大規模商業化發展仍需等待。在此大背景下,國際熔鹽廠商依托其集團優勢開始在國內光熱發電市場開展一些市場拓展活動。中國熔鹽供應企業多數是傳統的硝酸鹽生產企業,也有部分企業通過采購硝酸鹽原料生產符合質量要求的熔鹽。


      7、主要熔鹽企業及簡介


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      8、熔鹽示意圖及投資需求情況


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      9、四種光熱發電技術對比及目前行業發展現狀


      從全球范圍看,目前已投入使用的光熱發電站中,槽式仍然憑借其更低的前期投資,較低的門檻與建設難度,以及更低的維護成本在投運項目中占據主流。但在建項目中,塔式則憑借更高的聚光率產生更高溫度,實現更高的熱電轉化效率以及更低的發電成本,是未來的主要方向。實際上由于光熱發電良好的兼容性,多種設計混用的情況并不罕見,全球范圍內將塔式與槽式混用的光熱電站就有10座。我國境內也有青海省海西州700MW風光熱儲多能互補項目,混合了風光熱三種可再生能源。


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      10、中國20個首批光熱示范項目進展情況


      根據《關于2021年新能源上網電價政策有關事項的通知》,首批光熱示范項目的延期電價政策為:2019年和2020年全容量并網的,上網電價按照每千瓦時1.10元執行;2021年全容量并網的,上網電價按照每千瓦時1.05元執行;2022年1月1日后并網的首批太陽能熱發電示范項目中央財政不再補貼。


      CSPPLAZA表示,行業內普遍反應2022年1月1日的時間節點設置不夠合理,如能將該時間節點延至2022年年底,部分項目仍有可能實現投運。需要指出的是,即便該《征求意見稿》落地,在“十四五”期間,并不意味著將無光熱項目。風光儲一體化項目將成為“十四五”新能源發電項目開發的主要形態,配置光熱仍具有顯著的競爭優勢,相關部門亦將研究出臺細分的支持政策,推動光熱在風光儲一體化項目中增加配置。


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      11、光熱電站造價分析及成本構成


      目前光熱發電成本依舊較高:由于國內光熱產業還處于示范階段,光熱發電站裝機規模較小,尚未形成規?;?,造成成本較高。從初始投資成本看,光熱發電站的單位千瓦投資成本在2.5萬-3.5萬元,是傳統煤電站的3-4倍、陸上風電的3-4倍、光伏電站的4-5倍,關鍵的太陽島和儲熱島固定投資分別占50%-60%、15%-20%,并且儲熱時間越長,投資成本越高;從度電成本看,據業內估算,塔式光熱電站的度電成本在1元/千瓦時左右,相當于煤電的3-4倍、陸上風電的2.3倍、光伏發電的1.4-2倍。


      具體來看,太陽島所占成本比例最高:太陽島主要包括聚光系統和吸熱系統。熱力發電島主要包括熱力系統及輔機設備、水循環、水處理系統、換熱設備等。對于具有一定規模的塔式太陽能熱發電站(10MW以上),太陽島成本占電站建造成本的55%以上。隨著塔式太陽能熱發電站裝機容量增加,太陽島成本所占的比例也越來越高,裝機容量為300MW,600MW時,太陽島成本所占的比例分別可達到68%和70%。


      定日鏡是太陽島中成本占比最高的部件:目前中國塔式太陽能熱發電站的太陽島造價為3600~4000元/kW。其中定日鏡成本約占太陽島成本的75%,隨著電站規模變大,定日鏡數量相應增加,太陽島成本構成中定日鏡的占比也會增加,吸熱器輸出熱功率達到500MW以上后,定日鏡成本在太陽島中的占比大于80%。


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      12、降本提效——光熱發電發展必經之路


      光伏發電成本逐漸降低:從2013年至2020年,8年時間光伏電價政策進行了6次調整降低。特別是從2019年起,光伏電站規模管理開始實施競價制度,標桿電價更改為指導價,項目最終電價由競價結果最終敲定。從2021年開始,新建風電、光伏發電進入平價上網階段。


      降本提效是光熱發電的必經之路:根據塔式太陽能光熱發電站成本構成,影響成本電價的三個主要動因:產能規?;?,運營維護成本和技術工藝進步及管理優化。預計在未來,光熱發電站成本電價可與燃煤火電站的電價相當,具有廣闊的應用前景和成長空間。


      上述可知,定日鏡成本占到塔式光熱發電站成本的一半左右,所以定日鏡的降本是光熱發電發展的重中之重:定日鏡由反射鏡、鏡架、動力設備、控制器及基座組成,各部分的造價構成比例依次為9%、9%、61%、6%和15%。由于①規模效應帶來的加工費用和運輸費用降低;②更輕便定日鏡的設計降低相關材料費用;③動力設備的優化設計降低該部件成本。預計隨著裝機量的提升,定日鏡成本可大幅下降。


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      13、光熱發電產業鏈企業(部分上市公司列舉)


      光熱發電的產業鏈可以分為基礎材料、裝備制造、電站EPC、電站運營、電力輸配等幾個環節。目前,雖然中國光熱發電產業鏈條完整,但是項目經驗不足,不少領域發展時間較短,核心環節在于裝備制造和電站EPC。


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      注:可點擊下載查看報告全文《不盡能源天上來——光伏、光熱發電行業報告》

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