光热发电产业发展及光热玻璃需求分析.pdf
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1、研究与综述光热发电产业发展及光热玻璃需求分析刘志海张建波1(1.内蒙古玉晶科技有限公司鄂尔多斯0 1 7 0 0 0)中图分类号:TQ171文献标识码:A文章编号:1 0 0 3-1 9 8 7(2 0 2 4)0 4-0 0 0 1-1 1Development of Solar Thermal Power GenerationIndustry and Demand Analysis of Solar Thermal GlassLIU Zhihai,ZHANG Jianbo(1.Inner Mongolia Yujing Technology Co.,Ltd.,Eerduosi 017000
2、,China)2023年4月6 日,国家能源局发布了国家能源局综合司关于推动光热发电规模化发展有关事项的通知(国能综通新能【2 0 2 3】2 8 号),文件提出:“力争十四五期间,全国光热发电每年新增开工规模达到3 0 0 万千瓦左右”并“结合沙漠、戈壁、荒漠地区新能源基地建设,尽快落地一批光热发电项目”。光热发电项目的发展,必然带动光热玻璃的需求,推进光热玻璃行业的发展。1光热玻璃的定义1.1光热发电的定义光热发电,即太阳能热发电,是将太阳能转化为热能,再通过热功转换为电能,实现发电的过程。其原理是通过大规模列阵反射镜或聚光镜,收集太阳能,并聚焦到集热装置,集热装置内的传热介质(液体或气体
3、)吸收太阳辐射能后经过热交换,产生高温蒸汽,驱动汽轮机组发电,使太阳能转化为电能。光热发电站一般由聚光与集热系统、储热系统、蒸汽系统及发电装置四个部分组成。光热发电技术具有环境友好、可再生、高效等特点,是一种具有很大潜力的新型清洁能源。1.2太阳能光热玻璃的定义按照我国现行国家标准国民经济行业分类(GB/T47542017),太阳能光热玻璃主要包括用于光热发电的超白浮法玻璃原片和聚光镜场反射镜。鉴于我国西北地区风沙大、昼夜温差大等气候特点和光热发电的技术特点,太阳能光热玻璃必须具有高透过性、高耐久性和低自爆率、抗风化及高镜面反射率等特点。2光热发电的发展历程2.1全球光热发电的发展历程及现状2
4、.1.1全球光热发电发展历程光热发电的历史可以追溯到2 0 世纪初。1907年,德国阿伦的WilhelmMeier博士和斯图加特的AdolfRemshardt申报了一项用槽式抛物面太阳能集热装置生产蒸汽的专利,他们采用抛物槽式接受器吸收太阳辐射,直接产生蒸汽来发电。1912年Shumann和Boys在这个专利的基础上,在开罗设计制造了一台用槽式抛物面太阳能集热装置生产蒸汽驱动45kW的蒸汽马达泵,集热装置长62m,光线总通径宽度4m,总通径面积1 2 0 0 m,被认为是最早采用槽式太阳能聚热技术建立世界第一个太阳能光热发电应用装置。1950年,原苏联设计了世界上第一座塔式太阳能热发电站的小型
5、实验装置,对太阳能热发电技术进行了广泛的、基础性的探索和研究。1952年,法国国家研究中心在比利牛斯山东部建成一座功率为1 MW的太阳炉。1980年,美国和以色列联合组成的路兹太阳1全国性建材科技期刊一一玻璃能热发电国际有限公司开始进行太阳热发电技术研究,主要开发槽式太阳能热发电系统,5年后进人商品化阶段。该公司1 9 8 5一1 9 9 1 年在美国加州沙漠建成9 座槽式太阳能热电站,总装机容量353.8MW。1980年,美国在加州建成太阳I号塔式太阳能热发电站,装机容量1 0 MW。经过一段时间试验运行后,在此基础上又建造了太阳II号塔式太阳能热发电站,并于1 9 9 6 年1 月投人试验
6、运行。1983年,美国加州喷气推进试验室完成的碟式斯特林太阳能热发电系统,其聚光器直径为1 1m,最大发电功率为2 4.6 kW,转换效率为2 9%。1990年,澳大利亚科学家根据槽式和塔式的经验,提出了紧凑型线性菲涅尔反射聚光器和蒸汽发生系统的概念。1991年,加利福尼亚的槽式抛物面太阳能热利用发电站的运营成功,促进了南欧和其他拥有丰富太阳辐射的发展中国家太阳能热利用计划的开展。1980一1 9 9 1 年,全世界建造了装机容量50 0kW以上的各种不同形式的兆瓦级太阳能热发电试验电站2 0 余座,其中主要形式是塔式电站,最大发电功率为8 0 MW。由于单位容量投资过大,且降低造价难度较大,
