光热发电或许是太阳能发电的未来

2015年12月12日在巴黎气候变化大会上通过的《巴黎协定》主要目标是将本世纪全球平均气温上升幅度控制在2摄氏度以内，并将全球气温上升控制在前工业化时期水平之上1.5摄氏度以内。这一协议的意义在于各个国家的能源结构都要从过去依赖化石燃料的模式中转变过来。这无疑多余已经发展了多年的新能源行业是一个良好机遇。光伏发电的限制风力发电和太阳能发电是目前新能源发电行业中装机量最大的两种电力生产方式。太阳能发电领域，当前最为主流的仿佛发电是通过光伏面板将太阳能转化直流电输出，然后通过逆变器将直流电转化为交流电并传输到电网上。这一发电方式存在以下问题：效率问题光伏面板的效率仍然不高，并且在整个生命周期中存在衰减问题。相比过去的固定的面板安装方式，新的光伏电站项目通过伺服系统使得面板可以跟随太阳的移动轨迹改变位置来最大化效率。但是即便如此，也仅能解决面板在每日光照时间内的利用率问题，因而目前各个国家和科研机构扔在致力于进一步提高光伏面板的转换效率电能质量和电网稳定性问题光伏发电产生的电能需要通过逆变器进行直流到交流的转换方可并网供电，逆变器在直流到交流的转换过程中会产生谐波并注入电网，这对电网的电能质量会产生影响。另一方面，由于光伏发电装机量的提高，挤压了在网的火力发电的占比，使得一部分火电机组退出运行。由于光伏的发电没有汽轮发电机这种可以为电网提供故障支持的设备，因此整个电网抵抗故障冲击的能力会下降。储能问题光伏发电同样属于天气驱动的发电方式，无法覆盖一天24小时，同时发电量也不稳定。澳洲当前新建光伏电站项目都会配备电池解决储能问题，城市住户在自家屋顶安装光伏面板时也会考虑电池组件解决储能问题。但是大规模的电池应用不但消耗大量珍贵资源，生命周期中存在衰减，并会在生产和回收过程中造成严重污染。这些后果其实都是和可持续和更环保的发展理念相违背的。尽管如今光伏发电具有非常可观的装机量，不过想要进一步发展，上述的问题都是必须解决或者弥补的。光热发电介绍光热发电的原理是通过反射阳光将太阳能聚集在一个很小的范围内来加热融盐，并通过融盐以热能的形式来存贮能量。发电的环节接近于目前的火力发电技术，不同点在于它利用融盐加热水获取蒸汽而非燃烧化石燃料加热锅炉来达到这一效果。2017年初，全球范围内的光热发电设施在100座左右，总装机量5GW；而光伏发电早在2004年就已经突破了这一数字。显然，光热发电在这一领域属于后来者，那么最为一个更新的技术，相比光伏发电，光热发电的优点有在哪里呢？更高的效率目前光热发电的整体效率在20%-34%之间，高于光伏发电并且十分接近火力发电的水平。因此对于太阳能的利用更加有效。另一个直接的好处是同样发电量的光热电站项目，占地面积可以更小。更好的电能质量和电网稳定性光热发电的太阳能采集以热能形式完成，而后端的发电环节则和传统火力发电的方式相同，也通过汽轮发电机向电网输送电能。相比逆变器，这一方式可以获得更加理想的电能质量（无谐波污染）。同时这一发电方式不减少在网的发电机数量（或者说不减少在网的转动惯量，kinetic energy)，因此不会因为压缩火电的比例而削弱电网的稳定性。更灵活地发电模式通过融盐以热能的形式对太阳能进行存贮，使得光热电站一般可以获得3-15小时的储能量（视融盐储罐和发电机功率而定）。而通过调整融盐储罐大小和发电机功率的搭配，光热电站可以实现多种不同的发电模式来满足不同的电能需求。上图介绍的四种发电模式是：普通发电方式（左上）：日照出现投入运营，日落之后继续释放能量存储。这一方式可以用来覆盖白天的用电需求。调峰发电方式（右上）：白天仅储能不运行，利用储能发电调节早晚用点高峰。适合同光伏电站配合运行。24小时发电（左下）：通过增大储能和减小发电机功率时期可以实现24小时连续运行，可以承担电网基荷负载。调峰发电方式（右下）：遇上一种调峰发电方式类似，增大发电机容量使其仅用于覆盖用电晚高峰。由此可见，光热发电可以很好的弥补和解决光伏发电的种种问题。因此其未来发展的前景大有可观。未来前景目前条件下，光热发电具有吸引力的地方在于清洁、电能质量好并且不削弱电网稳定性。制约光热发电快速发展的问题在于成本，当前还无法达到平价上网的要求。不过相比于光伏发电在5GW装机量水平时的成本，光热发电还是具有相当优势的。如果在未来其成本可以像光伏发电一样随着规模的扩大快速下降的话，代替光伏发电成为太阳能发电的主流不是没有可能。