2023-2024年中国太阳能热发电技术产业发展现状报告.pdf

12023-2024中国太阳能热发电技术产业发展现状汇报人：赵晓辉国家光热产业技术创新战略联盟副理事长中电工程西北电力设计院有限公司副总工程师 科技创新中心总经理时间：2024.092一、光热发电技术一、光热发电技术二、国内光热发电建设及发展现状二、国内光热发电建设及发展现状三三、光热发电生存、光热发电生存环境环境四、当下的展望四、当下的展望3太阳能热发电系统基本组成太阳能热发电基本物理过程 1第一部分:光热发电技术 太阳能热发电是将太阳能转换为热能，通过热功转换过程发电的系统。一般依据上游能量收集环节的技术路线将其分为塔式光热发电，槽式光热发电、菲涅耳式光热发电和碟式光热发电。储能环节以熔盐储能为主；发电环节以汽轮机为主。4第一部分:光热发电技术5槽式导热油电站流程槽式导热油电站流程热盐罐热盐罐冷盐罐冷盐罐油油-盐换热器盐换热器导热油膨胀系统导热油膨胀系统导热油耗散系统导热油耗散系统蒸汽发生器蒸汽发生器凝汽器凝汽器除氧器除氧器凝结水泵凝结水泵储换热系统集热系统发电系统第一部分:光热发电技术6蒸汽发生器蒸汽发生器凝汽器凝汽器除氧器除氧器储换热系统集热系统发电系统热盐罐热盐罐冷盐罐冷盐罐菲涅耳菲涅耳/槽式槽式 熔盐熔盐电站流程示意图电站流程示意图第一部分:光热发电技术7热盐热盐罐罐冷盐冷盐罐罐蒸汽发生器蒸汽发生器凝汽器凝汽器除氧器除氧器给水给水泵泵凝结水泵凝结水泵565290吸热器储换热系统聚光集热系统发电系统发电系统塔式熔盐电站流程示意图塔式熔盐电站流程示意图第一部分:光热发电技术8550凝汽器凝汽器除氧器除氧器DSG吸热器蒸汽蓄热器塔式塔式DSGDSG水工质电站流程示意图水工质电站流程示意图第一部分:光热发电技术9一、光热发电技术一、光热发电技术二、国内光热发电建设及发展现状二、国内光热发电建设及发展现状三三、光热发电生存、光热发电生存环境环境四、当下的展望四、当下的展望10据国家太阳能光热联盟主编的中国太阳能热发电行业蓝皮书2023统计，截至2023年底，全球太阳能热发电累计装机容量约7550MW（含已运行超过30年的退役机组274MW）。在已装机的电站中，槽式占比约77%，塔式约20%（其中熔盐塔占一半），线菲约3%。槽式线菲塔式截至2023年底，我国兆瓦级规模以上的光热发电机组累计装机容量约588MW，在已装机的电站中，槽式占比约26%，塔式约65%（全部为熔盐塔），线菲式约9%。全球范围以及美国、西班牙等主流光热市场，有价格较高的上网电价，实际发电量决定了项目收益，槽式因发电可靠稳定风险小占绝对比例二、国内光热发电建设及发展现状111.15元/kWh0.61元/kWh7.55GW11%588MW5.1GWh0.53元/kWh全球各类已建成光热电站装机6.2GW6.2GW国际能源署预测，到20502050年，光热发电将贡献全球总用电量的11%11%我国已建成光热电站1111座，装机588MW588MW合计储能规模超过5.1GWh5.1GWh首批光热发电示范项目上网电价20252025年塔式电站预计成本电价20272027年塔式电站预计成本电价资料来源：2023 中国太阳能热发电行业蓝皮书、。二、国内光热发电建设及发展现状1201资料来源：14来源于2021 中国太阳能热发电行业蓝皮书第1222页，5参考CSPPLAZA公开报告文章；6发电量达成率=实际发电量/(设计发电量/12*公布数据的月数)*100%。用以表征电站是否在实际运行中达到设计发电量。