7、太阳能热发电站的建设逐次冷落。1998年以来,由欧盟支持的DISS(D i r e c tSolar Steam)计划和Euro Trough计划,以及西班牙和摩洛哥研究计划,启动了欧洲槽式抛物面太阳能技术的发展。2 0 0 0 年德国联邦议会决定,为太阳能发电实施一项3 年投资计划,计划资金的2024年第4期总第3 9 1 期三分之二用于槽式抛物面太阳能热发电项目。2002年,由德国FRAUNHOFER设计的50 0 0 m菲涅尔太阳能聚光器由比利时Solamendo公司制造。与凹槽式相比,该系统的关键优点是菲涅尔聚焦比大、可获得高温、每平方米反射镜所需的基础和电机少。该系统采用标准平面镜代
8、替需要特殊加工方法的表面镜,使所有镜子都靠近地面,减少风荷载和钢材使用,从而降低成本。直到2 0 0 7 年,西班牙政府颁布了合理的太阳能上网电价,催生了太阳能光热发电技术的应用的热潮,位于西班牙Granada省的Andasol项目由3个同等规模的50 MW太阳能槽式集热发电站组成。其中Andasol1号电站在2 0 0 9 年3 月实现并网发电,是欧洲的第一个商业化太阳能集热电站;2012年1 1 月7 日西班牙Abengoa集团宣布开始在南非建设50 MW的KhiSolarOne塔式光热发电项目和100MW的KaXuSolarOne槽式光热发电项目。这两个光热电站是南非可再生能源电力独立计
9、划第一阶段光热电站项目,预期未来南非将成为光热发电市场的重要地区。截至2 0 1 2 年,全球太阳能热发电累计装机容量已达2 549 MW,主要分布在美国、西班牙。2.1.2全球光热发电的发展现状根据国际可再生能源机构(IRENA)统计数据,2 0 2 2 年全球光热发电装机容量为6.6 GW,占当年太阳能发电装机容量的0.6 2%,比2 0 1 5年降低1.5个百分点,说明光热发电产业发展仍较缓慢。全球光热发电装机容量情况见表1。表1 全球光热发电装机容量情况2015年太阳能发电装机容量/MW229067其中:光伏发电装机容量/MW224215光热发电装机容量/MW4851光热发电装机容量占
10、比/%2.1222019年59580858942963781.072020年72805872154665120.892021年87240386602763760.732022年1061632105503066020.62研究与综述截至2 0 2 2 年底,全球有超过1 43 个项目,其一个兆瓦级的塔式示范电站开始建设动工。同中1 1 4个正在运行,2 0 个现已停止运行或退役,年,科技部太阳能光热产业技术创新战略联盟成9个在建项目将于2 0 2 3 年开始运营。西班牙、美立,成员由中科院电工所、华电集团、皇明太阳国和中国是光热电站建设和运营的领先国家;西能等企业、大学和研究所组成,该联盟计划“
11、十班牙装机容量最多,超过2.3 GW,全国有51 个项二五”期间建设1 0 0 0 兆瓦级规模的光热电站。目已全部投人运营。自CSP启动以来,美国已在2011年1 月,内蒙古50 MW热发电项目开标,全国实施了超过2 6 个项目,但运营容量仅为1.5大唐新能源最终以0.9 3 9 9 元/千瓦时的低价中标,GW。与此同时,中国拥有59 6 MW的装机容量,这是国内首个光热发电特许招标项目,是我国光还有多个项目仍在建设中。热发电商业化运营重要一步,该项目要求设备国在1 43 个项目中,塔式光热发电项目3 4个,产化率6 0%以上。装机容量1 8 0 2 MW,占总装机容量的2 2.8%,槽201
12、1年3 月,中科院电工所代表中国以缔约式光热发电项目9 1 个,装机容量57 1 4MW,占方的身份正式加入国际能源署太阳能热发电热化72.4%;菲涅尔式热发电项目1 6 个,装机容量3 7 3学组织。MW,占4.7%。2012年,八达岭1 兆瓦太阳能热发电技术及2.2手我国光热发电的发展历程及现状2.2.1我国光热发电发展历程我国太阳能光热发电技术的研究始于1 9 7 9 年。经过3 0 多年的发展,我国在太阳能吸热材料、热电转换材料、储能材料、聚光装备、槽式真空管、吸热器、碟式聚光器系统的设计有了较大的进步。1979年,湘潭电机厂与美国太空电子公司合作,试制了2 台5kW碟式抛物面点聚焦太
