分布式太陽能熱發(fā)電技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析*

王志峰　原郭豐**1　中國(guó)科學(xué)院電工研究所　北京　1001902　中國(guó)科學(xué)院太陽能熱利用與光伏系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　北京　100190

分布式太陽能熱發(fā)電技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析*

王志峰1，2原郭豐1，2**
1中國(guó)科學(xué)院電工研究所北京100190
2中國(guó)科學(xué)院太陽能熱利用與光伏系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室北京100190

太陽能熱發(fā)電是一種電力輸出功率在時(shí)段上可控的可再生能源發(fā)電技術(shù)，是未來大比例可再生能源體系中重要的基礎(chǔ)電源和調(diào)峰電源。接近于用戶側(cè)、結(jié)合儲(chǔ)能、多能互補(bǔ)和能源梯級(jí)利用的分布式太陽能熱發(fā)電技術(shù)，可以大幅提高太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)綜合利用效率，并為區(qū)域性用戶提供安全穩(wěn)定的電-熱-冷聯(lián)供等綜合能源解決方案。文章簡(jiǎn)要闡述了太陽能熱發(fā)電的技術(shù)特點(diǎn)與現(xiàn)狀，探討了未來我國(guó)太陽能熱發(fā)電技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方向，介紹了太陽能熱發(fā)電面臨的問題與挑戰(zhàn)。最后，對(duì)太陽能熱發(fā)電發(fā)展戰(zhàn)略提出了幾點(diǎn)建議。

太陽能熱發(fā)電，分布式，發(fā)展?jié)摿?，重點(diǎn)技術(shù)，政策建議

1　分布式太陽能熱發(fā)電技術(shù)特點(diǎn)

太陽能熱發(fā)電技術(shù)種類較多，本文所提的太陽能熱發(fā)電是將太陽能聚集后轉(zhuǎn)化為熱能，通過熱功轉(zhuǎn)換進(jìn)行發(fā)電的技術(shù)［1］。根據(jù)收集太陽輻射方式的不同，太陽能熱發(fā)電根據(jù)聚光方式可分為塔式、拋物面槽式、碟式-斯特林和線性菲涅爾式等 4 種（圖1）。太陽能熱發(fā)電具有發(fā)電功率相對(duì)平穩(wěn)可控、全生命周期二氧化碳排放極低、可與常規(guī)火電系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行、可以通過能源梯級(jí)利用實(shí)現(xiàn)能源高效綜合利用的可再生能源發(fā)電技術(shù)，近年來得到了較快發(fā)展［2-13］。

分布式能源系統(tǒng)的特征是可以獨(dú)立為用戶提供穩(wěn)定的能源，因此本文所定義的分布式太陽能熱發(fā)電是指接近于用戶的、帶有儲(chǔ)熱或多能互補(bǔ)的、可脫離大電網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行的、基于能源梯級(jí)利用，為用戶提供電-熱聯(lián)供綜合能源解決方案的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。分布式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是一個(gè)開放的、組建靈活的系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由太陽能集熱、儲(chǔ)熱、熱功轉(zhuǎn)換、余熱利用等基本單元組成。分布式太陽能熱發(fā)電有 4 個(gè)主要特點(diǎn)，包括：

拋物面槽式

塔式

碟式

菲涅爾式

圖1　　4種主要太陽能熱發(fā)電技術(shù)形式與特點(diǎn)

（1）用戶側(cè)接近的分布式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，有效避免了遠(yuǎn)程輸配的電力損耗，并通過能源梯級(jí)利用、余熱利用等，在為用戶提供電力的同時(shí)提供熱能，并通過熱泵、海水淡化等末端設(shè)備與系統(tǒng)的應(yīng)用，為區(qū)域建筑及工業(yè)生產(chǎn)生活提供熱能、制冷、淡水等，為區(qū)域性用戶提供安全穩(wěn)定的電-熱聯(lián)供等綜合能源解決方案，分布式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)綜合能源利用效率基本可達(dá)到 50%以上。

（2）分布式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)可以與生物質(zhì)、地?zé)岬瓤稍偕茉椿パa(bǔ)，通過儲(chǔ)熱技術(shù)、熱電負(fù)荷比例調(diào)節(jié)等技術(shù)的應(yīng)用，承擔(dān)區(qū)域能源基礎(chǔ)電力負(fù)荷與峰值負(fù)荷的供應(yīng)、區(qū)域熱能供應(yīng)，平抑區(qū)域內(nèi)光伏、風(fēng)電等可再生能源電力系統(tǒng)的波動(dòng)性，形成穩(wěn)定、可調(diào)控分布式大比例清潔能源供應(yīng)系統(tǒng)，是可再生能源可持續(xù)發(fā)展最有希望的技術(shù)之一。

（3）分布式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)有助于緩解電力高峰負(fù)荷，提高電網(wǎng)供電安全。空調(diào)負(fù)荷幾乎占夏季用電總負(fù)荷的 25%，太陽能輻射資源與空調(diào)負(fù)荷時(shí)序特征的相近性，可以提升分布式太陽能電站在夏季峰值負(fù)荷中的調(diào)節(jié)作用，規(guī)避“拉閘限電”，保障用電安全。