序号项目名称主要承建单位投运时间1反射面积2/万储能时长3/h设计发电量4/亿kWh公布的最新长周期发电量5/亿度1首航节能敦煌100MW熔盐塔式光热发电项目首航高科2018.12140113.92.35（2023.1-11）2中控德令哈50MW熔盐塔式光热发电项目可胜技术2018.125471.461.58（2021.92022.8）3中电建青海共和50MW塔式光热发电项目中国电建集团西北院2019.96061.570.41（2024.1-6）4鲁能海西格尔木50MW熔盐塔式光热发电项目山东电力建设第三工程公司2019.961121.600.91（2023）5中电工程哈密50MW塔式光热发电项目中国能建中电工程西北院2019.1272131.980.8（2024.1-8）塔式电站已投运项目运行情况（50MW50MW以上）可胜技术德令哈电站完全达产，其余电站均实现稳定运行，发电量稳步增长。二、国内光热发电建设及发展现状13塔式电站在建项目情况项目形象图项目名称风光配比情况镜场面积(m2)储热配置最新建设进展吉西基地鲁固直流白城140万千瓦外送项目1-1（大安）风电400MW+光伏200MW+光热100MW58万8h+40MW电加热2023年12月，关键设备完成采购2024年2月，EPC中标吉西基地鲁固直流白城140万千瓦外送项目2-1（通榆）风电400MW+光伏200MW+光热100MW58万8h+40MW电加热2024年5月，吸热塔基础浇筑完成2024年8月，定日镜开始安装截止2024年9月，正式开工建设的塔式光热电站共2020个（不含规划及未开工项目），都采用光热+的建设模式，光热及风电光伏的配比以1:61:6及1:91:9为主，镜场反射面积以60806080万为主，储能时长以8 8小时为主。其中，中能建西北院承担3 3个塔式项目EPC；可胜技术在聚光集热系统的市场占有率最高，共承担1111个项目聚光集热系统的技术提供及设备供货。塔式电站在建项目情况-吉林（2 2座）二、国内光热发电建设及发展现状14塔式电站在建项目情况（甘肃-3 3座）项目形象图项目名称风光配比情况镜场面积(m2)储热配置最新建设进展阿克塞汇东新能源有限公司75万千瓦光热+示范项目光伏640MW+光热110MW58万8h2024年1月，定日镜安装完成2024年8月，进入调试阶段金塔中光太阳能10万千瓦光热+60万千瓦光伏项目光伏600MW+光热100MW76.782万8h基本完成安装工作，等待升电站建成，计划今年12月投产三峡恒基能脉瓜州70万千瓦光热储能+项目风电400MW+光伏200MW+光热100MW80万（双塔一机）6h2024年5月，汽轮发电机定子、汽包、蒸汽发生器完成2024年8月，东塔吸热器吊装完成，进入调试阶段。二、国内光热发电建设及发展现状15项目形象图项目名称风光配比情况镜场面积(m2)储热配置最新建设进展中广核德令哈200MW塔式光热发电项目光伏800MW+光热200MW64.6万6h2024年5月，汽机岛基础完成2024年9月，吸热塔浇筑高度破百米，定日镜安装166套海南州共和县光热多能互补和源网荷储一体化项目光伏900MW+光热100MW50万8h2024年6月，吸热塔环基基础浇筑完成；筒座钢筋安装完成，定日镜开始安装。塔式电站在建项目情况（青海-5 5座）二、国内光热发电建设及发展现状16项目形象图项目名称风光配比情况镜场面积(m2)储热配置最新建设进展青海海南、海西基地青豫直流外送项目（1标段）光伏900MW+光热100MW70.02万6h2024年5月，定日镜场桩开始浇筑施工2024年6月，吸热塔、熔盐储罐开始浇筑，青海海南、海西基地青豫直流外送项目（3标段）光伏900MW+光热100MW71.193万12h2024年5月，发电机定子吊装完成2024年6月，定日镜晚装完成三峡能源海西基地格尔木光伏光热项目光伏1000MW+光热100MW74.75万8h2024年5月，吸热塔顺利封顶，发电机定子、汽包吊装就位2024年8月，化学制水、DCS受电、吸热器保温防护安装完成塔式电站在建项目情况（青海-5 