概述太陽能熱發(fā)電，也稱聚光型太陽能熱發(fā)電(Concentrating Solar Power, 簡稱 CSP)或光熱發(fā)電(Solar Thermal Electricity,簡稱 STE

概述

太陽能熱發(fā)電，也稱聚光型太陽能熱發(fā)電(Concentrating Solar Power, 簡稱 CSP)或光熱發(fā)電(Solar Thermal Electricity,簡稱 STE)是利用太陽能轉(zhuǎn)化成熱能，產(chǎn)生高壓蒸汽驅(qū)動汽輪機發(fā)電。光熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電原理與火電系統(tǒng)基本相同，都是通過產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽驅(qū)動汽輪機運動，從而帶動發(fā)電機發(fā)電。光熱發(fā)電和火力發(fā)電的不同點在于熱量的來源，火電主要以煤炭、石油和天然氣等化石燃料作為熱量來源，加熱水產(chǎn)生蒸汽；而光熱發(fā)電則以太陽光作為熱量來源，通過聚光集熱將某種傳熱工質(zhì)加熱到高溫，再經(jīng)過熱量轉(zhuǎn)換裝置產(chǎn)生高壓蒸汽驅(qū)動汽輪機運作。光熱發(fā)電不但不依賴于光照, 可在夜晚或弱光條件下發(fā)電, 而且與電網(wǎng)匹配性好, 輸出電能穩(wěn)定，可儲能、可調(diào)峰、可連續(xù)發(fā)電，考慮儲能的情況下更具成本優(yōu)勢，生命周期更長、 污染更少。

光熱電站通常由太陽能集熱場、儲能系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)三大模塊組成。

光熱作為調(diào)峰利器，具有兩大獨特的優(yōu)勢：

• 光熱電站通過將白天產(chǎn)生的多余熱量通過熔鹽或?qū)嵊偷冉橘|(zhì)儲存，在夜間釋放熱量，產(chǎn)生高溫高壓蒸汽、驅(qū)動汽輪機發(fā)電。儲熱時間根據(jù)電站設(shè)計要求設(shè)定。光熱發(fā)電的優(yōu)勢在于聚集陽光，轉(zhuǎn)換成熱在帶動汽輪機發(fā)電，特性和火電一致具備調(diào)節(jié)功能，儲熱成本也可降低，成為儲能調(diào)峰、經(jīng)濟可行的關(guān)鍵新能源形式。
• 利用余熱進行熱電聯(lián)供。光伏直接由光轉(zhuǎn)換成電，無熱量產(chǎn)生；而光熱發(fā)電會產(chǎn)生大量熱量，因此可通利用剩余熱量進行熱電聯(lián)供。例如張家口示范區(qū) 70%是冬天采暖的熱能需求，采用光熱電站可實現(xiàn)熱電聯(lián)供的方式，實現(xiàn)零碳采暖，節(jié)約能源。

相較于電化學(xué)儲能，光熱發(fā)電配套的熔鹽儲能系統(tǒng)具有諸多優(yōu)勢：

• 調(diào)峰能力更強：光熱發(fā)電配套的儲能系統(tǒng)的儲熱時長大多在 8 小時左右， 并且在參與調(diào)峰時可以以較低的負荷運行，有助于進一步增強調(diào)峰能力。
• 適合大規(guī)模應(yīng)用：當(dāng)前在建的光熱發(fā)電項目裝機規(guī)模多為 100MW。
• 使用壽命長：熔鹽儲能使用壽命基本與光熱電站同步，一般在 25-30 年。
• 經(jīng)濟效益更優(yōu)：配套熔鹽儲能系統(tǒng)的光熱發(fā)電既可以起到發(fā)電功能，又具 備儲能功能，綜合經(jīng)濟效益更優(yōu)。
• 安全環(huán)保：運行穩(wěn)定性好、無爆炸或火災(zāi)危險、泄漏蒸汽無毒、不會產(chǎn)生 二次污染。

相關(guān)政策

2021 年以來，各地紛紛出臺一系列相關(guān)政策，支持與引導(dǎo)光熱發(fā)電項目。國務(wù)院在 2021 年 10 月下發(fā)的《國務(wù)院關(guān)于印發(fā) 2030 年前碳達峰行動方案的通知》明確提到積極發(fā)展光熱發(fā)電。此后能源局等部門陸續(xù)出臺了多項響應(yīng)政策：2021 年 11 月至 2022 年 6 月，國家能源局下發(fā)的 6 份文件中均表示了優(yōu)先考慮和積極發(fā)展太陽能光熱發(fā)電的政策主張。