（4）分布式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)可以有效減輕集中供電系統(tǒng)因戰(zhàn)爭(zhēng)及重大自然災(zāi)害對(duì)大面積區(qū)域電網(wǎng)安全性影響程度。在主體電力供應(yīng)系統(tǒng)已經(jīng)形成規(guī)模的情況下，強(qiáng)調(diào)發(fā)展靈活性更強(qiáng)、效益更好的中小型聯(lián)供電站，有效地提高供電安全，彌補(bǔ)大電網(wǎng)在安全穩(wěn)定性方面的不足，分布式太陽能熱發(fā)電站無論從可再生能源利用還是地域分布適用性方面無疑是最佳的選擇之一。

2　我國(guó)太陽能熱發(fā)電資源與潛力

太陽能熱發(fā)電電站選址可行性與發(fā)電成本，受到太陽直射輻射資源、地形、水資源、氣候條件、電網(wǎng)覆蓋、交通及地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、土地規(guī)劃等多重因素的影響。表 1 為國(guó)際太陽能熱發(fā)電站選址一般性條件［2，8，9］。

表1　太陽能熱發(fā)電站選址一般性條件

由于我國(guó)日射觀測(cè)站稀少，且區(qū)域分布不均勻，國(guó)家氣象局能觀測(cè)直接輻射的一級(jí)站只有 17 個(gè)，目前我國(guó)還沒有全國(guó)范圍內(nèi)法向直射輻射累積數(shù)據(jù)，中國(guó)氣象局風(fēng)能太陽能資源中心以現(xiàn)有氣象臺(tái)站輻射觀測(cè)數(shù)據(jù)、衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)，以及其他相關(guān)氣象觀測(cè)資料為基礎(chǔ)，對(duì)我國(guó)的太陽能法向直接輻射資源分布特征分析和宏觀評(píng)估（圖 2）?？傮w而言，我國(guó)西北地區(qū)、華北北部區(qū)域、青藏高原的太陽能資源豐富，其中青藏高原大部、內(nèi)蒙古中西部、新疆東部部分地區(qū)，法向直接輻射最為豐富，年輻射量超過1800 kWh/（m2·a），西藏南部及內(nèi)蒙古西部部分地區(qū)年輻射量超過2000 （m2·a）［3］。

中科院電工所對(duì)我國(guó)太陽能熱發(fā)電可開發(fā)潛力進(jìn)行了評(píng)估，相關(guān)評(píng)估過程基于以下假設(shè)條件：

圖2　中國(guó)太陽法相直接輻射分布圖

（1）DNI 小于 5 千瓦時(shí)/（平方米 .天）的地區(qū)為不適宜區(qū)域；

（2）僅納入坡度小于 3% 的地形區(qū)域；

（3）排除城市、水體、受保護(hù)地區(qū)（如自然保護(hù)區(qū)），草地、牧區(qū)、農(nóng)業(yè)區(qū)做 50% 考慮，森林和灌木區(qū)，可用率被定為 10%；

（4）太陽能電站的發(fā)電效率設(shè)定 15%，鏡場(chǎng)容積率設(shè)定 25%。

基于上述假設(shè)，分析結(jié)果顯示：我國(guó) DNI ≥ 5 千瓦時(shí)/（平方米 .天），坡度 ≤ 3% 的太陽能熱發(fā)電可裝機(jī)潛力約 16 000 吉瓦。我國(guó) DNI ≥ 7 千瓦時(shí)/（平方米 .天），坡度 ≤ 3% 的太陽能熱發(fā)電可裝機(jī)潛力約 1 400 吉瓦。就區(qū)域而言，青海、新疆、甘肅、內(nèi)蒙、寧夏、西藏、陜西北部、山西北部等太陽能與土地資源豐富，為我國(guó)適合太陽能熱發(fā)電技術(shù)規(guī)模化發(fā)展的區(qū)域。

多聯(lián)供的分布式太陽能熱發(fā)電站，在提升系統(tǒng)綜合能源利用效率的同時(shí)，可以有效降低系統(tǒng)冷卻水耗，提升系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性并擴(kuò)大區(qū)域選擇范圍。分布式太陽能熱發(fā)電站相關(guān)選址與建設(shè)條件分析，可以在微觀選址中進(jìn)行綜合評(píng)估。

3　太陽能熱發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀與技術(shù)趨勢(shì)

