光热储能光热玻璃与陶瓷纤维的增量市场.docx
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1、1、光热储能原理:以热能为核心1.1.光伏&光热:同根生的两兄弟光伏发电和光热发电是太阳能发电最主要的两种形式。光伏发电是利用半导体界 面的光生伏特效应,将光能直接转变为电能的技术;而光热发电那么是通过利用大 规模的集热镜和传统的蒸汽发电机热力循环做功,将光能先转化为热能,再转化 为机械能,并最终产生电能的技术。图1:光伏发电资料来源:电池网,图2 :塔式光热发电资料来源:CSTA ,光伏发电:光伏效应,光能直接转化为直流电。光伏发电系统的核心为光伏组件, 其由多个单晶/多晶硅成分的光伏电池片串联构成。当太阳光照射在高纯硅上, 使电子跃迁,形成电位差,光能直接转变为电能,产生直流电,并在逆变器
2、、升 压系统的作用下转变成高压交流电,最终实现用电、并网功能光热发电:经过“光能-热能-机械能-电能”这一转化过程,产生交随。光热发 电通过反射镜、聚光镜等聚热器将采集的太阳辐射热能汇聚到集热装置,加热装 置内的导热油、熔融盐等传热介质,传热介质经过换热装置将水加热到高温高压 蒸汽,进而驱动汽轮机带动发电机发电。除发电所用热源不同,其后端技术路径 与火力发电并无较大差异,且产生电流为交流电,可直接实现并网2。相较于光伏,我国光热开展相对滞后。2021年,我国光伏发电累计装机容量达 306.4GW ,同比+21% ;光热发电累计装机容量仅538MW ,同比持平。无论从 装机总量还是装机增速来看,
3、光伏发电均远高于光热发电,其主要原因是光热度 电本钱远高于光伏,在市场化的条件下不具备竞争优势。1.4,我国光热储能电站开展历程中国光热发电两沉两浮。1)蹒跚起步。中国光热发电初次尝试发生在十多 年前的内蒙古鄂尔多斯,彼时政府拟筹划在当地建设一个50MW级光热示范电 站,并于2006年召开的中德科技论坛上升级为中德合作工程,但受制于技术水 平和发电本钱等因素,工程逐渐被搁置。2)焰火重燃。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工程的通知,确定了首批20个太 阳能热发电示范工程,重燃市场对光热发电的热情,后续中控青海德令哈工程 10MW塔式、首航敦煌10MW塔式等一系列工
4、程拉动光热开展进入快车道。3) 再陷低谷。随着18年底示范电价退坡机制的启动,19-20年光热工程建设再次 陷入停滞。4)峰回路转。21年开始,随着国家“双碳”战略的逐步深入,光热 储 能具备比拟优势,行业关注度逐渐回升,有望迎再次开展。2003-20102011-20152016-2021 xT2021 至今萌芽阶段/瀚和产业链完善阶段/商业化示范阶段,光热开展进入新纪元我国开始建设假设干个 光热试验性示范工程, 并酝酿第一个光热发 电特许权招标工程, 社会资本开始布局光 热发电产业链,一批 先驱型光热发电企业开始诞生我国相继建成了多个小型试验示范性工程,国内的光热发电装备制造业获得了长足开
5、展,产业链逐步健全壮大趋于完整2016年国家首批示范工程名单和电价政策落地,首批20个国家光热示范工程循序推进光热“储发一体”价值凸显,“双碳战略下,预计光热将和光伏、风电配合,构成基于新能源的电网新体系,光热开展持续向好图9 :中国光热行业开展历程图资料来源:CSPPLAZA光热发电网,整理并绘制表4 :我国已投运光热发电工程一览工程名称投运日期装机容量(MW )储能时长(h)工程地点青海中控10MW塔式太阳能热发电站2013/7/1102中广核德令哈50MW光热工程2018/6/30509青海首航节能敦煌100MW熔盐塔式光热工程2018/12/2810011甘肃青海中控德令哈50MW光热
6、工程2018/12/30507青海鲁能海西格尔木50MW熔盐塔式光热工程2019/9/195012青海中电建青海共和50MW光热发电工程2019/9/19506青海中电哈密50MW塔式光热发电工程2019/12/295013新疆资料来源:北极星太阳能光热网,CSPPLAZA光热发电网,CSTA等,整理敦煌熔盐线菲5万千瓦光热发电示范工程2019/12/315015甘肃中核龙腾乌拉特中旗100MW槽式光热电站2020/1/810010内蒙古玉门鑫能50MW光热工程2021/12/30509甘肃2.光热储能电站将进入开展快车道政策鼓励,光热储能绽放2021年,在经历了近两年的市场寂静期后,中国光热
