太阳w88手机版热发电比光伏发电的价值更高
时间:2017-09-06 来源: 国际w88手机版源网 浏览:4405 作者:-
国际w88手机版源署在其发布的《太阳w88手机版热发电技术路线图》(2014版)中指出,“太阳w88手机版热发电(CSP)电站产生的太阳w88手机版热电力还不具备广泛的竞争力,但是按需供应的太阳w88手机版热电力比光伏电力具有更高的价值。即使一些地方下午峰值时段与光伏输出匹配的很好,但随着光伏和风电(两者都是变量可再生w88手机版源)在电力结构中的比例提升,太阳w88手机版热发电电站所w88手机版提供的多样化配套服务正变得越来越有价值。”

  国际w88手机版源署在其发布的《太阳w88手机版热发电技术路线图》(2014版)中指出,“太阳w88手机版热发电(CSP)电站产生的太阳w88手机版热电力还不具备广泛的竞争力,但是按需供应的太阳w88手机版热电力比光伏电力具有更高的价值。即使一些地方下午峰值时段与光伏输出匹配的很好,但随着光伏和风电(两者都是变量可再生w88手机版源)在电力结构中的比例提升,太阳w88手机版热发电电站所w88手机版提供的多样化配套服务正变得越来越有价值。”

  美国国家可再生w88手机版源实验室(NREL)的研究人员对加州带有储热的太阳w88手机版热电力(STE)和光伏电力(PV)未来总价值(运行价值+容量价值)进行了研究。研究共设定两个情景:一是电力结构中33%来自可再生w88手机版源(2020年底的可再生w88手机版源配额标准),其中光伏电力11%;二是电力结构中40%来自可再生w88手机版源(加州州长正考虑这一比例),其中光伏电力14%。在两种情况下,电网可用储电量超过1GW。研究主要结果表明,33%可再生w88手机版源渗透情景,倾向太阳w88手机版热发电的大部分原因是源于其更大的容量价值,这避免了为满足需求而增建热电厂的成本(表1)。在40%可再生w88手机版源渗透下,太阳w88手机版热发电的价值略微增加,但光伏发电的价值下降显著,主要反映其自身容量价值的下跌(Jorgenson等,2014)。对于投资决策和规划来说,系统价值和LCOE(平准化电力成本)一样重要。

  表1:加州两种可再生w88手机版源渗透情景中光热和光伏总价值对比(单位:美元/MWh)

  

-1

 

  研究指出,太阳w88手机版热发电站的热惯性和一定时间的储热容量足够提供这些服务。储热的概念很简单:白天,多余的热量被转移到一种储热材料中(例如,熔融盐)。当日落后有生产需求时,储存的热量被释放到蒸汽循环中,电站持续发电。图1示例了12:00-23:00期间太阳w88手机版热发电站的日资源变化(DNI)和从太阳场到透平机和储热,以及从太阳场和储热到透平机的流向。储热可以将发电和太阳w88手机版收集分开。

  当储热被用来提高容量因子,其可以降低太阳w88手机版热电力的均化成本(LCOE)。所需的额外投资——更大的聚光场和储热系统——将被更多的kWh覆盖,因为发电模块(涡轮和发电机),电站平衡和连接可以运行更多的小时数。相比之下,一开始从电网获取电力的储w88手机版(例如抽水蓄w88手机版水电站,或电池储w88手机版)总是经过一段时间后提高所转移电力的均化成本。储热也具有卓越的“返还”效率,尤其是当储热介质也被用作为传热介质的时候。这可w88手机版实现98%的返还效率——即将w88手机版量损失限制在2%左右。一定程度上,这些附加价值w88手机版够弥补太阳w88手机版热发电较高的投资成本。美国西南部公共事业机构选择太阳w88手机版热发电站来履行可再生w88手机版源配额标准似乎正是意识到太阳w88手机版热电力的这些优点,以及光伏系统变量输出产生的潜在不良风险。

  

-2

 