3.1國(guó)際太陽能熱發(fā)電技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

最早的太陽能熱發(fā)電技術(shù)可以追溯到 19 世紀(jì)，美籍瑞典工程師發(fā)明了最早的太陽能槽式集熱器。1950 年蘇聯(lián)設(shè)計(jì)并建設(shè)了全球首座塔式太陽能熱發(fā)電實(shí)驗(yàn)裝置，開始進(jìn)行基礎(chǔ)性研究和探索。20 世紀(jì) 70 年代，歐美國(guó)家開始對(duì)太陽能熱發(fā)電進(jìn)行廣泛性探索和研究，建成了多個(gè)太陽能熱發(fā)電站，并投入商業(yè)化運(yùn)行。21 世紀(jì)初，隨著太陽能熱發(fā)電激勵(lì)政策的出臺(tái)，太陽能熱發(fā)電市場(chǎng)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，截至 2014 年 12 月，西班牙商業(yè)化運(yùn)行太陽能熱發(fā)電站總裝機(jī)容量達(dá)到 2 053.8 兆瓦電力（槽式電站 1 972.5 兆瓦電力、塔式電站 49.9 兆瓦電力、菲涅爾式電站 31.4 兆瓦電力）。阿聯(lián)酋、阿爾及利亞、埃及、摩洛哥和伊朗等分別有一座容量超過 10 兆瓦的商業(yè)化電站。全球在建太陽能熱發(fā)電裝機(jī)容量 2 058 兆瓦，開發(fā)容量為2 819 兆瓦［6］。面向分布式的太陽能電熱聯(lián)供、電水聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，在國(guó)際上有不同程度的研究，但尚未有商業(yè)化應(yīng)用。

目前，西班牙太陽能熱發(fā)電貢獻(xiàn)了超過 4% 的該國(guó)電力需求，同時(shí)在一天中太陽能熱發(fā)電與電力需求曲線的吻合度堪稱完美。根據(jù)西班牙 Ciem at 數(shù)據(jù)，2012 年 7 月11日下午5時(shí)西班牙太陽能熱發(fā)電尖峰電力貢獻(xiàn)率達(dá)到 4.1%（圖3），7 月15日當(dāng)天太陽能熱發(fā)電對(duì)電網(wǎng)貢獻(xiàn)率達(dá)到3.2%，整個(gè) 7 月份太陽能熱發(fā)電并網(wǎng)電量 524 吉瓦時(shí)（圖4）［10］。

在國(guó)際太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)化發(fā)展過程中，美國(guó)和西班牙等國(guó)培育并形成了成熟的曲面反射鏡、真空玻璃-金屬集熱管產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)、電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)、集成與運(yùn)行技術(shù)。國(guó)際能源署（IEA）于 2014 年 9 月 29 日在巴黎發(fā)布了太陽能發(fā)電 2014 版路線圖顯示，太陽能將在 2050 年領(lǐng)先于化石能源、風(fēng)能、水能和核能，成為世界最大的電力來源，太陽能光伏、光熱發(fā)電系統(tǒng)將在 2050 年分別占全球發(fā)電總量的 16% 和 11%，可以減少 60 多億噸二氧化碳的排放。對(duì)于太陽能綠色供電，太陽能光伏全年供應(yīng) 2 000 小時(shí)，而太陽能熱發(fā)電將供應(yīng)其余的 4 000 小時(shí)，具有巨大價(jià)值。

圖3　西班牙 2012 年 7 月 11 日太陽能熱發(fā)電站電力輸出

圖4　西班牙 2012 年 7 月份太陽能熱發(fā)電站發(fā)電情況

3.2我國(guó)太陽能熱發(fā)電技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

中國(guó)太陽能熱發(fā)電起步較晚，國(guó)內(nèi)多家研究機(jī)構(gòu)一直在從事太陽能熱發(fā)電單元技術(shù)和基礎(chǔ)試驗(yàn)研究，積累了一定的理論與實(shí)驗(yàn)研究經(jīng)驗(yàn)。近幾年，我國(guó)在太陽能熱發(fā)電聚光集熱技術(shù)、高溫接收器技術(shù)等方面取得了突破性進(jìn)展，已經(jīng)示范運(yùn)行了將近 50 座槽式太陽能集熱系統(tǒng)、3 個(gè)線性菲涅爾集熱系統(tǒng)，多臺(tái)套碟式聚光器和碟式-斯特林機(jī)發(fā)電系統(tǒng)。2012 年 7 月，中科院電工所為業(yè)主完成了1 兆瓦塔式示范電站建設(shè)，帶有 1 小時(shí)儲(chǔ)熱（圖5）。2013 年 10 月，浙江中控太陽能公司為業(yè)主在青海德令哈進(jìn)行了10 兆瓦塔式電站，該電站采用天然氣補(bǔ)熱。我國(guó)在聚光器、儲(chǔ)熱技術(shù)、系統(tǒng)集成、吸熱器和吸熱管方面形成了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

有超過 500 家國(guó)內(nèi)裝備制造企業(yè)投入槽式真空管、曲面玻璃、集熱器、定日鏡、傳動(dòng)系統(tǒng)、特殊汽輪機(jī)、斯特林機(jī)、螺桿膨脹機(jī)、高溫油泵、閥門、儲(chǔ)熱材料、儲(chǔ)熱設(shè)備等裝備研發(fā)與產(chǎn)能建設(shè)。受到國(guó)家政策影響，產(chǎn)能建設(shè)步伐較慢。同時(shí)，主要發(fā)電集團(tuán)均進(jìn)行了太陽能熱發(fā)電技術(shù)儲(chǔ)備、人才儲(chǔ)備和項(xiàng)目建設(shè)規(guī)劃。

圖5　中科院電工所塔式太陽能熱發(fā)電試驗(yàn)電站

我國(guó)太陽能光熱發(fā)電影響因素主要體現(xiàn)在 3 個(gè)方面：（1）核心設(shè)備上與國(guó)外相比有很大差距，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率低，若使用國(guó)外產(chǎn)品，則成本更高；（2）投資成本過高，導(dǎo)致進(jìn)展緩慢；（3）政策方面，由于熱發(fā)電成本過高，需要國(guó)家給予一定的政策補(bǔ)貼。