5座）二、国内光热发电建设及发展现状17塔式电站在建项目情况（新疆-1010座）项目形象图项目名称风光配比情况镜场面积(m(m2 2)储热配置最新建设进展鲁能阜康90万千瓦光伏+10万千瓦光热多能互补项目光伏900MW+光热100MW58.008万8h2024年3月，总包、聚光集热、熔盐储换热系统定标2024年8月，吸热塔筒壁开始浇筑中能建哈密光（热）储项目150MW光热电站光伏1350MW+光热150MW61.5万8h2024年5月，吸热塔基础混凝土浇筑完成2024年9月，熔盐储罐工程开工国家电投集团河南电力有限公司光热+光伏一体化项目光伏900MW+光热100MW50万8h2024年3月，定日镜顺利开始安装2024年5月，吸热塔顺利封顶二、国内光热发电建设及发展现状18塔式电站在建项目情况（新疆-1010座）项目形象图项目名称风光配比情况镜场面积(m2)储热配置最新建设进展精河新华新能源有限公司“光热储能新能源”一体化基地项目光伏900MW+光热100MW53万8h2023年12月，开工2024年9月，EPC开始招标中国能源建设集团浙江火电建设有限公司光热+光伏一体化项目光伏900MW+光热100MW65.59万12h2024年1月，空冷岛主体封顶唐山海泰新能科技股份有限公司光热+光伏一体化项目光伏900MW+光热100MW52.479万8h2024年3月，吸热塔试桩完成；5月，定日镜开始组装；8月，空冷岛钢支架开始安装，吐鲁番市托克逊县乌斯通光热+光伏一体化项目光伏900MW+光热100MW44.04万8h2024年1月，定日镜开始组装二、国内光热发电建设及发展现状19塔式电站在建项目情况（新疆-1010座）项目形象图项目名称风光配比情况镜场面积(m2)储热配置最新建设进展国投若羌县10万千瓦光热储能配套90万千瓦光伏市场化并网发电项目光伏900MW+光热100MW65万8h2024年7月，吸热塔浇筑至100米2024年8月，定日镜桩钻孔、浇筑80%中电建若羌县10万千瓦光热（储能）+90万千瓦光伏示范项目光伏900MW+光热100MW65万8h2024年8月，吸热塔封顶新华水力发电有限公司博州10万千瓦储热型光热配建90万千瓦新能源项目光伏900MW+光热100MW53万8h2024年8月，吸热塔混凝土浇筑92%，预计九月初封顶，定日镜下线100面二、国内光热发电建设及发展现状20低成本高精度的定日镜+模块化全自动组装生产线 25-40m2的中型定日镜 10-25W小功率驱动机构 双轴跟踪精度1.5mrad 生存风速：36-45m/s瞬时风速 自动化组装生产线 成熟、完整、模块化的工艺流程 全套生产、安装专用工具 面型精度自动控制，不需要安装调整二、国内光热发电建设及发展现状21 节省成本 可扩展性强 运维方便 缩短工期减少线缆及敷设量增加定日镜时，无需电缆敷设和增加电控装置无硬接线的连接点故障设备更换快捷方便无需进行线缆敷设避免安装-调试间的交叉等待“真”无线，零线缆 超越有线控制的响应速度和低延迟 厂用电零消耗 无线控制和通讯发展趋势二、国内光热发电建设及发展现状22 高集成度：集成镜场和吸热器运行分析、协调控制，智能化监控与保护 全自动化：镜场运行控制无需人工干预，一键启停自动调配镜场，智能分配聚光热负荷，自动适应多云工况 智能化：智能预测天气和多云情况，基于预测信息给出多种辅助策略利用大数据和深度学习进行运行控制参数自动优化自动分析和诊断故障 全自动化智能控制二、国内光热发电建设及发展现状23光沿程损失：空气中的浮尘、水分、气溶胶等造成光散射，降低了光的有效利用率，影响集热效率低温：散热量增大，易发生冻堵大风：集热器设计载荷加大、用钢量增加，集热器、定日镜、塔身和塔顶吸收器受高风速影响我国适合建设光热电站的区域，大多伴随着大气通透度低、冬季极低温、大风等特殊自然气象条件，光热电站面临更加严酷的特殊环境挑战。