太阳能热发电与太阳能光伏发电成本有什么区别

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【深度分析】太阳能光伏发电与光热发电的发展现状及优劣势对比
在全球能源危机、环境污染和气候变暖的大背景下,太阳能光热发电和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。
  二、太阳能光伏和光热电站发展现状  (一)光伏装机规模和发展速度远高于光热  在光伏电站方面,截至2014年底,全球光伏累计装机量约为178.4GW,几乎是光热电站的42倍,近十年市场平均增速在40%以上。光伏电站在全球呈现出多元化发展态势,欧盟累计装机量约为88GW,占比49.3%;我国约为28GW,占比15.7%;日本和美国占比分别为12.7%和10.3%。上百个国家都在不同程度地使用太阳能光伏发电,产业发展呈现全面开花态势。  在光热电站方面,截至2014年底,全球光热电站总装机约为4.1GW,主要集中于西班牙和美国,分别占据全球总装机量的51%和40%。值得关注的是,西班牙近2.1GW的装机量主要集中于2007年西班牙出台上网电价后,而美国则是自上世纪80年代安装了9个共计400MW的光热电站后,一直处于停滞状态,直到2007年才陆续建设6个共计1217MW的光热电站。目前我国光热电站装机量仅为10MW。  (二)光伏发电经济性比光热更优  在光伏电站方面,光伏装机成本呈明显下降趋势。目前,我国大型光伏电站的投资成本在8-9元/瓦左右。就运营成本而言,美国光伏电站年运营成本约为17-26美元/千瓦,我国大约为24元/千瓦。就度电成本而言,根据国际可再生能源署的数据,美国光伏发电成本目前约为0.08美元/kWh。我国光伏发电系统投资成本降至8元/瓦以下,度电成本降至0.6-0.9元/kWh。  在光热电站方面,根据美国劳伦兹实验室对年建设的6个光热电站统计数据,2013年建设的装机规模为250MW且带有6小时储能装置的槽式光热电站装机成本为6.67美元/瓦,2014年建设的两个不带储能的250MW槽式光热电站装机成本分别为5.1美元/瓦和6.16美元/瓦,2014年建设的370MW塔式发电装机成本为6.01美元/瓦。我国光热电站较少,根据黄河上游水电公司开展前期工作的塔式发电可研报告看,装机成本约为22元/瓦。度电成本方面,美国近期建设的太阳能热发电度电成本约为0.19美元/千瓦时。2015年11月,在我国1000MW太阳能光热发电示范招标项目中,投标的109个业主报价也大多在1.18-1.24元/千瓦时区间。  根据美国SunShot计划,到2020年,光热和光伏的造价将分别降至3.6美元/瓦和1美元/瓦,光伏依然对光热发电保持有优势。  (三)光伏技术比光热更为成熟  在光伏发电方面,晶体硅、薄膜和聚光电池等三种电池技术已经成功实现商业化,生产成本近十年降幅达到90%,电池转换率也以每年0.5个百分点的速度提升。在这三种电池中,晶体硅电池技术最为成熟,产业化配套最为完善,市场参与者也最多,并且其可靠性已经通过多年验证,发电成本也降至较低水平,未来仍将是市场主流。薄膜电池如CIGS、CdTe虽然发展潜力较大,但受制于其原材料特性(如毒性或稀缺性等)和市场参与者逐年减少,未来的重点将集中在一些细分市场。聚光电池受制于气候环境,导致双轴跟踪的运营成本较高,特别是在晶体硅电池转换效率逐年提升、成本逐年下降的情况下,其在主流市场就更难与晶体硅竞争。总体而言,随着分布式发电的发展,光伏市场门槛将会更低,市场参与者也会更多,能够更加有效地促进光伏技术在更大范围内的创新和应用。
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【浅谈】来说说太阳能光伏有哪些意义
在中国人的努力下,光伏发电成本下降了90%,所有核心技术全部掌握,并且把欧美打的找不到北的时候,你说光伏可能一直是一场骗局,我只能回你一句话:有空撕扯光伏,不如多用些心在自己的领域,做到优秀,也给中国人争争光!