3.3太陽能熱發(fā)電技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線

太陽能熱發(fā)電的技術(shù)進(jìn)步反映在成本上，太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換效率是影響發(fā)電成本最重要的因素。從熱力學(xué)的角度，發(fā)電工質(zhì)的參數(shù)（溫度、壓力）會(huì)對(duì)系統(tǒng)效率產(chǎn)生重要影響，而發(fā)電工質(zhì)參數(shù)與聚光、光熱轉(zhuǎn)換、儲(chǔ)熱過程中的材料問題、熱學(xué)問題和力學(xué)問題等密切相關(guān)?；谝陨峡紤]，以系統(tǒng)年平均發(fā)電效率為引領(lǐng)，以發(fā)電工質(zhì)溫度和換熱介質(zhì)種類為主線將太陽能熱發(fā)電技術(shù)分為四代（圖6）［3］。通過工質(zhì)與系統(tǒng)創(chuàng)新，逐步提升太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)溫度與效率，并降低發(fā)電成本。

在技術(shù)研究領(lǐng)域，結(jié)合分布式太陽能熱發(fā)電需求特征，通過新型高效太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)與裝備技術(shù)、聯(lián)合循環(huán)、儲(chǔ)熱技術(shù)、能源梯級(jí)利用、發(fā)電側(cè)與用能側(cè)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、能源系統(tǒng)管理與控制策略的研究，逐步推進(jìn)分布式太陽能熱發(fā)電技術(shù)向高效率、高比例、高可靠、冷熱聯(lián)供、基礎(chǔ)與調(diào)峰兼顧的分布式綜合能源解決方案方向發(fā)展。重點(diǎn)技術(shù)研究與發(fā)展方向如圖 7 所示。

（1）太陽能高效集熱吸熱技術(shù)研究。研究太陽輻射光子與物質(zhì)的相互作用本質(zhì)，控制太陽能光熱器件、光電器件的材料屬性和形狀特征等參數(shù)，對(duì)太陽能光譜吸收特性以及表面吸收的廣角性和偏振不敏感性進(jìn)行調(diào)控，發(fā)展太陽能全光譜高效利用技術(shù)。

圖6　太陽能熱發(fā)電技術(shù)發(fā)展路線圖

（2）高效太陽能熱發(fā)電技術(shù)研究。針對(duì)太陽能熱發(fā)電的核心技術(shù)與裝備，在借鑒與吸收國(guó)外同類技術(shù)開發(fā)與發(fā)展思路的同時(shí)，結(jié)合我國(guó)資源分布與能源需求特點(diǎn)，形成相應(yīng)的理論與技術(shù)、以及產(chǎn)業(yè)推廣模式。采用通過直接蒸汽、熔融鹽發(fā)電系統(tǒng)、超臨界二氧化碳、蓄熱型碟式-斯特林發(fā)電等高效低成本發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)研究。

（3）基于多能互補(bǔ)的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)研究。以太陽能為主的能源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中各種形式能源的合理配置，研究太陽能利用過程損失隨輻照強(qiáng)度波動(dòng)的變化規(guī)律，構(gòu)建太陽能與燃?xì)?、生物質(zhì)等聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，分析太陽能與化石能源利用耦合的相互作用機(jī)制及其對(duì)系統(tǒng)損失（耗散）的影響，在達(dá)到供需匹配的基礎(chǔ)上優(yōu)化系統(tǒng)能源的合理配置，從而使損失最小，增強(qiáng)太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)作為分布式供能系統(tǒng)基礎(chǔ)負(fù)荷的安全性與穩(wěn)定性。

（4）高效低成本儲(chǔ)熱技術(shù)研究。發(fā)展高溫、高出能密度、低成本、大容量?jī)?chǔ)熱技術(shù)，提升太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)年有效發(fā)電時(shí)數(shù)、保證率，并提升太陽能熱發(fā)電站的調(diào)峰能力，是推進(jìn)分布式太陽能熱發(fā)電規(guī)模化發(fā)展的關(guān)鍵，使太陽能熱發(fā)電成為我國(guó)能源產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新與技術(shù)革命的重要代表，是切實(shí)推動(dòng)能源生產(chǎn)與消費(fèi)革命的最核心環(huán)節(jié)。復(fù)合材料的儲(chǔ)熱釋熱技術(shù)、單罐斜溫層熔融鹽儲(chǔ)熱技術(shù)、高導(dǎo)熱系數(shù)的陶瓷/金屬基的復(fù)合儲(chǔ)熱材料技術(shù)、輸運(yùn)方便的化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)等是未來儲(chǔ)熱技術(shù)發(fā)展的重要方向。

圖7　分布式太陽能熱發(fā)電重點(diǎn)技術(shù)研究

（5）基于能源梯級(jí)利用的太陽能電-熱-冷（水）聯(lián)供技術(shù)研究。在新型太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)及用能側(cè)能源需求分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合儲(chǔ)熱、熱泵、海水淡化等終端用熱冷系統(tǒng)與裝備技術(shù)研究，提升分布式熱能輸配效率，構(gòu)建基于太陽能熱發(fā)電的電-熱-冷聯(lián)供系統(tǒng)，發(fā)展基于“太陽能熱發(fā)電+”的分布式能源綜合解決方案。