13、阳能热发电装置。但由于价格过高,加上工艺、材料、部件及相关技术等没有得到根本解决,而未能得到推广使用。国家“八五”计划安排了小型部件和材料的攻关项目,于中国科学院电工研究所内建成了小型抛物面槽式真空管高温集热装置。2005年,南京江宁地区与以色列合作建立了国内第一座塔式的7 0 kW的示范装置,2 0 0 7 年6 月该系统在南京通过鉴定验收。同年(2 0 0 5年),中航工业西航研制新能源科研项目斯特林发动机开始启动,2 0 1 0 年1 1 月3 日,首台斯特林发动机在北京航空航天大学进行性能试验取得成功,发电功率达到17.3719.70kW,发动机效率超过3 0%,达到了预期目标;2 0
14、 1 1 年1 2 月,斯特林发动机重大科技专项,通过国家国防科工局评审专家组评审验收。2009年3 月,由中国科学院电工所主持的第系统示范工程建成。2013年,我国青海省建成了第一座光热电站一一中控德令哈一期1 0 MW太阳能塔式热电站,并于2 0 1 4年开始熔盐系统改造,成为全球第三座投运的塔式光热电站。2015年,国家能源局发布关于组织光热发电示范项目建设的通知,计划建设1 GW光热发电示范项目,促进我国光热发电产业发展。2016年,国家能源局发布国家能源局关于建设太阳能热发电示范项目的通知,确定了首批2 0 个太阳能热发电示范项目,装机容量共计1349MW,分布在甘肃省9 个、青海省
15、4个、河北省4个、内蒙古自治区2 个、新疆1 个。同时,国家发展改革委下发关于太阳能热发电标杆上网电价政策的通知,核定太阳能热发电标杆上网电价为每千瓦时1.1 5元(含税),自此光热发电迎来商业化示范项目的建设阶段。2018年,我国首个大规模商业化光热发电示范项目中广核德令哈50 MW光热发电示范项目正式投运,标志着我国成为世界上第八个掌握大规模光热发电技术的国家。2021年1 0 月,国务院颁发的2 0 3 0 年前碳达峰行动方案提出,要积极推动建立光热发电与光伏3全国性建材科技期刊一一玻璃发电、风电互补调节的风光热综合可再生能源发电基地,明确要加快先进适用技术研发和推广应用,包含推进熔盐储
16、能供热和发电示范应用。2 0 2 3 年4月7 日国家能源局发布国家能源局综合司关于推动光热发电规模化发展有关事项的通知,提出要积极开展光热规模化发展研究工作,内蒙古、甘肃、青海、新疆等重点省份在本省新能源基地建设中同步推动光热发电项目规模化、产业化发展,力争“十四五”期间,全国光热发电每年新增开工规2024年第4期总第3 9 1 期模达到3 0 0 万千瓦左右,光热发电规模化开发利用或将成为我国新能源产业新的增长点。2.2.2我国光热发电的发展现状根据国际可再生能源机构(IRENA)统计数据,2 0 2 2 年我国光热发电装机容量为59 6 MW,占当年太阳能发电装机容量的0.1 5%,比2
17、 0 1 5年提高了0.1 2 个百分点,与全球相比低0.47 个百分点,说明我国光热发电装机容量的总体量相对较小。我国光热发电装机容量情况见表2。表2 中国光热发电装机容量情况2015年太阳能发电装机容量/MW43549其中:光伏发电装机容量/MW43538光热发电装机容量/MW11光热发电装机容量占比/%0.03我国太阳能光热发电示范项目投运情况见表3 我国太阳能光热发电示范项目投运情况(截至2 0 2 2 年底)初投资设计年发电量电站名称投运时间中广核德令哈50 MW槽式光热电站2018-6-30中船新能乌拉特1 0 0 MW槽式光热电站2018-12-28首航高科敦煌1 0 0 MW塔
18、式光热电站2018-12-28青海中控德令哈50 MW塔式光热电站2018-12-30中电建共和50 MW塔式光热电站2019-9-19鲁能格尔木多能互补工程50 MW塔式光热电站2019-9-19中电哈密50 MW塔式光热电站2019-12-29兰州大成敦煌50 MW菲式光热电站2019-12-31玉门鑫能50 MW菲式光热电站2019-12-303我国光热发电的主要政策我国光热发电的相关政策可追溯到2 0 0 7 年或更早。近几年密集出台了一批政策来推动光热发42019年2049712045753960.19表3。装机容量储热时长/MW/h5091001010011507506501250
19、13501550电产业的发展。这些政策的出台无疑对推动光热玻璃的发展起到了积极作用。2007年8 月3 1 日,国家发展改革委发布的国家发展改革委关于印发可再生能源中长期发展规2020年2539642534185460.212021年3069733064035700.19亿元亿千瓦时171.9828.83.92303.910.881.4612.221.5719.861.616.41.9816.882.1417.92.162022年3930323924365960.15所在地青海内蒙古甘肃青海青海青海新疆甘肃甘肃研究与综述划的通知(发改能源【2 0 0 7】2 1 7 4号)中指出:能源局关于组
