国产率90%!夜晚也能发电的太阳能!拥有万亿级市场

2024-03-05 08:31:48 307



图源网络 | 阿克塞项目采用塔式聚光集热技术,使用国内首创的五边形巨蜥式定日镜,单块定日镜重约1.2吨,面积48平方米,总镜场面积达58万平方米。


2023年1月23日,国内在建最大规模塔式光热项目——甘肃阿克塞汇东新能源光热项目关键部件——11960面定日镜全部安装完成。

阿克塞汇东新能源项目是国内首批“光热+光伏”试点项目,总投资50.6亿元,总装机容量750MW,结合110MW光热发电与640MW光伏发电,为甘肃在建的最大“光热+光伏”项目。项目建成后,预计年发电量17亿千瓦时,将节约标煤50.7万吨,减排二氧化碳147万吨,对当地新能源发展与经济提升具有积极推动作用。

光热发电,也叫太阳能热发电,是一种创新且环保的发电技术,能在夜间持续供电。

它利用高精度智能定日镜实时追踪太阳,将阳光反射并聚焦于吸热器,将吸热器中的熔盐加热至560摄氏度以上高温。

随后,储存这些高温熔盐,并在需要发电时,通过热交换产生高温高压蒸汽,进而驱动汽轮发电机组进行发电。

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漫反射涂层技术助力光热发电技术升级

太阳能热发电根据收集太阳光装置的不同,主要可分为槽式、塔式、线性菲涅尔式和碟式-斯特林等几种技术路线。槽式和线性菲涅尔式属于线聚焦技术,它们通过反射镜将阳光聚焦到一条线上,加热工作介质以产生热能。而塔式和碟式则属于点聚焦技术它们通过反射镜或透镜将阳光聚焦到一个点上,实现高浓度的热能聚集。这些技术路线各具特点,适用于不同的环境和应用场景。

根据国家太阳能光热联盟发布的《中国太阳能热发电行业蓝皮书2021》,在我国已建成的太阳能热发电系统中,塔式技术路线占比约60%,槽式技术路线占比28%,线菲约占12%

阿克塞汇东新能源项目即使用的是塔式光热发电装备,其国产化率目前已达90%但光学材料却完全依赖进口。

2024年1月23日,中科院兰州化物所高祥虎团队研发的SolarShot1108纳米高熵太阳能吸收涂层在阿克塞110MW塔式熔盐光热发电项目中成功应用。

SolarShot1108纳米高熵太阳能吸收涂层以无源制冷为核心理念。光束校准系统用于塔式太阳能镜场与吸热塔间,确保定日镜光束质量与跟踪校准精度。为确保图像采集准确,吸热塔目标区需具备漫反射特性。同时,漫反射涂层还需具备自制冷降温功能,以防止镜场聚光造成混凝土表面过热。

该涂层通过精确调控太阳光反射光谱(反射率高达97.5%)和中红外波段(2.5-16μm)发射谱(发射率达95.2%),实现了太阳能辐射反射,并增强了与周围环境和整个大气窗口之间的辐射传热。

该涂层不仅能有效为混凝土基材降温,还具备优异的漫反射、耐老化、耐磨、耐碱、耐水与混凝土相容等特性。

2023年,SolarShot1108也在敦煌100MW塔式熔盐光热电站取得成功应用,西安热工研究院测试结果表明,相较国外产品,SolarShot1108的整体吸热率比国外产品提升约3.9%。

2024年,SolarShot1108纳米高熵太阳能吸收涂层还将在三峡恒基能脉瓜州全球首座2*50MW“双塔一机”风光热储一体化项目中使用。

 

02

光热和光伏有何不同?

近年来,我国“可再生能源”发电行业呈现迅猛发展态势。据“国家能源局”统计,2022年全国风电、光伏新增装机总量跃升至1.2亿千瓦;发电量首次突破1万亿千瓦时大关,高达1.19万亿千瓦时,同比增长21.0%,占全社会用电量比重提升至13.8%。其中,光伏装机量增长尤为亮眼,达到8741万千瓦。

但在快速发展的同时,也存在诸多挑战。风电、光伏、水电等可再生能源发电会受季节、天气等多重因素制约,出现发电不稳定和间歇性等问题。可当区域发电量供大于求,电力不能及时并入电网并得到有效利用,又会引发“弃风”、“弃光”等现象,造成电力资源浪费问题。