（6）適應(yīng)于分布式供能的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行與能源管理策略研究。發(fā)展基于發(fā)電側(cè)的太陽能資源中短期預(yù)報(bào)與臨報(bào)技術(shù)，以及用能側(cè)的能源需求特征大數(shù)據(jù)研究，結(jié)合太陽能熱發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)、電熱輸出時(shí)序策略控制、智慧用能裝備等，提高能生產(chǎn)側(cè)與用能側(cè)的可預(yù)測(cè)性、可調(diào)節(jié)性和可控制性，發(fā)揮太陽能熱發(fā)電在多能源混合的分布式能源供應(yīng)體中的調(diào)峰電源特性的應(yīng)用，提升區(qū)域分布式能源供應(yīng)的安全性、穩(wěn)定性和高效性。

（7）在核心設(shè)備與技術(shù)研究領(lǐng)域，重點(diǎn)支持太陽能收集設(shè)備研制。如槽式聚光器、定日鏡、碟式聚光器和線性菲涅爾式聚光等關(guān)鍵設(shè)備，提高設(shè)備可靠性，降低使用與維護(hù)成本。開展大容量?jī)?chǔ)熱技術(shù)研究，開展太陽能直射資源數(shù)據(jù)庫與氣象條件預(yù)測(cè)技術(shù)研究。開展太陽能熱發(fā)電調(diào)度與能源安全供應(yīng)技術(shù)研究。開展設(shè)備年平均運(yùn)行時(shí)間與能源綜合利用效率研究，系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)研究。開展太陽能與其他能源互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)研究。

（8）在標(biāo)準(zhǔn)與集成技術(shù)發(fā)展方面，重點(diǎn)掌握核心設(shè)備國(guó)產(chǎn)化關(guān)鍵技術(shù)。突破太陽能熱發(fā)電利用的關(guān)鍵技術(shù)與裝備，建設(shè)國(guó)家太陽能熱發(fā)電實(shí)驗(yàn)室、工程中心和產(chǎn)業(yè)化基地，完善太陽能熱發(fā)電產(chǎn)品及系統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)和認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，集成示范太陽能熱發(fā)電開發(fā)利用的新技術(shù)和新設(shè)備；加強(qiáng)新型分布式太陽能熱發(fā)電研發(fā)支持力度。

（9）在工程技術(shù)領(lǐng)域，推進(jìn)可連續(xù)供能的分布式太陽能熱發(fā)電站示范。分布式電站的獨(dú)立大容量?jī)?chǔ)熱是保證太陽能熱發(fā)電連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的有效途徑，是分布式太陽能熱發(fā)電的重要方向。儲(chǔ)熱技術(shù)包括儲(chǔ)熱材料和充放熱過程。國(guó)際上已有儲(chǔ)熱時(shí)間達(dá) 16 小時(shí)，可連續(xù) 24 小時(shí)滿發(fā)的太陽能熱發(fā)電站。國(guó)內(nèi)帶儲(chǔ)熱的熱發(fā)電站尚處于試驗(yàn)階段。大容量?jī)?chǔ)熱系統(tǒng)需材料成本低，性能穩(wěn)定可靠，以及儲(chǔ)熱和充放熱過程在熱力學(xué)意義上的匹配。我國(guó)應(yīng)加快高溫儲(chǔ)熱材料技術(shù)和大容量?jī)?chǔ)熱系統(tǒng)發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，建立可 24 小時(shí)連續(xù)發(fā)電的電站，為大規(guī)模推廣打通技術(shù)路線。到 2020 年掌握基于大容量?jī)?chǔ)熱技術(shù)的太陽能熱發(fā)電技術(shù)，在全國(guó)范圍內(nèi)選擇一批適應(yīng)性區(qū)域，建成一批示范性案例，初步實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用。2020—2030年，系統(tǒng)集成與穩(wěn)定運(yùn)行技術(shù)攻關(guān)后，形成較成熟、先進(jìn)、適用、高效的太陽能熱發(fā)電技術(shù)，形成規(guī)模化產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)太陽能熱發(fā)電應(yīng)用的突破性增長(zhǎng)，在2030年裝機(jī)容量達(dá)到 1 000 萬千瓦，2050 年達(dá)到 5 000萬千瓦，分布式電站容量因子達(dá)到 70%。