  以上的信息,相信大家对已经有了基本的认识:0.3元每度电制造成本+1:19的能源投入产出比。下面,我们引入一个全新的理念:总能源投入产出比。之前的能源投入产出比,只考虑了硅材料到组件的制造环节,而把铝材料、玻璃、底座、、导线等按照采购成本计算。那么,只有总能源投入产出比高于1:1,光伏才能作为能源来使用。  还是以一公斤硅材料对应的组件进行计算:  铝边框54度电。平板玻璃15~25度电。EVA、导线、基座、逆变器、三氯氢硅合成等约合100度电。  则,1公斤硅料对应的光伏电站,所有的材料电耗为约260+70+25+100=455kWh,刚才说过总发电量为5060kWh(比较保守的计算方法),那么,光伏电站,发电,能源投入产出比接近1:10。也就是说如果只用来生产光伏电站,我们的能源依然以十倍的速度递增。  即使配备30天的压缩空气储能/液态空气储能+总装机容量30%的斯特林冷热发电机+压缩空气发电机,其总能量投入产出比也高于1:5。而其电站造价摊到每度电制造成本约在0.5元每度电以内。  能源,是国家发展的基石。非可再生资源,更是国家重要的战略资源。用来燃烧,不仅污染环境,而且是对子孙后代的不负责任。煤炭石油天然气发电,不管我们愿意还是不愿意,未来50年内,都将逐步枯竭。而摆在我们面前的替代能源,还有哪些呢?水力发电,已经开发到极致了。地热、生物质、秸秆焚烧、可燃冰,不能成为主流,他们连辅助能源都很难做到。煤炭石油天然气发电,污染了全国老百姓的肺,而且在一些人的有生之年内也将消耗殆尽。风力发电,由于风场地域限制,有成为辅助能源的可能性,但其对大气循环的影响,需要审慎研究,再大规模安装。核能,采用乏燃料技术,可以成为主流能源,但其使用时间,以目前储量如果大规模应用不会超过150年,可以肯定子孙后代会谴责我们用光了所有核燃料,产生如此多的核废料,并且安全性和被攻击的可能性都是大问题,100枚巡航导弹,对中国这么地大物博的国家,可能都没有体现,但如果攻击核电站,就可能摧毁我们大片沿海地区,沉重打击经济。潮汐能,可以成为沿海地区的辅助能源。具体大家可以自己查找下有关文献,研究一下,这里不再详述。  那么,我们讲了这么多,未来20年、50年、100年,中国人的能源究竟该从何而来,这个问题已经非常严肃的摆在我们面前了。不有计划的发展光伏,行吗?光伏,在中国人的参与下,发电成本10年下降90%,目前实际制造成本并不比煤电高多少。可能有人会说,是不是可以替代光伏,这个问题问的好。光热将成为未来中国的主流能源,这是毋庸置疑的事。但对于光热动辄700~1000℃的高温,基于安全的分布式基本没法使用,以及光热对场地的要求,光热发电更适合于大规模地面电站,光伏作为光热的有力补充,在不适合建设光热的地方,比如说城市屋顶、比如山坡丘陵、比如鱼塘水榭、比如说1000平方米以内的空间,都是光伏的用武之地。这里比较有意思的是,光伏对改善当地气温的效果,大概是同等面积森林的3~5倍。也可以这么说,都市屋顶全用光伏发电,会使大城市的温度,更像乡村。如果还能对外输电的话,都市的生活会更加凉爽惬意。  ,能量如此之大,如此取之不尽,我们需要合理利用,面对未来可见的能源危机,必须把太阳能应用技术与制造提高到应有的高度。这是工业革命的终点,不论中间有多少次升级换代。举个简单的例子,中国600km长,100km宽的光伏/光热发电站,就可以发2015年的全国用电度数了。当然,对于光伏,这需要每年生产150GW,提前30年生产,这显然不现实,目前光伏世界产能约每年70GW,中国约60GW。更不现实的是,作为光热的有力补充,中国也不可能每年生产150GW全用光伏。这需要一个规划,5年、10年、50年、100年的规划,一步步踏踏实实的走。
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欢迎来到中国产业信息网||||
我国太阳能光热发电与光伏发电对比分析,2014年光热发电行业技术趋势展望【图】
