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太阳能光伏发电与光热发电的发展和优劣

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太阳能光伏发电与光热发电的发展和优劣

发布日期:2019-06-26 作者:http://www.sy-esbt.com 点击:

在全球能源危机、环境污染和气候变暖的大背景下,太阳能光热发电光伏发电作为太阳能利用的主要方式,其发展前景备受业界关注,由此也引发了两者孰优孰劣的争论。


一、太阳能光伏和光热发电原理及其优缺点比较


光伏发电是利用光生伏特效应,吸收入射的太阳光,产生电子-空穴对,在半导体p-n结内建电场的作用下,电子、空穴分别向正负两个电极运动,以此形成电流。它由组件阵列、逆变器、控制器等组成。根据所使用的电池组件类型不同,又可分为晶硅电池、薄膜电池、聚光电池等。

光伏发电的主要特点在于可作为分布式电源,安装在负荷中心,无需远距离输送,就地发电就地使用。同时,可模块化安装,规模大小随意,可安装于屋顶和墙面,不占地,光伏出力与白天用电高峰相重合,既可享受峰值电价也可为电网削峰。


南宁太阳能光伏并网系统


光热发电是利用发射镜等聚光系统将太阳能聚集起来,加热某种工质,然后经过换热交换器产生高温高压的过热蒸汽,驱动汽轮机并带动发电机发电。它由聚光子系统、集热子系统、发电子系统、蓄热子系统和换热子系统五部分组成。根据聚光子系统的不同,太阳能热发电又分为槽式发电、塔式发电、碟式发电等。

光热发电的特点是,先将太阳能转化为热能再进行发电,一定程度上可以平抑日照波动,对电网相对友好,同时热能可以有效储存且具有一定的经济性,热源可与火电等热电厂互补,提高发电小时数和调峰,并提供可供调度的电力。


优缺点比较


光热发电投资成本远高于光伏电站。目前我国建设的大型光伏电站单位造价约为8000元/千瓦,光热约为22000元/千瓦,美国的光伏电站则为2400-3000美元/千瓦,光热约为5100-6200美元/千瓦,光热造价基本上是光伏的2-3倍。此外,光热电站对规模的敏感度较高,只有在规模足够大的前提下,才能有效实现经济效益。同时,其整体投资门槛较高,百兆瓦电站投资需要近5亿美元。正是由于光热电站的投资大、风险高,即使达到平价上网水平,与光伏电站相比,其投资者还是非常少,这在客观上也会相应延缓其成本下降。光热电站对建设条件要求较高,光伏的安装弹性则相对较大。太阳能热发电主要安装在太阳能直接辐射(DNI)较好的地方,沙漠地区是较好的选择,但这些地方往往较为偏远,电力需求较弱,需要为其建设输电通道将电力送出,这不仅会增加成本,并且也只能享受发电侧电价。同时,由于光热电站属于跟踪系统,对当地气候条件要求也比较高。光伏电站则可同时利用直射光和散射光,安装区域选择较大,比如可安装在负荷中心、屋顶或工业厂房上,享受用户侧电价。因此,相对于光热电站,它以发电侧电价出售会更具竞争力。

光热电站需要大量的土地和水,对环保的要求也较高。根据美国现在光热电站的建设情况,每MW大概需要40-50亩土地,几乎是光伏电站的两倍,并且要求土地十分平坦。在用水方面,虽然光伏和光热都需要水对组件或镜面清洗,但光热电站还需要额外的水用于冷却,耗水量约为2.9-3.2升/kwh,几乎是天然气发电的4倍。虽然现在也在开发干法冷却技术,比如,用空气冷却可以解决水的问题,但一方面是技术尚未成熟,另一方面可能降低发电量,并增加大约3%-8%的发电成本。此外,由于光热电站占用空间较大,会对当地的野生动物、生物多样性等造成影响,也容易引发环保争端。


二、太阳能光伏和光热发电电站发展前景


从未来发展看,两者都有较大的发展潜力,但近中期光伏电站发展规模会更大


在2030年以前,由于光伏装机成本和度电成本均低于光热发电,且光伏出力与白天用电高峰和峰值电价曲线相吻合,在光伏渗透率较低情况下,光伏装机规模将远大于光热。在2030年后,光伏装机由于渗透率高,且基本能满足白天的用电需求,发展速度会放缓;光热则会充分利用其储热优势,能满足日落后的用电高峰,从而得到较快发展。根据美国Sunshot计划,到2030年,美国太阳能累计装机将达到330GW。其中,光伏装机为302GW,光热装机为28GW,光伏是光热的11倍。到2050年,光热装机将达到83GW,光伏则为632GW,光伏下降是光热的8倍。


从发展方式看,两者是协同互补关系,而非替代关系


光热和光伏发电都面临火电等传统能源的竞争,承载着代替化石能源的使命,只有光伏和光热更好地协同互补,才能完成这项任务,满足用电需求。同时,由于大型风电、光伏和光热电站等可再生能源主要建设在沙漠、戈壁滩等地区,需要远距离输送,但风电、光伏等利用小时数低,单独远距离传输经济性差,为提高输送电网的利用率,不得不通过火电打捆等方式输送。如果光热电站成熟之后,则完全可以通过储热方式替代火电,解决电网利用率低问题,同时也可解决可再生能源发电不稳定的问题。


从应用领域看,光伏和光热应用领域各有侧重,主战场并不重合


光伏发电优势在于分布式。在负荷中心建设方面,结合储能等产业发展,可实现就地发电就地使用。同时,光伏也可作为移动电源,充分满足消费市场需求,这是光热电站难以企及的。光热发电优势在于规模化,适合在条件适宜地区建设大型光热电站,然后远距离输送。在这些地区,也可适当发展大型光伏电站,将光伏光热打捆送出,实现可再生能源较大限度的消纳。

本文网址:http://www.sy-esbt.com/news/499.html

关键词:广西太阳能光伏发电,南宁光热发电,太阳能光伏发电系统

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