太陽能發(fā)電技術(shù)通常指光伏發(fā)電技術(shù)和光熱發(fā)電技術(shù)，前者是根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理，利用太陽電池將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能，而光熱發(fā)電則是指利用大規(guī)模反射鏡陣列收集太陽熱能，經(jīng)過換熱裝置產(chǎn)生蒸汽，通過蒸汽帶動(dòng)汽輪產(chǎn)生電能。因?yàn)橥瑢偬柲馨l(fā)電，兩者經(jīng)常被放在一起比較，究竟是光伏前景廣闊還是光熱會(huì)后來居上，各方也一直爭論不休。
那么，在未來的幾十年里，太陽能發(fā)電技術(shù)將有什么樣的發(fā)展?哪種技術(shù)路線最具有經(jīng)濟(jì)性?組合發(fā)電模式能否為太陽能發(fā)電提供更大的機(jī)會(huì)?目前，德國航空航天中心(DLR)正在就這些問題進(jìn)行深入研究，旨在分析光伏發(fā)電和光熱發(fā)電技術(shù)到2030年將呈現(xiàn)何種發(fā)展趨勢。
光伏光熱短期內(nèi)競爭之勢無可避免
這項(xiàng)研究從對比光伏發(fā)電與光熱發(fā)電的系統(tǒng)、技術(shù)要求、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益等幾方面入手。這項(xiàng)名為THERMVOLT的研究項(xiàng)目主要分析太陽能發(fā)電如何在沒有陽光的情況下產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)可靠的高質(zhì)量電能。
光熱發(fā)電產(chǎn)生的電能既可以用于直接發(fā)電也可以以熱量的形式儲(chǔ)存起來，它的應(yīng)用領(lǐng)域不只限于發(fā)電，也可用于制氫或者工業(yè)熱利用等領(lǐng)域。事實(shí)上，光熱發(fā)電的最大優(yōu)勢便是可利用熱量存儲(chǔ)以削弱太陽光輻射不穩(wěn)定對其發(fā)電質(zhì)量的影響，同時(shí)光熱發(fā)電與傳統(tǒng)發(fā)電方式及現(xiàn)有電網(wǎng)能夠更好契合。由于其后端配備蒸汽發(fā)生器、汽輪機(jī)等設(shè)備使其可通過化石燃料補(bǔ)燃等方式進(jìn)行組合發(fā)電，在未來，光熱發(fā)電還可能與生物質(zhì)燃料等進(jìn)行混合發(fā)電。如此一來，光熱發(fā)電就可以承擔(dān)電網(wǎng)的基礎(chǔ)負(fù)荷，在電力系統(tǒng)中具備可以取代大型傳統(tǒng)能源發(fā)電廠的可能性。
光伏系統(tǒng)則直接將太陽光轉(zhuǎn)化為電能，因此在占地面積、投入成本、技術(shù)難度上都優(yōu)于光熱發(fā)電，但光伏本身不具備儲(chǔ)能能力，只能通過將電能儲(chǔ)存在電池的方式進(jìn)行儲(chǔ)能。因此，在成本、技術(shù)要求、環(huán)保效益方面不具備明顯優(yōu)勢。近年來，光伏發(fā)電成本顯著降低，而電池成本也被認(rèn)為將在未來幾年大幅度下降。從商業(yè)運(yùn)作的角度上來講，兩者同樣依靠太陽能發(fā)電、在資源要求上的類似性，造成短期內(nèi)兩者之間的被比較與相互競爭關(guān)系不可避免。
最近一些研究表明，目前全球可再生能源發(fā)電的比例已接近電網(wǎng)接納能力上限，如若不解決儲(chǔ)能問題，可再生能源的消納將成為一個(gè)日益棘手的難題。
通過模擬電站模型來確定光伏光熱最佳容量配比
在研究過程中，研究人員模擬了各種光伏和光熱發(fā)電模型的成本計(jì)算，并研究了在相同規(guī)模的情況下若采用光伏與光熱組合發(fā)電的形式，應(yīng)怎樣配比各系統(tǒng)容量才能實(shí)現(xiàn)最低的碳排放量與最低的發(fā)電成本。在模型中，光熱電站配備了儲(chǔ)能系統(tǒng)以及化石燃料補(bǔ)燃系統(tǒng)，光伏聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠則配備電池存儲(chǔ)系統(tǒng)，系統(tǒng)之間可以實(shí)現(xiàn)協(xié)同運(yùn)作。
太陽能發(fā)電廠預(yù)設(shè)容量為100兆瓦，測試地點(diǎn)選在陽光充足的地區(qū)如摩洛哥和沙特阿拉伯等地，將選取2015年，2020年以及2030年作為年度計(jì)算分析模型。
計(jì)算將選取一個(gè)完整年度并按小時(shí)進(jìn)行詳盡分析，其中太陽能電池陣列規(guī)模和儲(chǔ)能大小已確定。然后通過建立一個(gè)效率模型，再考慮到一些影響因素(例如磨損)和各種成本估算的情況下，計(jì)算出優(yōu)化系統(tǒng)后的度電成本。
光伏光熱組合優(yōu)勢大于單打獨(dú)斗
先期研究結(jié)果表明，在現(xiàn)有條件下，光熱和光伏相結(jié)合是目前最具前景的太陽能發(fā)電技術(shù)路線。光伏發(fā)電廠直接向電網(wǎng)供電，在用電高峰期，比如夜間，光熱將在夜晚通過儲(chǔ)熱發(fā)揮其優(yōu)勢。即使增加化石燃料補(bǔ)燃也將相對容易可行，成本不會(huì)過高。
據(jù)悉，該研究得到了德國聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和技術(shù)部約50萬歐元的資金支持。由航天學(xué)院太陽能研究和工程熱力學(xué)院、芬蘭拉普蘭塔理工大學(xué)(LUT)共同參與。FichtnerGmbH和M+W集團(tuán)公司也作為行業(yè)合作伙伴參與其中，最終的研究報(bào)告將在2016年底提交。