& & 传统的火力发电是通过燃烧,把化石中储存的能量,转化为热能,再转化为电能。而太阳能光热发电则是通过数量众多的反射镜,将太阳的直射光聚焦采集,通过加热水或者其他工作介质,将太阳能转化为热能,然后利用与传统的热力循环一样的过程,即形成高温高压的水蒸气推动汽轮机发电机组工作,最终将热能转化成为电能,典型太阳能光热发电热力循环系统原理如图所示。太阳能光热发电热力循环系统原理图& & 正是通过这样的环节,太阳能光热发电技术和传统火力发电技术顺利地集成在一起。由于火力发电技术早已非常成熟,从而降低了太阳能光热发电整体技术开发的风险。& &&中国产业信息网发布的《》指出:太阳能发电技术主要包括太阳能光伏发电和太阳能光热发电两种,光伏发电的原理是当太阳光照射到太阳能电池上时,电池吸收光能,产生光生伏打效应,在电池的两端出现异号电荷积累。若引出电极并接上负载,便有功率输出。光伏发电是目前太阳能发电产业的主流技术,较为成熟,国家已明确其上网电价(不同地区在0.9~1 元/度范围变化),发电成本也下降至0.7 元/度左右;光热发电在我国发展时间较短,在太阳能聚光方法及设备、高温传热储热、电站设计等集成以及控制方面,已经取得实质性进展,但商业化业绩较小,上网电价政策尚未落实,发电成本也较高,约为0.9 元/度左右。但太阳能光热发电与光伏发电相比具有以下优点:& & 1)太阳能光热发电输出电力稳定,电力具有可调节性,易于并网& & 目前太阳能光热发电系统可以通过增加储热单元或通过补燃或与常规火电联合运行改善出力特性。而光伏发电受日光照射强度影响较大,上网后给电网带来较大压力,其发电形式独特,和传统电厂合并难度大。& & & 通过储热改善光热发电出力特性(槽式和塔式光热发电)。白天将多余热量储存,晚间再用储存的热量释放发电,这样可以实现光热发电连续供电,保证电流稳定,避免了光伏发电与风力发电难以解决的入网调峰问题。根据不同储热模式,可不同程度提高电站利用小时数和发电量,提高电站调节性能。& & &通过补燃或与常规火电联合运行改善光热发电出力特性。太阳能热发电站可利用化石燃料补燃或与常规火电联合运行,使其可以在晚上或连续阴天时持续发电,甚至可以以稳定出力承担基荷运行,从而使年发电利用得到7000 小时左右。& & 2)太阳能光热发电无污染& & 光热发电是清洁生产过程,基本采用物理手段进行光电能量转换,对环境危害极小,太阳能光热发电站全生命周期的CO2 排放仅为13~19g/kWh。而光伏发电技术存在致命弱点为太阳能电池在生产过程中对环境的损耗较大,是高能耗、高污染的生产过程。业内专家认为,太阳能电池在生命周期所能节约的能源与生产太阳能电池本身所要消耗的资源相比,并不经济。光伏和光热发电对比
& 光伏 光热
发电原理 利用太阳光中的可见光形成光电子。使用半导体吸附并形成电流,从而实现发电的过程。 利用太阳光中的热能转化为动能,并使用汽轮机进一步转化为电能实现发电的过程。
可利用太阳能资源 60% 30%
发电成本 0.7元/度 0.9元/度
上网电价 0.9~1元/度 无
储能系统 使用电池进行电能储存,使用寿命短、损耗大 通过一些介质如熔融盐、水等材料进行热储存,使用寿命长、损耗小
每年发电小时数(小时)
储能:5000不储能:2000 上下
与传统电厂合并 不能 能
输出电力特性 不可改变 可改变,调节
生产过程清洁度 高污染 清洁
转化效率 10~20% 15~30%
占地面积(m2/MW) 25~30 35~40
适用范围 适合小规模、分布式发电 由于其与火力发电有着共性,同样适合集中式大规模发电
全球技术水平 技术成熟应用 技术已相对成熟
全球产业化水平 产业化程度很高 产业化初步形成
国内产业化水平 产业化程度很高 未形成产业化
优势 技术和产业已相对成熟 储热成本低且效率高,年发电小时数长,与其他发电可有效契合,是是最有条件逐步替代火电、担当基础电力负荷的新能源
劣势 生产过程中存在污染,且稳定性不高 对地理条件要求高 资料来源:中国产业信息网整理& & 根据聚光方式的不同,光热发电技术主要分为:塔式、槽式、碟式和线性菲涅尔。其共同点是利用不同技术加热工质,再驱动汽轮机发电,也可以在热能转成电能的环节上采用斯特林发动机。槽式和塔式光热电站目前均已实现了大规模商业化运行,而碟式及线性菲涅尔式则分别处于系统示范阶段。其中目前应用较为广泛的三种光热发电系统比较见下表。三种光热发电系统比较
& 槽式 碟式 塔式
发电规模(MW) 30~150 1~50 30~400