截至 2022 年 8 月，國內(nèi)已有近 30 個地區(qū)明確頒布了相應(yīng)的規(guī)定，且要求配套儲能規(guī)模占光伏 /風(fēng)電裝機規(guī)模的比例大多不低于 10%。 在儲能類型方面，按照工作原理的不同， 現(xiàn)有的儲能技術(shù)可以分成四類，分別為：機械儲能、電化學(xué)儲能、電磁儲能與儲熱儲能。其中，細分來看，目前主流的儲能方式依舊為抽水儲能。截至 2021 年底國內(nèi)抽水儲能裝機占比達到 86.5%，此外電化學(xué)儲能與蓄冷蓄熱儲能分別占比 11.8%、1.3%。 然而目前國內(nèi)風(fēng)光發(fā)電主要集中于西北地區(qū)，但受制于自然條件，抽水儲能在西北地區(qū)適用性較弱。在此背景下，伴隨西北地區(qū)光伏、風(fēng)電裝機的快速增長，電化學(xué)儲能與蓄冷蓄熱儲能（如熔鹽儲能）滲透率有望進一步提升。

2021 年 11 月國內(nèi)第一批裝機約 100GW 的大型風(fēng)電光伏基地項目已經(jīng)有序開工，其中包括在青海等地合計配置 1.01GW 光熱發(fā)電裝機的 10 個風(fēng)光熱互補新能源項目。此后 2022 年 7 月，新疆 2022 年第二批市場化并網(wǎng)新能源項目清單公布，其中 13 個儲熱型光熱發(fā)電項目被列入需電網(wǎng)消納項目，合計光熱裝機高達 1.35GW。 根據(jù)我們的統(tǒng)計，伴隨“光伏/風(fēng)電—光熱”一體化項目的陸續(xù)啟動，目前國內(nèi)在建 /擬建的光熱發(fā)電項目累計裝機規(guī)模已經(jīng)達到 3.01GW。在建太陽能熱發(fā)電示范項目與 2021-2022 新開工太陽能熱發(fā)電項目共 39 個，預(yù)計總光熱裝機規(guī)模 3.9GW，大量項目預(yù)計在“十四五”階段迎來集中投產(chǎn)，未來光熱裝機與發(fā)電規(guī)模將快速增長，帶動儲能熔鹽需求快速提升。

光伏 vs. 光熱

在所有的發(fā)電方式中，光熱發(fā)電的 壽命期僅低于核電，與火電和水電持平，明顯高于光伏和風(fēng)電，是壽命 期最長的可再生能源。光熱發(fā)電生產(chǎn)和發(fā)電環(huán)節(jié)均無污染，是真正的清潔能源。光熱發(fā)電需要的材料普遍并且廉價，比如導(dǎo)熱材料可以循環(huán)使用。從二氧化碳排放的角度來看，光熱電站全生命周期二氧化碳排放僅 為 12g/kWh，遠遠低于其他發(fā)電方式。

光伏光熱儲能一體化項目多能互補，是并網(wǎng)友好的可再生能源一體化電源系統(tǒng)。將光熱、光伏發(fā)電系統(tǒng)緊密結(jié)合，將帶儲能的光熱發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)進行耦合，或者光伏發(fā)電系統(tǒng)單獨配熔鹽儲能系統(tǒng)，可平滑對外電力輸出，降低系統(tǒng)棄光率， 提升經(jīng)濟性和靈活性，電能質(zhì)量得到改善。

近期各地也紛紛出臺一系列政策支持與引導(dǎo)光熱發(fā)電項目與風(fēng)光項目配套，以新疆為例，《服務(wù)推進自治區(qū)大型風(fēng)電光伏基地建設(shè)操作指 引（1.0 版）》提出對建設(shè) 4 小時以上時長儲能項目的企業(yè)，允許配建儲能規(guī)模 4 倍的風(fēng)電光伏發(fā)電項目，同時鼓勵光伏與儲熱型光熱發(fā)電以 9∶1 規(guī)模配建。

聚光器類型

目前行業(yè)主流的光熱發(fā)電技術(shù)按照聚光器類型和接收器類型分為 4 類：槽式、塔式、碟式和菲涅爾式。聚光類型可分為線性聚光和點性聚光，接收器類型可分為固定式接收器和移動式接收器。

