2018/7/5
由世界与我国各种可再生能源资源量看,太阳能是较主要的能源资源,从而,太阳能发电应是未来提供大规模电力的主力,是大规模发展的主要方向。
由于功率密度低,要实现大规模发电,必须在能量聚集、传输、转化技术方面,以及产业的形成与发展方面进行长期的努力:由于不连续性,必须解决如何有效溶入电力系统中,与各种发电方式有机组成互补的综合供电系统或采用大规模电能储存的问题;由于大型基地将在远离用户的荒漠地区,还要解决大容量长距离的输电问题。
太阳能发电经过长期持续的努力,在光伏发电、太阳热发电及探索一些新发电方式方面,取得了可喜的进展。
(1)光伏发电
太阳能光伏发电是将光辐射能通过光伏效应直接转为电能的发电技术。近年来,世界光伏电池产业得到迅速发展,近5年年产量增长率达43%,2004年全世界总产量达l20万千瓦,累计装机容量达433万千瓦。我国光伏电池2004年的生产能力达10万千瓦,实际产量4.2万千瓦,累计装机容量6.5万千瓦,组件售价也已降至30~40元/峰瓦。技术的进步,产业规模的扩大与成本的下降为今后快速发展奠定了良好基础。光伏发电具有不需燃料、环境友好、无转动部件、维护简单、由模块组成、功率可大可小等突出优点,其应用范围十分广阔。
光伏发电的应用大致可分为3个方面:第一方面是为无电地区提供小型、独立、分散的离网电源,一般为几千瓦容量,由于不要建设长距离供电线路及管理体系,在经济上已可接受,技术已经成熟,市场仍在发展,但其总容量规模不大;第二方面是在城市中居民区附近建立小型并网系统,并可与建筑相结合,利用建筑的屋顶与墙面安装光伏电池。目前我国已有一些示范工作,如2004年建成的深圳国际园林花卉博览园1 000千瓦并网电站;第三方面是在荒漠地区发展集中型的超大规模(十万千瓦至亿千瓦)光伏基地,国际上有关工作已经起步,已建成2000~6500千瓦的荒漠光伏电站1 5个,提出了百万千瓦系统的规划,我国有关工作正在酝酿起步。
光伏发电要实现大规模发展还存在着建设投资大、电能成本高、产业规模小和光电转换效率低等困难。我国光伏电站当前的建设投资约5万元/千瓦,比煤电0.4~0.5万元/千瓦高一个量级,电能成本约2元,度,比煤电0.4元/度高五倍,光电池产业年产量全世界120万千瓦,我国十多万千瓦,要达亿千瓦规模,产业要有百倍增长,而百分之十几的转换效率使每平方公里受光面积仅能发出五万千瓦电。为了能有效地向大规模发电推进,首先要大力加强光伏电池降低成本与提高效率的研发工作。光伏电池是整个系统的核心,其成本占系统总成本的70%以上,现有各种光伏电池中晶体硅电池占有主导地位,2004年占有全部产量的94%,我国硅材料紧缺,大部份依赖进口,成为发展的瓶颈,要下大气力解决低成本、大批量硅材料的生产供应。要继续大力发展硅电池与薄膜电池的技术与工艺,降低成本,提高效率与寿命。对新型高效光伏电池的基础性创新研究,如染料敏化纳米晶电池,超高效(>50%)第三代光伏电池,也应给予积极支持与鼓励。
从国家角度,关键要有明确的战略,加大研发投入和稳定持续的支持。第二要制定国家发展规划与优惠政策,来积极推进并网与独立光伏发电的多方面实际应用,与市场需求 紧密结合,逐步扩大产业规模。第三,作为未来主力电站的荒漠地区集中式超大型光伏电站的工作应该制定良好战略进行研究部署,经过万千瓦、十万千瓦、百万千瓦级几个阶段的研究发展,建设与示范运营,解决有关装备研制与产业化,溶入电力系统,与荒漠地区生态治理及资源开发利用相结合的一系列重大问题,以期在本世纪中叶确有能力建设与运营亿千瓦级规模的光伏发电基地。
(2)太阳热发电
太阳能热发电是将太阳辐射能聚集起来加热工质,经热交换器产生过热蒸汽,再由蒸汽驱动汽轮机带动发电机发电,其原理与普通热电站相同,主要区别在于用太阳辐射的能替代化石燃料燃烧产生的热能来加热。太阳能热发电的主要困难在于太阳辐射功率密度低(1千瓦/米2以下)及随季节、昼夜与气候条件的变化而变化,具有不连续性及不稳定性,从而,大规模发电要解决大面积能量的聚集、跟踪、长距离传输、转化与储存等一系列科学技术问题和相当大的资金投入。
自上世纪70年代末以来,国际上进行了认真的研发工作,建成了槽式、塔式与盘式3种太阳热发电系统的示范电站。3种太阳热发电技术虽均已成功进行了示范,但近十余年未得到推广应用和继续扩大单机容量,只持续进行一些改进的研发工作。我国也进行了一些小规模研发工作。
与光伏发电相比,太阳热发电的优点在于使用大量已产业化的装备、工艺与材料,在已有产业基础上能很快发展到单台容量几十万千瓦的规模,可用中间工质储热进行储能,用其他能源(油、气、煤)燃烧供热保证连续发电而克服太阳能不连续的缺点,其缺点主要是,单台容量必须大,运行维护比较复杂,建设地点选择要考虑有充足的水源,从而,光伏发电与太阳热发电应各发挥其优势协调发展。鉴于我国研发基础差,应更加重视和加速太阳能热发电的发展,选择大型集中电站的合适地点,在改善性能、降低造价、增大单机容量等方面大力进行有关研发工作,分阶段建造与运行一系列容量逐步扩大的示范电站,为大规模产业化打下坚实基础。
在太阳能发电方面,国际上还在进行一些新型发电方式的探索与研究发展,如太空发电、太阳热气流发电、温差发电等,对于有关的研发与创新工作,也应给予积极鼓励与支持。
(3)规划部署
必须从我国电力发展的全局出发,在荒漠地区建设大规模太阳能发电基地的可行性研究和规划工作,研究基地地址的合理选择,超大面积电站的运行维护,负荷配置、电网调度技术,发展利用电网集中式储能和靠近负荷侧的分散式储能解决供电的不连续性与不稳定性,以及超大容量远距离输电技术等。国家皮在统一规划、大力支持下,分步骤的积极推进,本世纪上半叶可设想分为4步:第一步,力争2010~2015年内在荒漠地区建成一个10万千瓦级电站,用1 10千伏以上等级交流线路,输往100~200公里外主电网,解决运行特性、电网调度与负荷分配等问题,积累建设与运营经验。
第二步,到2020年左右,建成百万千瓦级电站,用超高电压交流或直流线路,输往几百公里外的互联电网。
第三步,到2030年左右,建设千万千瓦级的电站群,用1 000千伏特高压交流或±800千伏直流线路,或高温超导输电输往500公里以外的电网负荷中心。
第四步,到2050年左右,建设几亿千瓦电站群,输至几百至几千公里外电网负荷中心,成为我国电力的主力。
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