运行温度(℃) 320~400 750 230~1200
系统平均效率(%) 15 25~30 20~35
商业化状态 已商业化 完成示范阶段 已商业化
已建单机最大容量 280MW 100KW 133MW
技术风险 低 高 中等
能量储存 可以 电池 可以,如熔盐
多燃料设计 可以 可以 可以
成本($/W) 4.0~2.7 12.6~1.3 4.4~2.5
成本($/W)不考虑热量的存储 4.0~1.3 12.6~1.1 2.4~0.9
占地规模 大 小 中等
应用 可并网发电,中温段、高温段加热 小容量分散发电、边远地区独立系统供电 可并网发电,高温段加热
缺点 使用油作为传热介质,限制了运行温度,最高400℃,只能产生中等品质的蒸汽 可靠性需要加强,预计大规模生产成本目标尚未达到 性能、初期投资和商业化运行程度不够 资料来源:中国产业信息网整理& & 1、槽式太阳能热发电槽式太阳能集热系统如下图所示& & 在太阳能集热器上利用抛物线式反射板将太阳光聚焦到中心焦点线上。在对日跟踪系统的作用下,阳光会被连续地聚集在焦点线位置的集热管上。在集热管中流动的热流体将热量连续不断地输送到高压蒸汽发生器中,通过换热器进行热量交换,产生热蒸汽。若产生的蒸汽用于发电或供热,则热蒸汽做功或放热完成后经过压缩冷凝回流到热蒸汽发生器中,再次被加热成为闭环系统不断循环的热蒸汽;若生产的蒸汽是用于其它生产工艺并被消耗,则需补水。同时,通过热交换器后的热介质流体也将返回到集热场中再次被加热。为了在太阳能不足时仍能生产蒸汽,可在系统中放置储热罐,存储富余的能量,在太阳能不足时对系统进行补给,从而加大太阳能的利用效率。& & 2、碟式太阳能热发电& & 碟式又称盘式,其主要技术特征是采用盘状抛物面聚光集热器,它也是一种点聚焦集热器,其聚光比可以高达数百倍到数千倍,因而可以产生非常高的温度。在其接收器上安装热电转换装置,比如斯特林发动机或朗肯循环热机等,从而将热能直接转换成电能。可以单台使用或多台并联使用,适宜小规模发电,所以比较适合偏远山区远离电网地区,进行分布式离网供电。碟式太阳能光热发电站示意图& & 3、菲涅尔式集热发电& & 菲涅尔式集热系统如图8所示,1990 年澳大利亚科学家在总结了槽式和塔式的经验基础上,提出了紧凑线性菲涅尔反射聚光器和蒸汽发生系统的构想,并于2002年由德国 FRAUNHOFER 设计,比利时索拉门多公司制作了5000 m2 的菲涅尔(Fresnel)太阳能聚光器。相比较槽式,这套系统的一个关键优势就在于菲涅尔的聚焦比大,可以获得比较高的温度,每平米镜面所需要的基础和电机很少,系统通过使用标准的平面镜代替需要特殊方法加工的曲面反射镜,让所有的镜子贴近地面,降低风载和钢的使用,从而降低成本。菲涅尔式太阳能光热发电站基本原理图& & 4、塔式太阳能热发电& & 塔式系统如下图所示,具有规模大、热传递路程短、热损耗小、聚光比和温度较高等特点,是几种光热发电系统中可达到发电成本最低的一种。它利用众多定日镜形成的定日镜场阵列,将太阳辐射反射到置于高塔顶部的吸热器上,加热吸热工质使其直接产生蒸汽或者换热后再产生蒸汽,以此驱动汽轮机带动发电机组,从而将太阳能转换为电能。整个系统主要由 4 大基本部分构成:聚光系统、吸热系统、储热系统和发电系统。塔式太阳能光热发电站基本原理图& & 目前,槽式和塔式光热发电已经实现商业化,菲涅尔和碟式技术所占的份额依旧很少,短期看也没有出现大跨步发展的迹象。世界范围内槽式光热发电系统占比最高,因为塔式光热发电系统的初始投资高、碟式发电系统能量储存困难。但塔式光热发电系统综合效率高,非常适合于大规模、大容量商业化应用,在规划建设的光热电站项目中塔式所占的比例已经超出了槽式技术。我们认为,未来塔式光热发电技术将是光热发电的主要技术流派。四种光热发电技术的装机比例统计(截至2013 年3 月份)
类别 槽式 塔式 菲涅尔 碟式
已建成 26.9% 0.8% 0.6% 0.04%
在建 28.6% 7.4% 1.8% &
计划建设 15.9% 17.6% 0.3% &
合计 71.4% 25.9% 2.7% & 资料来源:中国产业信息网整理
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