當前位置

首頁 > 百科技術 >

低溫太陽能光熱發電待挖的巨大金礦

太陽能熱發電技術一直以來被歸為高溫段的太陽能熱利用,事實上,得益于低溫有機朗肯循環技術的發展,低溫太陽能熱發電技術也正逐步開始走向應用,其潛在的巨大市場價值開始受到越來越多的關注。

2012年4月份,長期從事太陽能低溫熱發電技術研究的孟寧博士從加拿大回國,創辦了南京微陽電力科技有限公司(以下簡稱微陽)和南京美晟新能源科技有限公司,專注于低溫朗肯循環太陽能熱發電技術的研發和產業化。一年后的今天,其已經成功開發出了1kW和10kW的低溫朗肯循環熱發電系統樣機,并取得了一系列的科研成果。日前,CSPPLAZA記者專訪了孟寧。

更適合中國國情

“我們不要盲目跟風,一窩蜂地都去搞高溫太陽能熱發電,事實上,低溫太陽能熱發電更適合中國國情。”孟寧在接受CSPPLAZA記者采訪時闡述了他的觀點。在孟寧看來,中國的低溫太陽能熱利用技術已經全球領先,產業十分成熟,規模十分龐大,低溫太陽能熱發電技術所需要的熱源溫度可以通過低成本的成熟集熱技術獲得。而且,中國的低溫熱利用市場是從農村和鄉鎮發展起來的,擁有廣泛的群眾基礎,更易推廣。

“當前國內玻璃、鋼材等產能嚴重過剩,太陽能熱發電站的建設對這兩種產品的需求極大,是可以有效緩解上述產能過剩的新興產業。其對社會各產業的帶動性極大,對經濟的驅動效應十分明顯。甚至可以說其是類似于房地產的又一大產業。依靠房地產驅動經濟發展并非健康的經濟發展方式,通過推動光熱發電產業發展則是完全健康的、綠色的產業經濟之路,也是適合中國產業經濟結構調整的正確選擇。”孟寧對太陽能熱發電產業的經濟帶動性表達了自己的觀點,這也與本網此前采訪的多位業內人士的觀點相一致。

低溫太陽能熱利用目前以熱為主,市場競爭十分激烈,而以低溫太陽能為熱源,通過有機朗肯循環產出電力,依然是一個空白市場。“如果能把中國的太陽能低溫集熱技術與低成本的有機朗肯循環低溫熱發電技術結合起來的話,我們完全可以走出一條擁有完全自主知識產權的光熱發電之路,并成長為全球領先的太陽能熱發電市場。原因在于中國擁有成熟的、龐大的太陽能熱利用產業和十分完整的產業鏈。”孟寧信心滿滿地說道。

孟寧表示,高溫太陽能熱發電自上世紀80年代,美國建設第一批槽式光熱電站以來,已經發展了20多年,但成本依然很高,可下降的潛力也十分有限,這是因為要獲取高溫熱源,太陽能集熱裝置必須采用大面積、高聚光比、高跟蹤精度的聚光集熱方式,這導致整個系統的控制難度很大、安裝和運行管理、維護復雜,成本難以下降。這是太陽能高溫熱發電的發電成本遠高于傳統火力發電而至今未能大規模產業化的主要原因,也是其在中國進行商業化應用開發的最大障礙。在孟寧看來,低溫光熱發電完全可以取代高溫光熱發電,從循環效率上來看,高溫蒸汽朗肯循環的發電效率也只有15%左右,與低溫光熱發電的效率相差無幾,沒有必要為了獲取高溫熱源而投入高昂的額外成本。

高溫光熱發電目前的單位kW投資成本大概在25000元人民幣左右,那么,對于低溫太陽能熱發電,其成本可以做到多少呢?孟寧表示,如果實現規模化開發,即相關的設備、組件全部實現規模化生產,電站裝機實現規模化,其單位kW投資成本大概可以做到10000元人民幣左右,是高溫太陽能熱發電的將近1/3,以20年運營壽命粗略估算,度電成本僅為三毛多錢。但這僅僅是目前的理論推定,現在進行準確的實際成本核算還為時過早。可以肯定的是,其成本比高溫光熱發電會低很多。這對于中國的電力市場來說,顯然更易接受。

當前的技術瓶頸

傳統火電廠和高溫太陽能熱發電都是采用以水蒸汽為介質的朗肯循環,而有機朗肯循環低溫熱發電技術是以低沸點有機物為工質的朗肯循環。兩者的最大區別在于所采用的工質不同,工質的改變為有機朗肯循環發電帶來了兩個核心難題,一是工質的選擇,二是透平的設計。

孟寧對CSPPLAZA記者表示,對于上述兩個難點,微陽主要是通過對低沸點有機工質的優化設計及組合,配制出熱物性最佳的共沸物。對于不同的集熱溫度,最佳的工質選擇也會有所不同,微陽擁有針對不同集熱溫度配比不同的最佳適用工質的能力。微陽所研發的有機工質,甚至可以在超低溫(100攝氏度左右)進行高效循環。與傳統的低溫熱發電技術相比,對熱源的溫度要求低,同時還可大幅度提高熱電轉化效率。