槽式在此不利的自然条件下，叠加我国太阳直接辐射资源偏低于国际主流光热市场，我国太阳能热发电行业仍然取得了令人瞩目的成绩，离不开行业内全体同仁的共同努力二、国内光热发电建设及发展现状24技术产业发展现状-槽式装机容量：50MW技术路线：抛物面槽式(ET150)传热介质类型：联苯联苯醚开口集热面积：621300m2储热容量：9小时完整年发电量：超1.2亿kWh(超2400h)单日最高发电量：114万kWh(约23h)装机容量：100MW技术路线：抛物面槽式(ET150)传热介质类型：联苯联苯醚开口集热面积：1151040m2储热容量：10小时完整年发电量：3.4亿(约3400h)单日最高发电量：221万kWh(约22h)德令哈50MW槽式太阳能热发电项目乌拉特中旗100MW槽式太阳能热发电项目二、国内光热发电建设及发展现状25多云天气下槽式电站运行环保要求不会产生光污染，不影响候鸟迁徙，生态环境保护自然条件影响光线反射路径较短，受空气洁净度影响较小，受风力影响较小纬度影响低纬度地区效率相对较高，高纬度地区可以通过合理的镜场布置有效降低占地面积集热损失电站开发规模具有模块化，光路短、衰减小更适合单体大规模电站开发选址要求不受军管区、飞行航线等地域条件限制辐照影响在太阳辐照低、大幅波动工况下可稳定发电得益于槽式电站选址的限制性因素少、发电稳定可靠，在追求发电量及保供的项目中应用较有优势二、国内光热发电建设及发展现状技术产业发展现状-槽式26西藏日喀则扎布耶盐湖绿色综合开发利用，万吨电池级碳酸锂供能项目类孤网运行，生产稳定性要求高，供电供汽需保障供应追求运行可靠稳定导热油槽式技术路线，190条ET150集热回路，16h储能，装机40MWe西藏扎布耶源网荷储一体化综合能源供应项目选址因素目前在西藏当雄有三个槽式光热电站共计250MW处于开发阶段，即将投建(选址限制因素：机场、候鸟保护区、地震烈度高)二、国内光热发电建设及发展现状技术产业发展现状-槽式27国内已投运的两个槽式光热电站、一个在建槽式光热电站，均采用的是国际成熟集热器技术，尚未通过技术升级降低电站投资，目前中广核、中电工程西北院、常州龙腾等单位均在进行大开口新型集热器的研发与应用新型大开口集热器集热场管道长度降低约40%，传热流体用量降低约25%，电站占地降低约10%液压驱动、LOC、倾角传感器、柔性连接、连接电缆等使用数量减少约40%，集热管使用数量减少约30%，回路进出口阀门数量减少40%二、国内光热发电建设及发展现状技术产业发展现状-槽式28中广核、常州龙腾均在进行熔盐槽试验回路的建设测试，使用熔盐替代导热油作为传热介质，将大幅降低槽式电站造价，第一个百兆瓦级别的商业化熔盐槽式电站或将在中国实现。新型传热介质-熔盐槽式光热电站造价劣势：昂贵的导热油系统、冷热盐罐可利用焓差小。采用熔盐作为传热流体，减少熔盐用量,大大简化电站系统流程，降低初投资。二、国内光热发电建设及发展现状技术产业发展现状-槽式2929熔盐线菲采用熔盐线菲采用二元二元熔盐作为熔盐作为集热集热、传热和储热统一工质传热和储热统一工质，实现高温储热发电实现高温储热发电。20202020年年5 5月月，兰州兰州大成敦煌熔盐线性菲涅耳式大成敦煌熔盐线性菲涅耳式5050MWMW光热光热电站电站投入商业化运行投入商业化运行，为太阳能热发电探索一种为太阳能热发电探索一种性价比更高性价比更高的的技技术路线术路线。