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王之江院士关于及早建设太阳能热电厂的建议

发布时间:2019-09-14 09:16:51 编辑:笔名

中国科学院上海光学精密机械研究所 院士 研究员 王之江

太阳是一个十分巨大的能源,它送到地球的光功率就有12万TW。与此相比,现在人类社会的总能耗约13TW,全世界发电装机容量不到4TW,都比太阳送到地球的光功率小得多。地球上的所有石油资源相应的能量,只相当太阳在一天半时间内供应给地球的光能。再者,由于能源危机以及对环境污染的忧虑,一些发达国家早在上世纪七十年代,就开始投资于工业开发太阳能。

上世纪七十年代,全世界投入太阳能热电CSP(Concentrating Solar Power)研究开发的经费规模约有五亿美元,多种方案的太阳能实验热电站从而在各国建成。其中,从1984到1990年,美国在加州莫哈夫沙漠(Majave Desert)地区相继建成九个槽式太阳能热电站(Trough,“SEGS 1…1X”)。其发电功率分别为14MW、6×30MW和2×80MW。这组总功率354MW的电站建成后,一直向加州电供电至今,累计供电12TWh,其中新装置的电效率已达30%。

然而,由于1991年到1992年油价下跌,CSP失去开发经费,承包SEGS的公司Luz因而破产。

欧洲对CSP开发作笫二轮投资(Euro Trough)是受1986年切尔诺贝利(Tschernobyl)核电站事故的影响,对Trough技术也做了进一步开发。2001年“9·11”事件后油价上涨,才形成CSP电厂建设的笫二次机遇。一些国家和地区(如西班牙和美国加州)为鼓励发展可持续能源( Renewable Energy )相继立法,也极大促进了太阳能热电的建设。现在已经有不少公司介入这个领域。

通过三十多年的研究开发实践,在国际间现在已有一些共识,即太阳能热电站(CSP),尤其槽式太阳能热电站(Trough),是最便宜的太阳能。一些科技会议和项目计划对有关技术的研究、开发和推广起到了重要的作用,例如:

——2007 Parabolic Trough Technology Workshop, March (会议文集可由下载)。此国际会议有欧美国家120多人参加,包括不少公司。会议目的是交流技术,交流建设项目,推广Trough工业,鼓励工业界进入此领域。

——U.S. DOE Basic Energy Science Workshop on Solar Energy Utilization, April ,2005(会议资料可从 下载)。此会议的主题是开拓太阳能基础研究领域,也对已有工业技术进行讨论和评价,包括对CSP的判断等。摘要发表在Physics Today,March,2007。

——SolarPACES是IEA (International Energy Agency)的一项国际合作计划(),目标是在2015年前建设5000MW CSP太阳能热电站。

此组织在2000年有十四个成员(澳大利亚、巴西、埃及、欧共体、法国、以色列、德国、墨西哥、俄国、西班牙、南非、瑞士、英国及美国)。已经建成和正在建设的项目包括:阿尔及利亚,埃及,墨西哥,摩洛哥,印度等国30MW;伊朗60MW;南非100MW;西班牙12×50MW;以色列5×100MW;美国3000MW等太阳能热电站。其中,除南非为塔式CSP外,其他都是槽式(Trough)。希腊50MW和意大利ENEA 40MW Trough,不属此范围。ENEA某些技术也许比SEGS先进。

——TRANS-CSP规划。这是在德国政府支持下,联合埃及、阿尔及利亚和约旦的能源部门于2006年完成的规划。TRANS-CSP大概是这方面雄心最大的规划,其目标要在2050年前,在中东和北非建设多个CSP电站,将电力通过直流高压线送到欧洲(共102GW/707TWh/y,占欧洲供电15%)。这份很长的规划(最终报告可由下载)对于欧洲发展各种能源的现状和前景,从天时地利到人和,做了多方位考察,规划了各种能源的发展前景。

已经开发的CSP实验热电站,主要有三种形式,即槽式、塔式和碟式。槽式采用柱形抛物线反射镜将日光聚焦于吸收管,加热管内液体,此液体加热蒸气发电的过程与常规电厂相同。塔式采用大量分立的抛物面反射镜,将日光都聚集在塔顶的公共吸收体,加热吸收体内液体。碟式将单个抛物镜与吸收体及发电机联成一体,跟踪太阳运动,属小型发电站。初期的实验认为,槽式仅能得到摄氏400度的蒸气;碟式可达摄氏650度;塔式可达摄氏1500度。高温有利于提高热机效率。但从多年的实践表明,槽式具有综合优势,能提供最便宜的电力,是现在工业推广的主要形式。

现在的Trough电站电价,为每度电(KWh)10~20美分,与地区日照水平及电站规模相关,已与美国加州夏季峰值电价相同。一般估计十年内会降到4~6美分。Trough的各个技术环节仍在不断改进中,包括反射镜的形式和参数、镜面材料和结构、吸收体绝热技术、吸收体表面涂层、所用吸热液体材料、储热罐、装校调正检测技术等。例如,ENEA和欧洲一些已建成Trough的技术性能已使蒸汽温度达到550摄氏度。

CSP有一系列优点:不产生废料;对环境友好;可利用荒漠作为能源基地;所用器材都容易得到;它可以与燃料电站组成共同体ISCC (Integrated Solar Combined Cycle)等。ISCC的电价水平现就可降到6美分,近期内会再降到5美分。另外,若同时利用太阳能于海水脱盐来供应淡水,太阳能的利用率可提高到55%。与某些可持续能源(Renewable Energy)不同,还可按需要发电。

为此,特提出如下建议:

(1)借鉴TRAN-CSP,我国应制定一个针对各种能源的近期与长远发展目标

(2)国家应鼓励可持续能源(Renewable Energy)优先发展并进行相应立法。

(3)及早建设我国大型太阳能热电厂。扶植Trough部件加工工业,进一步降低其成本,提高我国参与相关行业国际竞争的能力。

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