據了解,有機工質的可選種類繁多,如何選擇配制出合適的有機工質是這項技術的核心之一。目前在研究和應用方向上多采用R123、R236ea、R60la、R245fa、正戊烷等作為有機工質,這些工質大都有較大的環境影響和安全問題,開發出環境友好、安全高效的有機工質是該項技術推廣應用的重要課題。孟寧對此表示,“對有機工質的選擇,應首先評估其環境影響,這是從事這方面研究的科研人士需要優先考慮到的,應盡最大可能地降低工質的環境影響,開發出安全、不可燃、低排放的有機工質。”而對于微陽所開發的有機工質究竟是一種什么樣的工質,由于涉及到企業核心技術,孟寧沒有向記者透露。

在透平設計方面,低溫朗肯循環汽輪機的設計與傳統蒸汽輪機有很大不同。中國科學技術大學從事低溫太陽能熱發電技術研究的相關人士在接受CSPPLAZA記者采訪時表示,“不像傳統火電的汽輪機,低溫朗肯循環汽輪機為非標產品,根據所選用的有機工質的不同,汽輪機的設計都會有所不同,因此要根據工質等各方面因素綜合考慮設計方案。”另外,這種汽輪機的制造還涉及到工質的密封問題等工藝難點。目前,我國幾大汽輪機廠都對這種汽輪機進行了一系列的研發,據本網記者了解,目前技術較為領先的為杭州汽輪機廠。孟寧表示,微陽目前也正在與相關合作單位致力于開發高效的,低成本的無泄露低溫熱發電汽輪機。

也正是基于突破上述技術瓶頸的理想,微陽目前的核心工作仍是研發,而非市場開拓。孟寧認為,一個企業只有把技術做好了才有資格、有能力去做市場,沒有技術,一切都是空談。

對于高溫光熱發電,人們一直在試圖改進集熱技術來提高工質溫度,從而實現更高的熱電轉換效率。而對于有機朗肯循環,則并非如此。孟寧告訴CSPPLAZA記者,低溫朗肯循環的效率與溫度之間的關系比較復雜,根據不同工質的不同特性都有所不同。某種層面上來說,到了一定的溫度,其效率可能就升不上去了。具體的臨界溫度和工質的選擇有關。低溫朗肯循環的定位就是低溫發電,沒有必要去投入更多成本來獲得更高的熱源溫度。

另外,太陽能低溫光熱發電還可以輕松實現全天候發電,即便在沒有儲熱的前提下,在白天也可以利用太陽能集熱,晚上利用燃氣等熱源發電。通過成熟儲熱技術的應用還可以進一步改善電能質量,使其對電網不造成任何沖擊,是真正的電網友好型綠色能源。同時其還可以用于熱電聯產,可以根據實際需要進行熱、電發生的靈活配置。在分布式太陽能發電市場,這是比光伏發電更優的分布式太陽能發電和太陽能供熱解決方案。當然,基于其模塊化的設計,也可以用來組建大規模光熱電站,規模化成本優勢將會更加明顯。

太陽能低溫熱發電的優勢還在于,其基本不需耗水,發電部分不用水做介質,冷卻也采用空冷系統,耗水環節僅僅發生在對集熱器的清洗等方面,耗水量極低,這對于太陽輻照資源豐富而水資源短缺的地區十分適宜。

再者,由于其對熱源的溫度需求較低,產生100攝氏度左右的有機工質蒸汽即可發電,這對太陽輻照的要求較低,現有的CPC集熱器、小型槽式集熱系統等成熟的太陽能集熱技術可在全國大部分地區輕松獲得這種溫度的熱源,使得這種技術的可開發利用的地域限制大大降低,市場廣度大大增加,市場潛力巨大。

孟寧表示,目前,微陽正在進行有機朗肯循環系統的中試,現擁有1KW和10KW的兩種太陽能低溫熱電聯產樣機系統,并將于近期開始接入太陽能集熱系統進行聯調,預計有機工質蒸汽溫度在180攝氏度左右。

對于微陽的近期規劃,孟寧告訴CSPPLAZA記者,微陽目前一方面在全力推進技術的研發和系統的中試,另一方面也已與相關投資方建立了良好的合作意向,一切順利的話,預計到明年會有幾筆資金注入,屆時公司在技術方面的儲備也將完成,將開始重點推動其產業化應用。

Microsolar,意為“用小型汽輪機驅動太陽能發電”,這是孟寧對其公司英文名稱的解釋。小太陽,大夢想!這也寄托著孟寧的個人理想:掌握中國人擁有完全自主知識產權的低溫太陽能熱發電技術,并將其推向產業化。

如若低成本的低溫太陽能熱發電技術瓶頸被徹底突破,如孟寧一樣的科學家的理想得以實現,這一潛力巨大的市場將被引爆。這很可能是一座巨大的尚未開墾的金礦,而最先做好技術儲備的企業,將掌握這座金礦的開采權。

[新聞看累了?]