7、发电行业迎来了承上启下 的新元年。随着新能源装机规模不断扩张,光热发电“储发一体”优势凸显,与 光 伏、风电协同互补,在清洁供电的同时保证电网的高效稳定。而国家21年以来 也不断推出涵盖光热发电在内的一系列指导性意见,助力光热发电与风电、光伏 的融合开展、联合运行,以及储热型太阳能热发电的开展。表5 : 2021年以来我国光热发电相关政策政策政策日期友布机构主要内容国务院关于加快建立健全绿色低碳循环开展提升可再生能源利用比例大力推动风电、光伏发电开展2021/2/22国务院经济体系的指导意见国家电网公司发布“碳达峰、碳中和“行动方案2021/3/1国家电网加快能源技术创新,提高新能源发电机组涉
8、网性能,加快因地制宜开展水能、地热能、海洋能、氢能、生物质能、光热发电光热发电技术推广应用。提升灵活调节电源的比重,建设调峰电源,开展“新能源+储能二光热发电,提高系统 调(2021年能源工作指导意见2021/4/19国家能源局节能力2021年风电、光伏发电量占全社会用电量比重到达11%左右。推动有条件的光热发电示范工程尽早建成并网。建立保障性并网、市场化并网等并网多元保障机制,对于保障性并网范围以外仍有意愿并网的工程,可通过自建、关于2021年风电、光伏发电开发建设有2021/5/11国家能源局合建共享或购买服务等市场化方式落实并网条件后,由电关事项的通知网企业予以并网。并网条件主要包括配套
9、新增的抽水蓄能、储热型光热发电、火电调峰、新型储能、可调节负荷等灵活调节能力。关于2021年新能源上网电价政策有2021/6/7国家发改委2021年起,新核准(备案)海上风电工程、光热发电项关事项的通知目上网电价由当地省级价格主管部门制定,具备条件的可 通过竞争性配置方式形成,上网电价高于当地燃煤发电基 准价的,基准价以内的局部由电网企业结算。鼓励各地出 台针对性扶持政策,支持光伏发电、陆上风电、海上风电光热发电等新能源产业持续健康开展。关于加快推动新型储能开展的指导意见2021/7/15国家发一改委r国家能源局以需求为导向,探索开展储氢、储热及其他创新储能技术的研究和示范应用。关于鼓励可再生
10、能源发电企业自建或购买调峰能力onod/ft/dnZUZ l/oz IU增加并网规模的通知鼓励发电企业通过自建或购买调峰储能能力的方式,增加国家发改委、国家能源局可再生能源发电装机并网规模。鼓励多渠道增加调峰资源。承 担可再生能源消纳对应的调峰资源,包括抽水蓄能电站、化学 储能等新型储能、气电、光热电站、灵活性制造改造的煤电。在能源绿色低碳转型行动方面指出将积极开展太阳能光热发电,推动建立光热发电与光伏发电、风电互补调节的行动方案的通知2021年10月国务院风光热综合可再生能源发电基地。在推进绿色低碳科技创 新行动方面那么明确,要加快先进适用技术研发和推广应用。其中包含推进熔盐储能供热和发电示
11、范应用。鼓励重大创新示范,各省级能源主管部门应在确保平安前关于推进2021年度电力源网荷储一体2021/11/10化和多能互补开展工作的通知国家能源局综合司提下,以需求为导向,优先考虑含光热发电、氢能制输储用、梯级电站储能、抽气蓄能、电化学储能、压缩空气储能、飞轮储能等新型储能示范的“一体化”工程。资料来源:2021年中国太阳能热发电行业蓝皮书,整理2.1. 光热储能电站本钱已有显著下降技术成熟+国产=光热度电本钱不断下降。近年来可再生能源发电本钱不断下降, 局部已低于传统化石能源发电本钱,据国际可再生能源机构(IRENA)报告显示: 2010-2020年,全球光伏电站发电平均本钱降幅最大,达
12、85% ;光热发电系统其次,约为68%o在技术路径不断成熟、供应链不断完善以及核心器材 国产的综合逻辑下,我国光热发电有望摆脱过去经济性不强的局面,叠加风光储 大基地Z战略,度电本钱在未来几年将持续快速下降。0.400.250.200.150.100054 2021年3月,国家开展改革委、国家能源局发布关于推进电力源网荷储一体化和多能互补开展的指导意见,提出积极实施存量风光水火储一体化”提升,稳妥推进增量风光水(储)一体化”,探索增量风光储一体化”,严控增量风光火(储)一体化”的策略。2.2. 光热储能电站:稳定发电为其核心优势新能源发电痛点在于波动较大,对电网负荷造成冲击 在火力发电主导的传
13、统电力系统中,电能的供应曲线相对稳定,但用电曲线在年内、日内存在屡次峰谷波动。此前通过了解需求侧、控制发电侧的基本策略,预 判用电高峰,预设发电出力计划,可较好解决电能供需错配问题。近年,随着可 再生能源发电装机比例的提升给发电侧增添了诸多不可控、不稳定因素。风电、光伏发电受制于自然条件因素,常具有波动性、随机性、反调峰性等特点,而其“极 热无风、晚峰无光5”等弊病早已是“老生常谈”。据国家电网测算,2035年前,我国风电、光伏装机规模将分别达7亿、6.5亿千瓦,而所带来的日最大波动率 预计分别达1.56亿、4.16亿千瓦,大大超出电网调节能力。我国电网迫切需要 重新构建调峰体系 以具备应对新