塔式熔鹽儲能光熱發(fā)電因其較高的系統(tǒng)效率、較大的成本下降空間， 成為最主流的光熱發(fā)電技術(shù)路線。

儲熱系統(tǒng)

儲熱系統(tǒng)包括儲熱介質(zhì)（導(dǎo)熱油/熔鹽）+儲熱裝置系統(tǒng)+蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，約占電站投資的 25-40%。

• 儲熱介質(zhì)包括常規(guī)的導(dǎo)熱油和熔鹽；
• 儲熱裝置系統(tǒng)包括設(shè)備（如熔鹽罐、換熱器、蒸汽鍋爐等）和系統(tǒng)控制；
• 蒸汽發(fā)生系統(tǒng)指常規(guī)發(fā)電體系，國內(nèi)較為成熟。

和常規(guī)的新能源形式相比，光熱的特色是儲能調(diào)峰，對儲能介質(zhì)的選擇非常關(guān)鍵，因為介質(zhì)的機械性質(zhì)和熱力性質(zhì)決定了其運行特點和整體循環(huán)效率。理想的介質(zhì)性能特征：經(jīng)濟實用、 高度穩(wěn)定、能經(jīng)受大范圍溫度差、不與接觸的管件和其他材料發(fā)生反應(yīng)、不損害環(huán)境、高比熱（單位質(zhì)量的儲熱能力）、高熱密度（單位體積內(nèi)的熱量）、易于處理和抽取。

光熱技術(shù)儲熱介質(zhì)研究目前發(fā)展到第四代技術(shù)。第一代是導(dǎo)熱油，第二代用熔鹽/液態(tài)金屬，第三代蜂窩陶瓷+空氣，第四代流化床+顆粒。現(xiàn)在成熟的就是第一代和第二代技術(shù)，分別是導(dǎo)熱油和熔融鹽。早期電站基本采用導(dǎo)熱油形式，在 400℃揮發(fā)。而熔鹽揮發(fā)溫度可達到 560℃。 熔鹽具有工作溫度高、傳熱性能好、安全性強、使用壽命長等一系列的優(yōu)點，是目前光熱發(fā)電傳儲熱介質(zhì)的首選。

在熔鹽的選擇方面，根據(jù)酸根離子的不同，常見的熔鹽種類包括硝酸鹽、氟化鹽、氯化鹽、碳酸鹽、硫酸鹽和混合熔鹽等。其中，硝酸鹽具有熔點低、比熱容大、熱穩(wěn)定性高、腐蝕性相對較低等優(yōu)點，目前被廣泛使用。 與此同時，從成分構(gòu)成來看，常見的熔鹽品種有二元鹽（40%KNO3+60%NaNO3）、 三元鹽（53%KNO3+7%NaNO3+40%NaNO3）和低熔點熔鹽產(chǎn)品等，目前二元熔鹽的應(yīng)用最為普遍與成熟。

全球范圍內(nèi)在光熱發(fā)電熔鹽產(chǎn)品領(lǐng)域有所布局的企業(yè)并不太多， 有實際商業(yè)化項目應(yīng)用業(yè)績的企業(yè)更屈指可數(shù)。智利化學(xué)礦業(yè)有限公司（簡稱 SQM）、以色列海法化學(xué)工業(yè)公司（簡稱 Haifa）、德國巴斯夫集團公司（簡稱 BASF）和挪威雅苒集團公 司（簡稱 Yara）是國際市場上有一定影響力的四家熔鹽供應(yīng)商。對大多數(shù)硝酸鹽廠商而言，光熱發(fā)電是他們的一個可以隨時進出的目標(biāo)市場。

光熱儲能系統(tǒng)和傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，主要在于儲熱要求不同，傳統(tǒng)電力儲熱系統(tǒng)設(shè)計溫度為 100-200℃，而光熱儲罐通常需要 500-600℃。而不同的儲存介質(zhì)如熔鹽、導(dǎo)熱油等不同儲存介質(zhì)儲能系統(tǒng)，在裝備設(shè)計上有所不同。