在风电、光伏、生物质能等众多发电技术路线中,太阳能光热发电因其独特的功能特性——“发电储能、消纳调峰”——与光伏、风电互补,为“风光热”大型可再生能源基地的稳定送电和100%绿色发电提供了有效解决方案,成为可再生能源发电领域中最具应用前景的技术之一。

太阳能光热发电遵循“光能-热能-机械能-电能”的转换路径,它利用大规模的抛物面或碟形镜面阵列来集中收集太阳热能,然后通过换热装置用来产生蒸汽,进而驱动传统汽轮发电机进行发电。这种方式更直接地利用了太阳能,在转换过程中避免了多次能量形式的转换,从而提高了能量利用效率。

光伏发电则是一个多步骤的能量转换过程。首先,光子被转化成电子,随后这些电子被存储在化学电池中。之后,化学电池中的直流电需要进一步转化为交流电,才能为房屋和电网供电。这一过程的每个转换环节都会伴随着能量损失,这意味着从原始的光能到最终的电能,会有相当一部分的能量被浪费。

光伏发电既适合大规模集中式发电,也适用于家庭屋顶等分布式场景,灵活便捷。而光热发电目前主要是集中式,适合在光照充足、地势开阔的地区建设。


图源网络 | 光热发电

光伏发电受天气影响较大,供电不稳定,传统锂电池储能方式价格昂贵且存在安全隐患。而太阳能光热发电技术则避免了高成本的硅晶光电转换,通过储存多余热能,在晚间或阴雨天释放,实现24小时稳定发电,且储能成本低廉、环保清洁。

但从技术发展水平上看,常规光伏发电技术在我国已成熟稳定,而光热发电虽在国外早有应用,但在我国仍处于技术创新与持续改进阶段。

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中国光热发电:撬动的万亿级市场

据最新统计数据显示,“十四五”期间,我国光热发电的新增开工规模每年高达300万千瓦。国际能源署(IEA)预测称,到2030年,中国的光热发电装机容量将达到29GW,到2040年将翻一番至88GW,并预计在2050年进一步增长至118GW。这表明,中国有望成为继美国、中东、印度、非洲之后的全球第四大光热发电市场。由此可见,光热发电的万亿级市场才刚刚开始崭露头角。

尽管光热发电市场展现出巨大的潜力,但事实上,截至2021年底,我国光热发电的实际装机容量仍相对较小,且分布相对集中,相较于光伏2021年装机量的306GW,仅约为59万千瓦,共涉及12个项目:重点分布在甘肃(21万千瓦)、青海(21万千瓦)、内蒙古(10万千瓦)以及新疆(5万千瓦),其他省份约占2万千瓦。关键词:水性色浆,涂料色浆,纺织色浆,UV,通用色浆,轻防腐色浆,木器漆色浆,乳胶色浆

我们再来看看国内现有的光热电站。 

甘肃的亚洲第一熔岩塔式光热发电站,投资高达16亿元,被誉为现实版的“光棱塔”。占地20平方公里,由超过2万块反光镜构成,总反射面积达到140多万平方米。

新疆熔岩塔式光热发电站总投资16亿,建有14500面巨蜥式定日镜和181米高的聚光塔,实现24小时稳定发电,年发电量达1.98亿度。 

首航高科计划在酒泉投资100亿至110亿,建设包含200MW光热、800MW风电和520MW光伏的多能互补新能源项目。此外,新疆第二批市场化并网新能源项目清单中我们也看到有包含135千瓦时的光热发电项目。

光热发电若想要在未来几十年内实现大规模增长,仍需要进一步的技术升级、市场培育和政策支持。而光学材料的进一步国产化和技术水平的持续提升,亦对光热发电市场的增长至关重要。

但不可否认的是,光热发电作为储能的重要形式,与风电、光伏可以协同互补,对保障国家电力稳定输出、提升可再生能源占比具有重要意义。其潜力巨大,未来发展值得期待。

而谁将成为光热发电领域的佼佼者,谁又能在这万亿级市场掘金,还需时间的见证。


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编辑整理:Ella

排版设计:Cathy

水性色浆

#参考信息来源:

太阳能光热产业技术创新战略联盟:《槽式和塔式太阳能热发电技术路线对比》

中国科学院兰州化物所:《兰州化物所辐射制冷漫反射涂层技术在110MW塔式熔盐光热电站获应用》

科技日报:《国内在建规模最大塔式光热项目关键部件安装完成》

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