2013 年，中科院電工所、中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)公司、電力規(guī)劃設(shè)計(jì)院等機(jī)構(gòu)，以中國(guó)北緯 39o36'， 東經(jīng) 109o46'，年總法向直射輻照量（DNI）值為 1 900 千瓦時(shí)/（平方米 . 年），電站規(guī)模 50 兆瓦，帶 4 小時(shí)儲(chǔ)熱，電站運(yùn)行壽命為 25 年，基于我國(guó)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)條件并結(jié)合國(guó)內(nèi)外廠家進(jìn)行現(xiàn)行市場(chǎng)價(jià)格詢價(jià)分析結(jié)果顯示，案例電站單位造價(jià) 29 119 元/千瓦。結(jié)合 A.T Kearney 公司全球光熱發(fā)成本路線圖及我國(guó)太陽能熱發(fā)電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)預(yù)測(cè)，在技術(shù)創(chuàng)新、規(guī)模效應(yīng)、融資成本、稅率等因素的驅(qū)動(dòng)下，2020 年前，太陽能熱發(fā)電成本將有加大幅度的下降，并在后續(xù)的 30 年中進(jìn)一步通過重大技術(shù)革新、成本優(yōu)化與設(shè)備效率的提升、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)提高等進(jìn)一步帶動(dòng)太陽能熱發(fā)電成本的下降，其變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)如圖8所示［4］，太陽能熱發(fā)電成本的下降將促進(jìn)太陽能熱發(fā)電的規(guī)模化應(yīng)用與發(fā)展。

圖8　中國(guó)太陽能熱發(fā)電投資成本下降曲線預(yù)測(cè)

4　發(fā)展保障與舉措

太陽能熱發(fā)電在我國(guó)處于研發(fā)和示范階段，因此在政策層面上應(yīng)重點(diǎn)鼓勵(lì)，支持太陽能熱發(fā)電的技術(shù)研發(fā)，尤其是系統(tǒng)集成技術(shù)、關(guān)鍵產(chǎn)品部件的生產(chǎn)制造技術(shù)等；鼓勵(lì)開展示范工程，提高電站的設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)管理能力，為市場(chǎng)的規(guī)?；l(fā)展奠定基礎(chǔ)，推動(dòng)太陽能熱發(fā)電的產(chǎn)業(yè)建設(shè)。

4.1保障技術(shù)研發(fā)和開展示范項(xiàng)目

目前太陽能熱發(fā)電發(fā)展的最大制約因素之一，是系統(tǒng)集成及裝備制造等方面的技術(shù)尚不成熟。科技部支持開展了太陽能熱發(fā)電的技術(shù)研發(fā)、實(shí)驗(yàn)電站建設(shè)等工作，但還未擴(kuò)展到集成技術(shù)方面，包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行技術(shù)、系統(tǒng)維護(hù)技術(shù)等。亟需加強(qiáng)對(duì)產(chǎn)品研發(fā)和裝備特別是技術(shù)研發(fā)和示范環(huán)節(jié)的支持，進(jìn)一步加大對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化技術(shù)、裝備技術(shù)、電站集成技術(shù)研發(fā)和示范的支持力度，確定支持目錄，加大資金投入，提高研發(fā)體系的效率，積極吸納高校、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)，尤其是具有創(chuàng)造力的中小企業(yè)參與到研發(fā)體系中，調(diào)動(dòng)企業(yè)參與研發(fā)的積極性。支持開展試點(diǎn)、示范電站項(xiàng)目建設(shè)，通過試點(diǎn)項(xiàng)目檢查驗(yàn)證產(chǎn)品和技術(shù)研發(fā)的成果，探索研究系統(tǒng)集成技術(shù)，積累電站運(yùn)行管理的經(jīng)驗(yàn)，為太陽能熱電站的大規(guī)模開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

4.2完善項(xiàng)目開發(fā)激勵(lì)政策

目前我國(guó)尚無太陽能熱發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)及相應(yīng)的財(cái)稅激勵(lì)政策，沒有形成項(xiàng)目投資運(yùn)營(yíng)的政策環(huán)境。當(dāng)前，選取一些有代表性的示范項(xiàng)目，根據(jù)成本加合理利潤(rùn)的原則，充分考慮示范項(xiàng)目可能面臨的研發(fā)成本、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、投融資風(fēng)險(xiǎn)等各種不確定因素，給予示范項(xiàng)目較優(yōu)惠的上網(wǎng)電價(jià)政策，推動(dòng)示范項(xiàng)目建設(shè)，積累太陽能熱發(fā)電的開發(fā)與建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)過一批示范項(xiàng)目的實(shí)施，逐步建立產(chǎn)品和系統(tǒng)生產(chǎn)制造、電站設(shè)計(jì)、運(yùn)行維護(hù)等產(chǎn)業(yè)支撐體系，研究出臺(tái)合理的上網(wǎng)電價(jià)，推動(dòng)太陽能熱發(fā)電的規(guī)?；l(fā)展。

4.3提供財(cái)稅激勵(lì)政策

財(cái)稅激勵(lì)政策體現(xiàn)的是國(guó)家對(duì)該產(chǎn)業(yè)的支持態(tài)度，稅賦的減免對(duì)發(fā)展初期的產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)是非常大的支持。建議參照其他可再生能源的財(cái)稅激勵(lì)政策，鼓勵(lì)自主研發(fā)、國(guó)際技術(shù)交流和產(chǎn)業(yè)聯(lián)合，促進(jìn)太陽能熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展。