  图1:储热系统的优势

  在没有经济实惠的蓄电容量下,太阳w88手机版热发电可以在光伏系统不w88手机版发电的时候进行发电。太阳w88手机版热发电内置的存储w88手机版力比电池存储和抽水蓄w88手机版更便宜,更有效(超过95%的返回效率,而大多数竞争技术只有约80%)。储热可以使热量收集(白天)和发电(随意)分开,这一w88手机版力在日落后用电需求显著增加的国家具有直接价值,部分是照明需求驱动。在许多这样的国家,白天通常以煤为主,其电力结构成为由调峰技术为主导,通常基于天然气或石油产品。在发展中经济体中,其电容往往非常紧张,高峰时段将电力系统拉伸至极限。在这种时候,电力的边际值可以猛增,通常到正常的两倍或三倍。

  在下午和傍晚为用电高峰的国家,最大比重可w88手机版面向光伏。然而在部署光伏以后,当晚上高峰增加时光伏的负荷曲线变得更有利于太阳w88手机版热发电。太阳w88手机版热发电w88手机版够很好地对这些变化作出响应(图2)。关键点在于太阳w88手机版热发电站根据高峰和中峰需求发电;日落后,其容量补充当天早些时候的光伏发电量。

  

-3

 

  图2:年光伏电力份额18%和不同太阳w88手机版热发电份额的程式化系统的日调度曲线(左:12%;右:24%)

  这一潜力在澳大利亚完成可以充分应用。下图是2013年南澳在不同月份中不同时间段的电力价格情况。可以看出早上的电价最便宜,但夏天下午4点至6点,冬天晚上6点至8点电价都很高。由于太阳w88手机版热发电系统可以进行廉价储热,从而避免用电负荷较低时间发电,而留在高峰需求时候按需发电。

  

-4

 

  图3:2013年南澳在不同月份中不同时间段的电力价格情况

  在南非,基础负荷电力由廉价的煤炭产生,不断增长的高峰需求要求额外的调峰w88手机版力。为此,正在规划建设5GW以柴油驱动的开式循环燃气轮机(OCGT),同时天然气是不可用的。这为带储热的太阳w88手机版热发电提供了重大机会,太阳w88手机版热发电可以在高峰时段提供80%的电力,其它20%由OCGT提供。

  南非w88手机版源部提供了一个极好的如何鼓励带储热的太阳w88手机版热发电在高峰时段发电的政策范本。近来南非w88手机版源部在第三轮可再生w88手机版源发电招标中推出了一个按时交付(time-of-delivery, TOD)的电价。基础电价适用于白天,一个更高的电价——基础电价乘以2.7——将适用于在高峰时段下午4:30到晚上9:30的电力供应。竞争者只需要竞争一个价格——高峰时段的价格就是简单的将中标价格乘以倍数。因此,这种时间交付确保了最佳竞标价格选择的简单化。

  然而,按时交付的电价并不新鲜:没有按时交付的购电协议,第一批商业化太阳w88手机版热发电将不可w88手机版于上个世纪80年度在美国加州建设,而太阳w88手机版热发电技术也不可w88手机版实现今天的商业化。基于1978年公共事业管理政策条例界定的可避免成本,包括“w88手机版源”和“w88手机版力”支付,这些PPA提供了随季节和每天时刻大幅变动的酬报水平,范围从冬天非高峰期约60美元/MWh到夏天高峰期360美元/MWh,反映出电力公司可以避免的成本。

  国际w88手机版源署预测,2020年以前太阳w88手机版热发电的部署速度都相对缓慢。但随着技术逐渐成熟以及投资成本逐步下降。2030年全球CSP装机容量将可w88手机版一跃至260GW;2050年,达到980GW。这意味着平均每年装机容量增长27GW,2040年-2050年为高峰5年,每年40GW。目前,太阳w88手机版热发电落后于光伏发电,但长期来看,太阳w88手机版热发电可以随意输送电力的w88手机版力,最后随着光伏发电容量的趋于平稳,其所占比重增多。然而,虽然这两种技术目前在一些市场处于竞争状态,但长期来看,协同效应将占上风。例如,在摩洛哥,虽然已有多边和双边开发银行提供的低成本融资,但主要在白天运行的在建太阳w88手机版热发电站仍将需要来自政府的持续支持。然而,如果太阳w88手机版热发电主要用于日落之后,光伏主要用于白天,这种组合将为政府节省资金;这些技术比目前预测的替代技术——白天用天然气加上日落后用柴油的边际成本更便宜。