關(guān)于兩種太陽能發(fā)電前景的對比分析

占瑜

摘 要 本文對光伏與光熱發(fā)電的基本原理進(jìn)行了介紹，并對兩者的應(yīng)用地域、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)電可調(diào)度性、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了對比分析。

關(guān)鍵詞 光伏發(fā)電 可調(diào)度性 經(jīng)濟(jì)性 綠色電力

中圖分類號：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

隨著煤炭、石油等化石能源的逐漸枯竭，傳統(tǒng)火力發(fā)電也逐漸面臨著燃料短缺的問題，因此迫切需要新的可再生能源來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的發(fā)電方式。而太陽能作為當(dāng)今世界可再生能源領(lǐng)域中最清潔、最直接、最有大規(guī)模開發(fā)利用前景的發(fā)電方式之一，是實現(xiàn)向用戶提供“綠色電力”，實現(xiàn)我國“節(jié)能減排”目標(biāo)的重要舉措。根據(jù)發(fā)電方式的不同，太陽能發(fā)電可分為光伏和光熱發(fā)電兩種。光伏發(fā)電的原理是當(dāng)太陽光照射到太陽電池上時，電池吸收光能，產(chǎn)生光生伏打效應(yīng)，在電池的兩端出現(xiàn)異號電荷積累，若引出電極并接上負(fù)載，便有功率輸出。光伏發(fā)電相比于傳統(tǒng)發(fā)電方式，具有無污染、無噪聲的特點，其發(fā)電過程不需要消耗化石燃料也不需要進(jìn)行機(jī)械操作，不會對大氣產(chǎn)生污染，是一種可持續(xù)的能源利用方式。太陽能光熱發(fā)電首先是利用聚光太陽能集熱器把太陽輻射能聚集起來，然后利用能量將某種工質(zhì)加熱到數(shù)百攝氏度，并以此工質(zhì)來驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電的一項太陽能利用技術(shù)。光熱發(fā)電按所加熱介質(zhì)的溫度高低分為高溫發(fā)電和低溫發(fā)電。從以上介紹情況可知，光伏發(fā)電和光熱發(fā)電的基本原理完全不同，這樣就造成兩種發(fā)電方式有很多的不同，對于電網(wǎng)來講，也會有很大的影響，兩者的不同可以從以下幾個方面展開分析。

（1）應(yīng)用的地域不同。光伏發(fā)電和光熱發(fā)電對太陽能輻照的要求不同，光熱發(fā)電對太陽輻照的要求更高，尤其是高溫光熱發(fā)電，一般采用DNI（直接輻照強(qiáng)度）來衡量某地區(qū)是否適宜建設(shè)光熱電站，而光伏發(fā)電一般則采用GHI（地表總輻射值）來衡量即可，同樣一個地方，DNI的總量一般為GHI總量的65%～85%。這是因為光伏發(fā)電對光照的要求低，即便是散射光也可用來發(fā)電，而光熱發(fā)電由于對工作溫度要求較高，只有直射光照才可以滿足運(yùn)行要求。所以這也就決定了兩者的應(yīng)用地域有所不同，在太陽能輻照不高的地方，可以建設(shè)光伏電站，未必就適合建設(shè)光熱電站。

（2）應(yīng)用的領(lǐng)域不同。從能量轉(zhuǎn)化的過程看，光伏發(fā)電僅需要經(jīng)過光電一次轉(zhuǎn)換即可，而光熱發(fā)電則需要經(jīng)過光導(dǎo)熱再到電的二次轉(zhuǎn)換。這雖增加了系統(tǒng)集成的難度，但熱量發(fā)生作為光熱電站運(yùn)行的一個中間環(huán)節(jié)，也擴(kuò)大了光熱發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。比如可以利用其產(chǎn)生的過熱蒸汽與傳統(tǒng)的燃煤電廠、燃?xì)怆姀S或生物質(zhì)能電廠進(jìn)行混合發(fā)電。另外，其產(chǎn)生的熱也可作為副產(chǎn)品進(jìn)行海水淡化、工業(yè)用熱等領(lǐng)域。

（3）能量存儲方式不同。在能量的存儲方面，光熱發(fā)電優(yōu)勢明顯，光伏發(fā)電一般只能采用蓄電池存儲的方式，光熱發(fā)電有熱量的轉(zhuǎn)換過程，可以采用熱量的存儲方式。熱量的存儲要比電能的存儲方便得多，熱量的存儲技術(shù)也比電能的存儲技術(shù)成熟且廉價得多。

（4）應(yīng)用的前景不同。由于光伏電池自身的特性，光伏發(fā)電具有較大的不穩(wěn)定性，目前儲能技術(shù)不能保證大規(guī)模地存儲電能，無法平滑地輸送給電網(wǎng)，這就造成電網(wǎng)不可能無限制地接納光伏發(fā)電。而光熱發(fā)電，由于熱量存儲的方便性，就像常規(guī)火力發(fā)電機(jī)組一樣，在電網(wǎng)需求的前提下，可以無限制地接納。從這一層面上考慮，光熱發(fā)電比光伏發(fā)電有更廣闊的應(yīng)用前景。