4.4制定產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)規(guī)劃

太陽能熱發(fā)電國(guó)家層面的產(chǎn)業(yè)發(fā)展和市場(chǎng)規(guī)劃研究還極其薄弱，產(chǎn)業(yè)發(fā)展缺乏清晰的思路和方向，亟需研究、制定太陽能熱發(fā)電的產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)發(fā)展規(guī)劃，明確未來發(fā)展方向和重點(diǎn)，指引產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)的發(fā)展。盡快開展太陽能熱發(fā)電潛力調(diào)查，為電站選址、項(xiàng)目開發(fā)、發(fā)展規(guī)劃制定等提供較為詳實(shí)的數(shù)據(jù)依據(jù)。制定太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和市場(chǎng)發(fā)展規(guī)劃。研究分析國(guó)內(nèi)外太陽能熱發(fā)電技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，理清產(chǎn)業(yè)發(fā)展的思路，提出我國(guó)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和目標(biāo)，明確太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的定位、產(chǎn)業(yè)體系及空間布局，完成產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃。研究太陽能熱發(fā)電市場(chǎng)發(fā)展指導(dǎo)思想、目標(biāo)、路徑和空間布局，科學(xué)規(guī)劃，并建立相關(guān)的保障措施，引導(dǎo)太陽能熱發(fā)電市場(chǎng)的有序健康發(fā)展。

4.5加強(qiáng)公共服務(wù)體系建設(shè)

加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)公共服務(wù)體系的建設(shè)，包括標(biāo)準(zhǔn)體系、產(chǎn)品檢測(cè)平臺(tái)、產(chǎn)品認(rèn)證體系等產(chǎn)品質(zhì)量控制平臺(tái)的建設(shè)，以及設(shè)計(jì)、咨詢、服務(wù)等產(chǎn)業(yè)服務(wù)體系的建設(shè)，加大對(duì)高等院校、設(shè)計(jì)研究院所、職業(yè)培訓(xùn)等人才培養(yǎng)體系能力建設(shè)的支持力度，保障產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

1 GB/T26972-2011. 太陽能熱發(fā)電術(shù)語. 2011.

2 《中國(guó)電力百科全書》編委會(huì). 中國(guó)電力百科全書——新能源卷第三版. 北京：中國(guó)電力出版社，2014.

3 王志峰， Luis Crespo， 杜鳳麗， 等. 中國(guó)太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)政策研究報(bào)告. ［2016-1-20］. http：//www.cspplaza.com/article-1846-1. htm l.

4 中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì). 中國(guó)太陽能發(fā)展路線圖2050. 北京.2014.

5 王志峰， 等. 太陽能熱發(fā)電站設(shè)計(jì). 北京： 化學(xué)工業(yè)出版社， 2014.

6 Technology Roadmap-Solar Thermal Electricity 2014 edition. International Energy Agency， 2014.

7 Clean energy Progress Report. International Energy Agency，2011.

8 G T M ays. App lication of Spatial Data M odeling and Geographical Information Systems （GIS） for Identification of Potential Siting Options for Various Electrical Generation Sources. U.S. Department of Energy， 2011.

9 Concentrating Solar Pow er Commercial Application Study：Reducing Water Consum p tion o f Concentrating Solar Power Electricity Generation. U.S. Department of Energy， 2007.

10 Luis Crespo. STE（CSP） power plant： The great opportunity in the sunbelt countries. 北京： 第三屆（三亞）國(guó)際太陽能熱發(fā)電大會(huì)論文集， 2013.

11 Xu B， Li P W， Chan C. Application of phase change materials for thermal energy storagein concentrated solar thermal power plants： A review to recentdevelopments. Applied Energy， 2015，160： 286-307.

12 Yadav D， Banerjee R. A review of solar thermochem ical processes. Renewable and Sustainable Energy Reviews， 2016 ，54： 497-532.

13 張國(guó)強(qiáng)， 胡紅麗， 劉亞芝. 太陽能光熱發(fā)電-供熱聯(lián)產(chǎn)研究.太陽能， 2013， 17：24-28

王志峰中科院電工所研究員，博士，中科院太陽能熱利用與光伏系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任；國(guó)家“萬人計(jì)劃”專家、國(guó)際能源署太陽能熱發(fā)電和化學(xué)能組織副主席、國(guó)家太陽能光熱產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事長(zhǎng)，國(guó)家“十二五”、“863”計(jì)劃可再生能源主題專家組召集人，國(guó)家“973”計(jì)劃能源領(lǐng)域咨詢專家組專家。主持了我國(guó)第一個(gè)太陽能熱發(fā)電站的研究、設(shè)計(jì)和建設(shè)，致力于太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、太陽能高溫集熱系統(tǒng)中的流動(dòng)與換熱問題、太陽能聚光器設(shè)計(jì)和性能評(píng)價(jià)、聚光與吸熱系統(tǒng)耦合設(shè)計(jì)、太陽能儲(chǔ)熱、太陽集熱器熱性能測(cè)試評(píng)價(jià)方法等方面的研究。主持編寫國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 2 項(xiàng)，發(fā)表論文 70 余篇，其中 SCI、EI 文章 50 余篇，申請(qǐng)發(fā)明專利 40 余項(xiàng)。 E-mail： zhifeng@vip.sina.com

