近日，美國能源部(DOE)網(wǎng)站發(fā)布“提高太陽能熱發(fā)電技術(shù)、性能和可調(diào)度性”的研究報告。該報告是“在通往SunShot的路途中”的系列研究報告之一。
該研究報告指出，自美國能源部2012年發(fā)布“SunShot愿景研究”以來，全球太陽能熱發(fā)電裝機已增長了三倍，達到4500MW，美國境內(nèi)投入運行的裝機容量也增長了三倍，達到1650MW。美國太陽能熱發(fā)電市場容量的增長主要受到州政府及聯(lián)邦政府的政策支持驅(qū)動?？稍偕茉磁漕~制(RPSs)加上 30%的聯(lián)邦投資稅收抵免(ITC)以及聯(lián)邦貸款擔保等政策，為太陽能熱發(fā)電項目的開發(fā)商提供了在美國西南部建設(shè)太陽能熱發(fā)電站的機會。
圖1為槽式和塔式系統(tǒng)均化電力成本(LCOE)的下降情況以及2020年SunShot目標，其中顯示了太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)成本呈下降走勢，這為實現(xiàn)美國能源部SunShot計劃設(shè)定的成本目標：2020年降至6美分/kWh奠定了基礎(chǔ)。將“SunShot愿景研究”中預(yù)測的投資成本和當前的發(fā)展現(xiàn)狀比較發(fā)現(xiàn)，2015年塔式電站的成本下降符合預(yù)期，主要受益于定日鏡成本的下降。
圖1 自SunShot愿景研究報告發(fā)布以來的槽式和塔式系統(tǒng)成本下降情況(SVS=SunShot愿景研究(能源部2012)，OTPSS=在通往SunShot的路途中)
盡管槽式和塔式成本已經(jīng)降低，但太陽能熱發(fā)電技術(shù)的接受度和市場部署仍收到光伏成本不斷降低的帶來的負面影響。然而，如果考慮到太陽能熱發(fā)電技術(shù)由于儲熱系統(tǒng)所具有的靈活性特點，這種負面影響其實可以被弱化。美國國家可再生能源實驗室(NREL)最近對帶有儲熱系統(tǒng)的太陽能熱發(fā)電站和光伏系統(tǒng)在加州不同的可再生能源發(fā)電比例下的運行+容量產(chǎn)生的聯(lián)合效益進行了比較研究。分析發(fā)現(xiàn)，一旦加州的光伏滲透率達到15%，其容量可信度不足10%;但另一方面，帶有儲熱的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)具有相當高的可靠性，其容量可信度可通過電站在100小時最高凈負荷期間提供的所需電力的能力進行預(yù)估。儲熱系統(tǒng)容量和太陽倍數(shù)影響太陽能熱發(fā)電站的可靠能量輸出。表1是不同配置太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的容量可信度情況。配置少于6小時儲熱系統(tǒng)的太陽能熱發(fā)電站，其容量可信度較低。
表1 不同配置太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的容量可信度情況(TES=儲熱系統(tǒng))
和光伏易變的發(fā)電出力相比，在40%的可再生能源配額下，太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)增加的價值高達6美分/kWh，如圖2所示。
圖2 在33%和40%可再生能源配額下，帶儲熱的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)和光伏系統(tǒng)的總價值，包括運行和容量價值(SM=solar multiple太陽倍數(shù)，6hrs儲熱6小時)
該研究和其他類似分析顯示，當評估可再生能源技術(shù)組合時，必須要考慮帶儲熱系統(tǒng)的太陽能熱發(fā)電站所具有的高并網(wǎng)價值，而不只是考慮均化電力成本(LCOE)。一個更全面的方法——凈系統(tǒng)成本評估，包括不同技術(shù)的成本和電網(wǎng)范圍的系統(tǒng)效益的比較。一種資源的凈系統(tǒng)成本代表增加一個新的傳統(tǒng)的或可再生能源發(fā)電技術(shù)的年度成本(例如，帶儲熱系統(tǒng)的太陽能熱發(fā)電站、光伏、燃氣輪機，聯(lián)合循環(huán)電廠)和因取代其他資源且提供類似能量水平和系統(tǒng)可靠性所避免的成本之間的差異。相對于提供1500MW可靠容量的常規(guī)天然氣燃氣輪機和聯(lián)合循環(huán)電站，代表調(diào)峰、中間和基礎(chǔ)負荷配置的三種太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)凈系統(tǒng)成本情況如圖3所示。其中可以看出，對于當前低的天然氣價格和碳排放成本，傾向于將太陽能熱發(fā)電站作為調(diào)峰配置。然而，在天然氣價格和碳排放成本都高的情境下，這種決定變得不那么清晰。在這種情況下，每一種太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)配置和傳統(tǒng)的選擇相比都有很大優(yōu)勢，容量因子為中級到高級的系統(tǒng)將成為優(yōu)先選擇。容量因子是實際年發(fā)電量和滿負荷條件下一年內(nèi)輸出電量之比。
圖3 低天然氣價格和碳排放成本情景(上圖)和高天然氣價格和碳排放成本情景(下圖)(SunShot太陽能熱發(fā)電配置凈成本對比，紅色柱狀圖上的線段表示以SunShot為參數(shù)±10%浮動)
凈系統(tǒng)成本是相似的，見圖4。每一種技術(shù)選擇都提供同樣的可靠容量。圖4顯示，在目前的技術(shù)成本下，可考慮的最便宜的選擇是太陽能光伏+燃氣輪機，而這并不奇怪，因為帶儲熱的太陽能熱發(fā)電技術(shù)和電網(wǎng)級電池都是相對不成熟的技術(shù)。當考慮未來的成本時，相信這些結(jié)果會發(fā)生變化。
圖4 當前和未來太陽能熱發(fā)電、帶電池光伏系統(tǒng)和帶燃氣輪機光伏系統(tǒng)的年化凈成本情景(太陽能熱發(fā)電調(diào)峰、中等負荷，基礎(chǔ)符合配置和圖3所示相同)