二、国内光热发电建设及发展现状技术产业发展现状-菲涅耳3030示范项目通过示范项目通过3 3年运行年运行，在运行过程中进行针对性的技术升级改造在运行过程中进行针对性的技术升级改造，目前已目前已实现平稳安全高性能的运行实现平稳安全高性能的运行，验证了熔盐线聚焦技术的可行性验证了熔盐线聚焦技术的可行性。近年来近年来，兰州兰州大成在熔盐线菲方向的产业化发展和产业链建设取得重要进展大成在熔盐线菲方向的产业化发展和产业链建设取得重要进展，已初步形成已初步形成（2 2研发中心研发中心+多制造基地多制造基地）的产业集群的产业集群，年产能达到年产能达到300300MWMW规模规模，2525年达到年产能年达到年产能500500MWMW规模规模。二、国内光热发电建设及发展现状技术产业发展现状-菲涅耳3131熔盐线菲熔盐线菲的成本的成本优势优势、运维优势已经显现运维优势已经显现，得到太阳能热发电行业和市场的认可得到太阳能热发电行业和市场的认可。二、国内光热发电建设及发展现状技术产业发展现状-菲涅耳3232二、国内光热发电建设及发展现状技术产业发展现状-菲涅耳3333“沙戈荒”“沙戈荒”大基地项目建设中，更大大基地项目建设中，更大规模的电站能显著降低光热发电度电规模的电站能显著降低光热发电度电成本，能更好发挥系统的储能调峰作成本，能更好发挥系统的储能调峰作用用。目前目前多个多个200MW200MW级别新规划项目正级别新规划项目正在论证阶段，且已申报敦煌在论证阶段，且已申报敦煌2 2350MW350MW等等300MW300MW以上级别的项目以上级别的项目。二、国内光热发电建设及发展现状技术产业发展现状-菲涅耳34一、光热发电技术一、光热发电技术二、国内光热发电建设及发展现状二、国内光热发电建设及发展现状三三、光热发电生存、光热发电生存环境环境四、当下的展望四、当下的展望35成本日益下降的光伏风电，和成本日益下降的电化学储能，以及电热储能设备。三、光热发电生存环境36成本日益下降的光伏风电，和成本日益下降的电化学储能。三、光热发电生存环境37根据彭博新能源财经，直至2030年，储能将以27%的复合年增长率增长，其中2030年年新增装机容量达110GW/372GWh，是2023年预期数字的2.6倍。三、光热发电生存环境38根据CNESA全球储能项目库的最新统计，截至2023年底，中国已投运的储能项目累计装机规模达到了86.5GW，同比增长了45%。抽水蓄能项目以51.3GW的累计装机规模继续占据主导地位，但自2015年以来，其规模占比持续下滑，2023年首次跌破60%。与此同时，新型储能项目累计装机规模达34.5GW/74.5GWh，在2023年实现了迅猛增长，新增装机规模高达21.5GW/46.6GWh，是2022年的三倍之多，并首次在新增投运规模上超过了抽水蓄能，近乎其四倍。三、光热发电生存环境39 容量大型化：百MWh级大型储能电站项目不断涌现 高度集成化：高度集成的预制舱式储能设备 场景全面化：新能源、火电、电网调峰调频、黑启动、用户侧灵活性改造灵活性改造(深度调峰深度调峰)AGCAGC调频调频调峰调峰/调频调频无功支撑无功支撑需求响应需求响应支撑新能源独立参与电力辅助服务辅助火电机组跟踪计划出力跟踪计划出力减少弃风弃光减少弃风弃光平滑出力波动平滑出力波动 储能电站发展趋势三、光热发电生存环境40电储能集成设计方案分类3、电化学储能技术现状=AC-DC-AC变压器电网=DC-ACWTGSBESS交流母线变压器交流耦合型光储拓扑图直流耦合型光储拓扑图=DC-AC变压器=DC-AC变压器BESS电网PV=DC-AC变压器=DC-DCBESS电网=PVG=DC-AC=DC-AC厂高变厂用负荷发电机主变电网电网调度端厂用负荷厂用母线厂用母线储能控制单元AGC指令储能出力指令发电机出力远动RTUAGC指令=DC-ACBESS=DC-ACBESS=DC-ACBESS=DC-ACBESS电池储能单元#1电网调度电池储能控制中心本地负荷#1电池储能单元#n输电线路本地负荷#n交流耦合型风储拓扑图电网侧储能拓扑图火储联合调频拓扑图光伏风电出力特性，对于调相机，构网型储能等有客观必要需求。