低溫太陽能光熱發(fā)電更適合中國國情
太陽能熱發(fā)電技術(shù)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(huán)技術(shù)的發(fā)展，低溫太陽能熱發(fā)電技術(shù)也正逐步開始走向應(yīng)用，其潛在的巨大市場價值開始受到越來越多的關(guān)注。
2012年4月份，長期從事太陽能低溫?zé)岚l(fā)電技術(shù)研究的孟寧博士從加拿大回國，創(chuàng)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(huán)太陽能熱發(fā)電技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。一年后的今天，其已經(jīng)成功開發(fā)出了1kW和10kW的低溫朗肯循環(huán)熱發(fā)電系統(tǒng)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(fēng)，一窩蜂地都去搞高溫太陽能熱發(fā)電，事實上，低溫太陽能熱發(fā)電更適合中國國情�！泵蠈幵诮邮蹸SPPLAZA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(shù)已經(jīng)全球領(lǐng)先，產(chǎn)業(yè)十分成熟，規(guī)模十分龐大，低溫太陽能熱發(fā)電技術(shù)所需要的熱源溫度可以通過低成本的成熟集熱技術(shù)獲得。而且，中國的低溫?zé)崂檬袌鍪菑霓r(nóng)村和鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)展起來的，擁有廣泛的群眾基礎(chǔ)，更易推廣。
“當(dāng)前國內(nèi)玻璃、鋼材等產(chǎn)能嚴重過剩，太陽能熱發(fā)電站的建設(shè)對這兩種產(chǎn)品的需求極大，是可以有效緩解上述產(chǎn)能過剩的新興產(chǎn)業(yè)。其對社會各產(chǎn)業(yè)的帶動性極大，對經(jīng)濟的驅(qū)動效應(yīng)十分明顯。甚至可以說其是類似于房地產(chǎn)的又一大產(chǎn)業(yè)。依靠房地產(chǎn)驅(qū)動經(jīng)濟發(fā)展并非健康的經(jīng)濟發(fā)展方式，通過推動光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展則是完全健康的、綠色的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟之路，也是適合中國產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整的正確選擇�！泵蠈帉μ柲軣岚l(fā)電產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟帶動性表達了自己的觀點，這也與本網(wǎng)此前采訪的多位業(yè)內(nèi)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(huán)產(chǎn)出電力，依然是一個空白市場�！叭绻馨阎袊奶柲艿蜏丶療峒夹g(shù)與低成本的有機朗肯循環(huán)低溫?zé)岚l(fā)電技術(shù)結(jié)合起來的話，我們完全可以走出一條擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的光熱發(fā)電之路，并成長為全球領(lǐng)先的太陽能熱發(fā)電市場。原因在于中國擁有成熟的、龐大的太陽能熱利用產(chǎn)業(yè)和十分完整的產(chǎn)業(yè)鏈�！泵蠈幮判臐M滿地說道。
孟寧表示，高溫太陽能熱發(fā)電自上世紀(jì)80年代，美國建設(shè)第一批槽式光熱電站以來，已經(jīng)發(fā)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?zé)嵩�，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(dǎo)致整個系統(tǒng)的控制難度很大、安裝和運行管理、維護復(fù)雜，成本難以下降。這是太陽能高溫?zé)岚l(fā)電的發(fā)電成本遠高于傳統(tǒng)火力發(fā)電而至今未能大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的主要原因，也是其在中國進行商業(yè)化應(yīng)用開發(fā)的最大障礙。在孟寧看來，低溫光熱發(fā)電完全可以取代高溫光熱發(fā)電，從循環(huán)效率上來看，高溫蒸汽朗肯循環(huán)的發(fā)電效率也只有15%左右，與低溫光熱發(fā)電的效率相差無幾，沒有必要為了獲取高溫?zé)嵩炊度敫甙旱念~外成本。
高溫光熱發(fā)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(fā)電，其成本可以做到多少呢？孟寧表示，如果實現(xiàn)規(guī)模化開發(fā)，即相關(guān)的設(shè)備、組件全部實現(xiàn)規(guī)�；a(chǎn)，電站裝機實現(xiàn)規(guī)�；�，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(fā)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(xiàn)在進行準(zhǔn)確的實際成本核算還為時過早�？梢钥隙ǖ氖�，其成本比高溫光熱發(fā)電會低很多。這對于中國的電力市場來說，顯然更易接受。
當(dāng)前的技術(shù)瓶頸
傳統(tǒng)火電廠和高溫太陽能熱發(fā)電都是采用以水蒸汽為介質(zhì)的朗肯循環(huán)，而有機朗肯循環(huán)低溫?zé)岚l(fā)電技術(shù)是以低沸點有機物為工質(zhì)的朗肯循環(huán)。兩者的最大區(qū)別在于所采用的工質(zhì)不同，工質(zhì)的改變?yōu)橛袡C朗肯循環(huán)發(fā)電帶來了兩個核心難題，一是工質(zhì)的選擇，二是透平的設(shè)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(zhì)的優(yōu)化設(shè)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(zhì)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(zhì)的能力。微陽所研發(fā)的有機工質(zhì)，甚至可以在超低溫（100攝氏度左右）進行高效循環(huán)。與傳統(tǒng)的低溫?zé)岚l(fā)電技術(shù)相比，對熱源的溫度要求低，同時還可大幅度提高熱電轉(zhuǎn)化效率。