儲熱系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備需海外采購。儲熱裝臵系統(tǒng)的技術(shù)難點：1）容器材料：主要是適應(yīng)高溫和高壓，以及溫度不平衡狀態(tài)下的適應(yīng)性；2）系統(tǒng)控制：儲熱過程控制和匹配；需要經(jīng)驗摸索，國內(nèi)多數(shù)商家缺乏實踐經(jīng)驗；3）關(guān)鍵設(shè)備如熔巖泵、儀器儀表等需要海外采購，主 要是適用溫度由 300℃調(diào)整到 600℃。

光熱常規(guī)島發(fā)電部分和火力發(fā)電部分基本一致，發(fā)電技術(shù)和效率較為穩(wěn)定。國內(nèi)廠商僅需要根據(jù)光熱電站產(chǎn)生蒸汽的特點進行適當(dāng)改造。國內(nèi)廠商包括杭汽輪、東方電氣、上海電氣、 哈爾濱電氣等。

系統(tǒng)集成、EPC 和電站運營

光熱電站系統(tǒng)集成難度遠遠大于光伏，需要很高的技術(shù)水平和實踐經(jīng)驗。有設(shè)計缺陷的電站系統(tǒng)無法達到預(yù)期發(fā)電量，會造成較大投資損失。

光熱電站 EPC 是一項集設(shè)計、技術(shù)、經(jīng)驗、工程于一體的高難度工程，對施工單位有較高要求。系統(tǒng)集成是制約光熱產(chǎn)業(yè)的核心因素，需要至少3~5年實踐經(jīng)驗累積， 這也是光熱 EPC 企業(yè)的核心競爭力之一。

光熱電站投資規(guī)模大、周期長、技術(shù)和運營風(fēng)險高，資金實力是電站運營商的重要門檻。未來電站運營方，除自有資金之外，將拓展多種形式的融資渠道。如中廣核、華電等項目獲得亞開行的低息貸款；或者通過資本市場的融資渠道如首航節(jié)能、中海陽等。

成本測算

國內(nèi)光熱發(fā)電裝機規(guī)模約為 590MW 國內(nèi)光熱產(chǎn)業(yè)還處于示范階段，光熱發(fā)電站裝機規(guī)模較小，尚未形成規(guī)模化，造成成本較高。國內(nèi)光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)大規(guī)模建設(shè)起源于 2016 年，當(dāng)年 9 月國家能源局印發(fā)了《國 家能源局關(guān)于建設(shè)太陽能熱發(fā)電示范項目的通知》，共 20 個項目入選國內(nèi)首批光熱發(fā)電示范項目名單，總裝機合計 1.35 GW。后因融資、技術(shù)、企業(yè)經(jīng)營決策等各方面問題，截至目前，20 個首批光熱發(fā)電示范項目中實現(xiàn)并網(wǎng)或試運行并網(wǎng)的項目僅有 8 個，合計裝機規(guī)模 500MW，約占全球光熱發(fā)電裝機總量 6.69GW 的 9%。

從初始投資成本看， 光熱發(fā)電站的單位千瓦投資成本在 2.5 萬-3.5 萬元，是傳統(tǒng)煤電站的 3-4 倍、 陸上風(fēng)電的 3-4 倍、光伏電站的 4-5 倍，關(guān)鍵的太陽島和儲熱島固定投資分別 50%-60%、15%-20%，并且儲熱時間越長，投資成本越高；從度電成本看， 據(jù)業(yè)內(nèi)估算，塔式光熱電站的度電成本在 1 元/千瓦時左右，相當(dāng)于煤電的 3- 4 倍、陸上風(fēng)電的 2.3 倍、光伏發(fā)電的 1.4-2 倍。

參考資料：

20151204-華泰證券-光熱行業(yè)系列報告之三：光熱設(shè)備供應(yīng)商迎來新機遇

20160902-中泰證券-光熱行業(yè)深度報告：上網(wǎng)電價重磅出臺，開啟光熱千億盛宴

20160715-光大證券-首航節(jié)能-002665-光熱發(fā)展勢在必行，待新風(fēng)口中起飛

20220520-浙商證券-西子潔能-002534-深度報告：余熱鍋爐龍頭，熔鹽儲能打開成長空間

20220906-開源證券-基礎(chǔ)化工行業(yè)深度報告：熔鹽儲能或?qū)⒎帕浚皟赦c”及硝酸企業(yè)或?qū)⑹芤?/p>

20220925-長江證券-化工行業(yè)熔鹽儲能：光熱發(fā)電乘勢起，硝酸熔鹽面春風(fēng)