三、光热发电生存环境41光伏加电加热器成本？设备形式设备形式电阻式电阻式电极电极/电阻式电阻式电感式电感式电压等级380V、690V、6kV、10kV？6kV、10kV？6kV、10kV单台功率约15MW约50MW约15MW效率98%98%98%三、光热发电生存环境电热转化热电转化42一、光热发电技术一、光热发电技术二、国内光热发电建设及发展现状二、国内光热发电建设及发展现状三三、光热发电生存、光热发电生存环境环境四、当下的展望四、当下的展望43未来展望-超临界COCO2 2布雷顿循环（S S-COCO2 2循环）提高发电效率：当热源温度超过500时，S-CO2循环的热效率高于传统的蒸汽朗肯循环和氦气布雷顿循环，且随着温度的升高，效率持续提高。降低发电成本：S-CO2循环结构紧凑、体积小，相比传统的水蒸气热力循环发电系统，S-CO2循环系统建设成本、运行、维护成本更低，并且寿命更长，经济效益更好。首台套：中国科学院电工研究所在全球范围内率先实现包括高焦比聚光场、颗粒吸热器、颗粒/超临界二氧化碳换热器、超临界二氧化碳压缩机透平机组和高速电机在内的超临界二氧化碳太阳能热发电系统运行。项目采用定日镜聚光，塔高118米。20242024年8 8月我国科学家成功研制了首座超临界COCO 太阳能光热发电机组。塔式光热电站集热温度高，塔式最具与超临界COCO 结合的潜力。光热发电由于集热储热系统的温度限制了转化效率上限，和较为复杂的透平循环造成的能量损失，目前的效率相比于光伏发电系统较低，发电成本也较高。塔式光热电站结合超临界CO2循环是未来突破这一效率极限的有效方向。四、当下的展望44四、当下的展望 大容量（200MW以上）超临界机组，高能流密度吸热器，镜场控制；高效低成本定日镜；大容量直流新型蒸汽发生器；熔盐系统泵，阀；大容量高电压电热转化装备；45一体化联营光伏发电和风力发电具有间歇性、波动性和随机性等特点。为克服这些局限性，光热与风电光伏一体化联营成为未来光热技术发展的重要方向。多能互补：光热发电具有储能特性，风电和光伏发电则具有灵活性和可扩展性。三者结合，可以实现优势互补，提高能源系统的整体稳定性和可靠性。系统集成：光热、风电和光伏系统系统集成有助于降低建设和运营成本，提高能源利用效率。灵活调节：光热发电可以作为调峰电源和储能装置，在风电和光伏发电出力不足时提供补充电力；同时，风电和光伏发电也可以为光热发电提供热量来源，提高光热发电的效率和稳定性。内蒙古自治区光热发电与风电光伏发电一体化系统项目实施细则（征求意见稿）提出，光热发电、风电、光伏发电装机规模按照 1:2:01:2:0 或 1:1.5:1 1:1.5:1 或 1:1:2 1:1:2 三种方案进行配比，对光热发电的激励作用巨大。四、当下的展望46“四个革命”推动能源消费革命，抑制不合理能源消费；推动能源供给革命，建立多元供应体系；推动能源技术革命，带动产业升级；推动能源体制革命，打通能源发展快车道。四、当下的展望太阳能热发电当下最需要的是体制层面的制度；技术革新和成本下降只是有力的支撑，内蒙古自治区光热发电与风电光伏发电一体化系统项目实施细则近期的征求意见，或将开启新的篇章。4747谢谢大家！