Wang ZhifengProfessor， Ph.D. advisor of Institute of Electrical Engineering， Chinese Academy of Sciences （IEECAS）， Director of CAS Key Lab of Solar Thermal Energy and Photovoltaic System s， Awardee of Ten Thousand Talent Program of China， Awardee of 100 talents program of CAS， Vice Chairman of IEA-SolarPACES （2014—）， Chairman of National Solar Thermal Energy A lliance （2009—）， Leader of Renewable Energy Technology Expert Team of National Hi-Tech R&D Program of M inistry of Science and Technology （2012—2015）， Energy Expert for National Key Basic Research Program of China （2013—2018）. Research field covers concentrating solar thermal power system design，flow and heat transfer of high temperature solar collection system， solar concentration and receiving system design and coupling， and thermal performance evaluation of solar concentrator. He presided 2 national standards com piling， and has been awarded 40 invention patents and published more than 70 papers w ith more than 40 ones indexed into SCI. E-mail： zhifeng@vip.sina.com

原郭豐男，中科院電工所副研究員，博士，主要從事太陽能中高溫?zé)崂谩⒅懈邷丶療崞鳠嵝阅軠y(cè)試方法、太陽能海水淡化與能源梯級(jí)利用等技術(shù)研究。發(fā)表論文30余篇，申請(qǐng)發(fā)明專利5項(xiàng)。E-mail： yuanguofeng@163.com

Yuan GuofengM ale， Associate professor of Institute of Electrical Engineering of Chinese Academ y of Sciences. Research field： High & medium temperature solar thermal utilization， thermal performance test and standard of solar collector and system， solar thermal desalination and energy cascade use system technology. He has published more than 30 papers and got 5 invention patents. E-mail： yuanguofeng@163.com

Analysis of Distributed Concentrating Solar Power Technology and Industry Development

Wang Zhifeng1，2Yuan Guofeng1，2

（1Institute of Electrical Engineering， Chinese Academ y of Sciences， Beijing 100190， China；2CAS Key Laboratory of Solar Thermal Energy and Photovoltaic System， Chinese Academy of Sciences， Beijing 100190， China）

Concentrating solar power （CSP） technology is one of the major technologies for converting solar energy to electricity. As an output controllable energy supply system， it w ill take the base-load and peak load of large scale renewable energy system in the future. The global total CSP installation reached 4 GW at the end of 2014， and most of the CSP stations have been concentrated in Spain and the United States. New CSP components and systems are com ing to commercial maturity. New markets are emerging on most continents where the sun is strong and sky is clear enough， including China， India， the M iddle East， North Africa， and South A frica. The International Energy Agency （IEA） roadmap research result show s that the percentage of solar thermal electricity （STE） production in global electricity is to reach 11% by 2050. The main factors affecting solar thermal power development include solar direct normal irradiance （DNI）， topography， water resource， and local grid infrastructure， etc. The macroscopic site selection of CSP station in China has been calculated based on the GIS platform， and the results show that the exploration reserves of CSP is more than 1400 GW. China has more than 40 years' research experience in CSP technology. There are more than 500 enterprises engaged in the field of solar thermal power related research and manufacturing， and several experimental CSP demonstration stations and high temperature solar system s which were constructed and operated in the past decade. But there are still no large scale commercial CSP stations， because of the lack of feed-in tariff. The distributed CSP technology is employed close to the user side， combining thermal storage， multi-energy mix， and cascade use of electrical-thermal-cold energy. It w ill promote the w ider application of large ratio distributed electrical-thermal-cold renewable energy system which is secure and stable. This technology can improve the integrated energy efficiency of the CSP system and reduce costs. There are still several mainly technology R&D which is needed in the future to promote Distributed CSP development. Firstly， high-parameter and high efficiencyCSP technologies should be developed to reduce the STE costs， based on the material， equipment， and systems technology innovation. Secondly，low cost， high tem perature， and large scale thermal storage material and thermal storage system should be developed to smooth electricity production considerably and increase the annual service hours， which will help promote the CSP as the base-load， and solve the peak and regulated load problem in the large ratio renewable energy distributed electric system. Thirdly， integrated distributed energy system s is expected to be developed based on the CSP cascade energy utilization technology， which will improve the CSP system comprehensive energy utilization efficiency and enhance the technology competitiveness， and provide the regional cooling， heating， and power solutions. Finally，energy generation and consumption management strategy technology is expected to be developed based on the medium and short-term solar energy forecast technology，the district energy consumption regular analysis and forecast technology， and intelligent energy consumption equipment technology innovations，which w ill improve the operation efficiency of distributed CSP system and the security of distributed energy system. Some suggestions on the development strategy of CSP are put forward at the end， which include strengthening research， development， and demonstration （RD&D） efforts to further reduce costs， setting the long-term targets and STE feed-in tariff making finance and taxation incentive policy， and building industry standards， certification and public service system， so as to drive the investments and CSP industry development.

concentrating solar power （CSP）， distributed， development potentiality， technology orientation， policy measures

10.16418/j.issn.1000-3045.2016.02.004

*資助項(xiàng)目：中科院學(xué)部咨詢項(xiàng)目“大力發(fā)展分布式可再生能源應(yīng)用和智能微網(wǎng)”，國(guó)家自然科學(xué)基金（51476164），廣東省引進(jìn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)計(jì)劃（2013 N070）

**通訊作者

修改稿收到日期：2016年1月22日