（5）發(fā)電的可調(diào)度性不同。①對電網(wǎng)負(fù)荷波動的響應(yīng)不同。由于光伏發(fā)電受光照的影響較大，夜晚以及陰天時發(fā)電受限，另外，現(xiàn)階段光伏電站普遍還未配有大規(guī)模存儲設(shè)備，這就造成光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性，無法正常滿足電網(wǎng)不斷波動的負(fù)荷，這會對電網(wǎng)的運(yùn)行造成很大的挑戰(zhàn)。光熱發(fā)電則可以利用熱量的存儲技術(shù)，能平滑地輸出其功率，可以像火電一樣并入電網(wǎng)，滿足電網(wǎng)負(fù)荷不斷波動的需求，不會對電網(wǎng)的運(yùn)行產(chǎn)生不利的影響。②旋轉(zhuǎn)備用問題。在電網(wǎng)方面，當(dāng)光伏大規(guī)模接入，占有全網(wǎng)發(fā)電負(fù)荷一定比例后，為了保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，電網(wǎng)方面必須考慮全網(wǎng)的旋轉(zhuǎn)備用問題，以防止光伏發(fā)電功率的波動對電網(wǎng)造成影響。備用的必須成一定的比例，30%備用或50%備用等，這就造成很大的浪費(fèi)情況，現(xiàn)階段電網(wǎng)備用一般為火電機(jī)組，光伏發(fā)電雖然為清潔能源，但旋轉(zhuǎn)備用機(jī)組卻需要同時燃燒大量相當(dāng)?shù)拿簛砭S持旋轉(zhuǎn)備用以保證光伏發(fā)電大規(guī)模接入后電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。這樣一方面會對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行造成影響，另一方面也并沒有達(dá)到節(jié)能減排的目的，還造成了巨大的浪費(fèi)。③削峰填谷的作用。光伏發(fā)電由于其儲存難度較大，并不能實現(xiàn)削峰填谷的作用。而光熱發(fā)電不同，熱量發(fā)生作為光熱電站運(yùn)行的一個中間環(huán)節(jié)，可以方便地實現(xiàn)存儲以及重復(fù)利用，使其可以像抽水蓄能電站一樣充當(dāng)電網(wǎng)的調(diào)度電力來源。利用峰谷電價的差異，在谷電價時加熱儲能，在峰電價時放熱發(fā)電，從而達(dá)到削峰填谷的作用，有利于電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，并且也節(jié)能環(huán)保。 經(jīng)濟(jì)性對比。從光熱發(fā)電的幾種發(fā)電方式的成本對比來看，成本電價最便宜的是槽式發(fā)電，技術(shù)也最成熟，槽式光熱發(fā)電的保本電價在1.6～1.7 元/kWh，而光伏發(fā)電的保本電價在1.28 元/kWh。光熱發(fā)電成本比光伏發(fā)電要高很多。但是，以上電價的計算過程中并未考慮光伏儲能的成本，太陽能光熱發(fā)電可以利用500℃以上熔融鹽作為蓄熱介質(zhì)，儲存的能量在1？06 kW·h 以上，比利用蓄電池的光伏發(fā)電的能量存儲成本低一個數(shù)量級。從電網(wǎng)的需求看，若要大規(guī)模接入新能源發(fā)電，必須要求有相應(yīng)的儲存，以滿足電網(wǎng)調(diào)度。所以光伏發(fā)電的經(jīng)濟(jì)成本還需考慮這方面的費(fèi)用，綜合計算，其電價成本還要提高一個等級。而且，光熱發(fā)電技術(shù)現(xiàn)在還在工業(yè)應(yīng)用的初級階段，還沒有進(jìn)入大規(guī)模應(yīng)用階段，在光熱發(fā)電技術(shù)日趨成熟，工業(yè)應(yīng)用越來越規(guī)模化的情況下，光熱發(fā)電成本還有很大的下降空間。所以，從長遠(yuǎn)看，光熱發(fā)電的經(jīng)濟(jì)成本有光伏發(fā)電方式不可比擬的優(yōu)勢。

結(jié)論

文章對光伏與光熱發(fā)電的基本原理進(jìn)行了介紹，并對兩者的應(yīng)用地域、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)電可調(diào)度性、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了對比分析，從分析可以看出：光熱發(fā)電在應(yīng)用領(lǐng)域、能量存儲，發(fā)電可調(diào)度性等方面都有自身獨特的優(yōu)勢，但由于光熱發(fā)電對太陽能輻射要求較高，其應(yīng)用地域易受限制；經(jīng)濟(jì)性方面，目前光熱發(fā)電成本依然較高，當(dāng)然，目前光熱發(fā)電技術(shù)還處在初步應(yīng)用階段，在其技術(shù)上還有很大的發(fā)展空間，經(jīng)濟(jì)性上還有很大的降低空間。

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