14、能源5亿千瓦左右的日功率波动的调节能力。图11 :新能源发电与居民用电存在季节性偏差图12 :新能源发电与居民用电存在日偏差负荷曲线一风电出力曲线-0.50负荷曲线一风电出力曲线-0.50IE9ZZ0Z 10SZZOZ 用3ZZ0Z 8NZ9ZWZ IEQZZOZ IEI二 ZOZ * n TZOZ TEOI 二 ZOZ OTGOIK TE9I20Z 吊8 mz EfnQ - ZOZ BZZ9EZ TE,I9I 导 IE10Z0Z 第 nozoz soIdsz Mgogz Te.n TEqozoz 吊 9CHR0Z 360g 吊 to-osz TEEQOZOZ 6E90Z0Z T290Z0Z
15、H6I0Z 吊二 G10Z 吊2.6T0Z TC6SZ Ifwsz 吊 86I TmknQ6I0z 另46Toz l9臬 ION 8za6Toz Mw-6sz王出区5 0 5 0 54 4 3 3 2 o o o o O亿乩时A.轴, , IQ电发电同亿T JCW)( 6R亿比时右轴)资料来源:Wind ,资料来源:李宏仲等著考虑经济性的日前风电消纳动态评估方法,储能系统6具备平滑波动、削峰填谷能力,是新能源发电的重要稳定器储能技术是应对以风、光为主的新能源系统波动性、间歇性的有效技术。成熟的 储能技术在发电侧可平滑风光电系统的波动,从而提高并网风电、光电系统的电 能质量和稳定性,改善新能源发
16、电波动性等短板;在电网侧、用户侧,储能技术 可很好地解决电能供需错配问题,从而减少电网短时承压过高或峰时用电缺乏带 来的平安性、稳定性问题,并有效消纳可再生能源,防止“弃风弃光”现象。5我国电网负载高峰多见于晚间时段和夏季,而晚间光伏发电无法工作,夏季风力发电功率较低,新能源发电与电网负载形 成日内、季节间错峰。6储能系统是通过特定的装置或物理介质,在电网低负荷时段将电能转化为不同形式的能量储存起来,在高负荷时段将能量 释放,从而减轻电网波动的技术。按照储能介质进行分类,可以分为机械类储能、电气类储能、电化学类储能、热储能和 化学类储能。图13 :储能系统的削峰填谷作用图14 :储能设备降低火
17、电装机容量原理图(以孤岛电站为例)-hl/务零燃兴储能系统从电 网充电功率峰值而求理大 仅有几小时储能系统向电网 放电不配胃储能 系统的电力 需求分税 配置储能系统后 的电力需求分出-储能纣/短率和电 乐来均衡供需 m压缩空气储能机械储能容量大、工作时间长、忠投员 l=J效率相对较低.建站条件尔手以出7IJ北力乂电,人烈罗、kun长调峰、系统备用飞轮储能机械储能功率密度高、寿命长、较苛刻、响应慢环境友好、响应速度快能量密度低、自放电率高、频率控制、UPS锂电池储能电化学储能能量密度高、响应速度快、 环境活应性强、重量轻技术不成熟提升电能质量、备用电源、铅酸蓄电池储能电化学储能技术成熟、结构简单
18、、 价格低寿命较短(5-8年)、本钱较高、功率较移动设备供电钠硫电池储能电化学储能能量密度高、循环寿命长、功率特性好、响应速度快小、存在平安风险提升电能质量、由守七军用不宜深J度充放电和人规模七1坨由JIJ液流电池储能电化学储能寿命长、平安性好、环境 友好、响应速度快放电、寿命短、污染环境提升电能质量、UPS、超导储能电磁储能响应速度快、功率密度高、 充放电快由于采用液态钠,稳定性较调峰、可再生储能固定式大规模储能超级电容储能电磁储能响应速度不快材料昂贵、运营本钱高、能量密度低、维护复杂移动通信基站、卫星通信系统投资本钱高、能量密度低、资料来源:中E资料来源:中E? 2020 年)抽水蓄能熔融
19、盐储能1.8%熔融盐1T 1鬻能压缩空气储能-2%飞轮储能on NON0.2% 、储存能量大、储存时 陈椅右好.平均本钱低有一电化学储能25%图 16: 21其他4%发电、调峰抽水蓄能71%资料来源:,资料来源:CNESA全球储能工程库,2.3. 光热储能还可应用于供暖及工业蒸汽等场景光热制工业蒸汽,助力蒸汽价格与煤炭、天然气价格解耦。工业蒸汽通常是由燃 烧煤炭、天然气加热液态水产生过热蒸汽制得,下游主要用于满足工业企业生产 的加热需要,其一典型应用是在稠油开采领域的应用。稠油胶质沥青含量高、粘 度大、流动性差,需通过蒸汽热采以获得较好的经济效益。而在近年化石能源价 格大幅上涨及优化能源结构、
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