據(jù)了解，有機工質(zhì)的可選種類繁多，如何選擇配制出合適的有機工質(zhì)是這項技術(shù)的核心之一。目前在研究和應(yīng)用方向上多采用R123、R236ea、R60la、R245fa、正戊烷等作為有機工質(zhì)，這些工質(zhì)大都有較大的環(huán)境影響和安全問題，開發(fā)出環(huán)境友好、安全高效的有機工質(zhì)是該項技術(shù)推廣應(yīng)用的重要課題。孟寧對此表示，“對有機工質(zhì)的選擇，應(yīng)首先評估其環(huán)境影響，這是從事這方面研究的科研人士需要優(yōu)先考慮到的，應(yīng)盡最大可能地降低工質(zhì)的環(huán)境影響，開發(fā)出安全、不可燃、低排放的有機工質(zhì)。”而對于微陽所開發(fā)的有機工質(zhì)究竟是一種什么樣的工質(zhì)，由于涉及到企業(yè)核心技術(shù)，孟寧沒有向記者透露。
在透平設(shè)計方面，低溫朗肯循環(huán)汽輪機的設(shè)計與傳統(tǒng)蒸汽輪機有很大不同。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)從事低溫太陽能熱發(fā)電技術(shù)研究的相關(guān)人士在接受CSPPLAZA記者采訪時表示，“不像傳統(tǒng)火電的汽輪機，低溫朗肯循環(huán)汽輪機為非標(biāo)產(chǎn)品，根據(jù)所選用的有機工質(zhì)的不同，汽輪機的設(shè)計都會有所不同，因此要根據(jù)工質(zhì)等各方面因素綜合考慮設(shè)計方案。”另外，這種汽輪機的制造還涉及到工質(zhì)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(fā)，據(jù)本網(wǎng)記者了解，目前技術(shù)較為領(lǐng)先的為杭州汽輪機廠。孟寧表示，微陽目前也正在與相關(guān)合作單位致力于開發(fā)高效的，低成本的無泄露低溫?zé)岚l(fā)電汽輪機。
也正是基于突破上述技術(shù)瓶頸的理想，微陽目前的核心工作仍是研發(fā)，而非市場開拓。孟寧認為，一個企業(yè)只有把技術(shù)做好了才有資格、有能力去做市場，沒有技術(shù)，一切都是空談。
對于高溫光熱發(fā)電，人們一直在試圖改進集熱技術(shù)來提高工質(zhì)溫度，從而實現(xiàn)更高的熱電轉(zhuǎn)換效率。而對于有機朗肯循環(huán)，則并非如此。孟寧告訴CSPPLAZA記者，低溫朗肯循環(huán)的效率與溫度之間的關(guān)系比較復(fù)雜，根據(jù)不同工質(zhì)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(zhì)的選擇有關(guān)。低溫朗肯循環(huán)的定位就是低溫發(fā)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(fā)電還可以輕松實現(xiàn)全天候發(fā)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(fā)電。通過成熟儲熱技術(shù)的應(yīng)用還可以進一步改善電能質(zhì)量，使其對電網(wǎng)不造成任何沖擊，是真正的電網(wǎng)友好型綠色能源。同時其還可以用于熱電聯(lián)產(chǎn)，可以根據(jù)實際需要進行熱、電發(fā)生的靈活配置。在分布式太陽能發(fā)電市場，這是比光伏發(fā)電更優(yōu)的分布式太陽能發(fā)電和太陽能供熱解決方案。當(dāng)然，基于其模塊化的設(shè)計，也可以用來組建大規(guī)模光熱電站，規(guī)模化成本優(yōu)勢將會更加明顯。
太陽能低溫?zé)岚l(fā)電的優(yōu)勢還在于，其基本不需耗水，發(fā)電部分不用水做介質(zhì)，冷卻也采用空冷系統(tǒng)，耗水環(huán)節(jié)僅僅發(fā)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(qū)十分適宜。
再者，由于其對熱源的溫度需求較低，產(chǎn)生100攝氏度左右的有機工質(zhì)蒸汽即可發(fā)電，這對太陽輻照的要求較低，現(xiàn)有的CPC集熱器、小型槽式集熱系統(tǒng)等成熟的太陽能集熱技術(shù)可在全國大部分地區(qū)輕松獲得這種溫度的熱源，使得這種技術(shù)的可開發(fā)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(huán)系統(tǒng)的中試，現(xiàn)擁有1KW和10KW的兩種太陽能低溫?zé)犭娐?lián)產(chǎn)樣機系統(tǒng)，并將于近期開始接入太陽能集熱系統(tǒng)進行聯(lián)調(diào)，預(yù)計有機工質(zhì)蒸汽溫度在180攝氏度左右。
對于微陽的近期規(guī)劃，孟寧告訴CSPPLAZA記者，微陽目前一方面在全力推進技術(shù)的研發(fā)和系統(tǒng)的中試，另一方面也已與相關(guān)投資方建立了良好的合作意向，一切順利的話，預(yù)計到明年會有幾筆資金注入，屆時公司在技術(shù)方面的儲備也將完成，將開始重點推動其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
Microsolar，意為“用小型汽輪機驅(qū)動太陽能發(fā)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(chǎn)權(quán)的低溫太陽能熱發(fā)電技術(shù)，并將其推向產(chǎn)業(yè)化。
如若低成本的低溫太陽能熱發(fā)電技術(shù)瓶頸被徹底突破，如孟寧一樣的科學(xué)家的理想得以實現(xiàn)，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(shù)儲備的企業(yè)，將掌握這座金礦的開采權(quán)。
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