20、织太阳能热发电示范项目建设的通“为促进我国太阳能发电技术的发展,做好太阳知(国能新能【2 0 1 5】3 55号)中指出:能技术的战略储备,建设若干个太阳能光伏发电是扩大太阳能热发电产业规模。通过示范项目建示范电站和太阳能热发电示范电站。在内蒙古、设,形成国内光热设备制造产业链,支持的示范甘肃、新疆等地选择荒漠、戈壁、荒滩等空闲土项目应达到商业应用规模,单机容量不低于5万地,建设太阳能热发电示范项目。到2 0 1 0 年,建千瓦。二是培育系统集成商。通过示范项目建成太阳能热发电总容量5万千瓦。到2 0 2 0 年,全国设,培育若干具备全面工程建设能力的系统集成太阳能热发电总容量达到2 0 万千
21、瓦”。商,以适应后续太阳能热发电发展的需要”。2008年3 月3 日,国家发展改革委发布的国2016年4月7 日,国家发展改革委、国家能源家发展改革委关于印发可再生能源发展“十一局发布的关于印发 的通知(发改能源中指出:“进行必要的太阳能热发电技术研发和【2 0 1 6】51 3 号)中指出:“2 0 2 0 年目标:掌握试点示范。到2 0 1 0 年,进行万千瓦级太阳能热发50MW级塔式光热电站整体设计及关键部件制造电试验和试点工作。在内蒙古鄂尔多斯高地沿黄技术;突破光热-光伏-风电集成设计和控制技河平坦荒漠、甘肃河西走廊平坦荒漠、新疆哈密术,促进风光互补利用技术产业化”。地区、西藏拉萨或北
22、京周边选择适宜地区,开展2016年8 月2 9 日,国家发展改革委发布的国太阳能热发电试点,总装机容量约5万千瓦”家发展改革委关于太阳能热发电标杆上网电价政2010年1 0 月1 0 日,国务院发布的国务院关策的通知(发改价格【2 0 1 6】1 8 8 1 号)中指于加快培育和发展战略性新兴产业的决定(国出:“核定全国统一的太阳能热发电(含4小时以发【2 0 1 0】3 2 号)中指出:“加快太阳能热利用上储热功能)标杆上网电价为每千瓦时1.1 5元(含技术推广应用,开拓多元化的太阳能光伏光热发税)。鼓励地方相关部门对太阳能热发电企业采电市场”。取税费减免、财政补贴、绿色信贷、土地优惠等20
23、11年3 月2 7 日,国家发展改革委发布的措施,多措并举促进太阳能热发电产业发展”。产业结构调整指导目录(2 0 1 1 年本)指出:2016年9 月1 3 日,国家能源局发布的国家“鼓励类:五、新能源1、太阳能热发电集热系能源局关于建设太阳能热发电示范项目的通知统、太阳能光伏发电系统集成技术开发应用、逆(国能新能【2 0 1 6】2 2 3 号)中指出:“经组织变控制系统开发制造”。专家对有关地区发展改革委(能源局)推荐的申2012年7 月7 日,国家能源局发布的国家能报项目进行评审,确定第一批太阳能热发电示范源局关于印发太阳能发电发展“十二五”规划的项目共2 0 个,总计装机容量1 3
24、4.9 万千瓦,分别分通知(国能新能【2 0 1 2】1 9 4号)中指出:布在青海省、甘肃省、河北省、内蒙古自治区、“以经济性与光伏发电基本相当为前提,建成光新疆自治区”。热发电总装机容量1 0 0 万千瓦。突破太阳能热发2016年1 2 月8 日,国家能源局发布的关于电定日镜、真空管等关键部件设计和制造技术,印发 的通知(国依托我国集成控制与工程热物理等相关前沿学科能新能【2 0 1 6】3 54号)中指出:“到2 0 2 0 年的优势,形成配套齐全的光热发电关键设备集成底,太阳能发电装机达到1.1 亿千瓦以上,其中,产业链”。光伏发电装机达到1.0 5亿千瓦以上,在“十二2015年9 月
25、2 3 日,国家能源局发布的国家五”基础上每年保持稳定的发展规模;太阳能热5:“全国性建材科技期刊一一玻璃发电装机达到50 0 万千瓦。太阳能热利用集热面积达到8 亿平方米”。2018年5月1 8 日,国家能源局发布的国家能源局关于推进太阳能热发电示范项目建设有关事项的通知(国能发新能【2 0 1 8】46 号)中指出:“根据示范项目实际情况,首批示范项目建设期限可放宽至2 0 2 0 年1 2 月3 1 日,同时建立逾期投运项目电价退坡机制”。2019年1 0 月3 0 日,国家发展改革委发布的产业结构调整指导目录(2 0 1 9 年本)中提出:“鼓励类:五、新能源1、太阳能热发电集热系统、
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