中国太阳能热发电行业蓝皮书2022-2023.1-88页.pdf

1中国太阳能热发电行业蓝皮书 2022Blue Book of Concentrating Solar Power Industry国 家 太 阳 能 光 热 产 业 技 术 创 新 战 略 联 盟中国可再生能源学会太阳能热发电专业委员会中 关 村 新 源 太 阳 能 热 利 用 技 术 服 务 中 心中国太阳能热发电行业2021国家太阳能光热产业技术创新战略联盟秘书处地址：北京市海淀区中关村北二条6号中国科学院电工研究所北院317 邮编：100190电话：010-82547214网址：http:/ste.org邮箱：微信号：nafste国 家 太 阳 能 光 热 产 业 技 术 创 新 战 略 联 盟中国可再生能源学会太阳能热发电专业委员会Blue Book of Chinas Concentrating Solar Power Industry中国太阳能热发电行业2中国太阳能热发电行业蓝皮书 2022版权声明国家太阳能光热产业技术创新战略联盟和中国可再生能源学会太阳能热发电专业委员会是本蓝皮书的编著和发布者，依法享有本蓝皮书版权并受法律保护。本蓝皮书提供的内容资料可供浏览和学习、科研目的参考使用，未经许可禁止部分或全部拷贝，转载文字、数据及图片引用务必注明出处，引用格式为：国家太阳能光热产业技术创新战略联盟中国太阳能热发电行业蓝皮书 2022。任何人不得对本蓝皮书内容原意进行曲解、修改，本蓝皮书内容所含有的知识产权信息不得被删改。凡引用本蓝皮书内容而引起的民事纠纷、行政处理或其他损失，版权人均不承担责任。对不遵守本声明、用于商业用途或者其他恶意、违法使用的，版权人保留追究其法律责任的权利。3中国太阳能热发电行业蓝皮书 2022中国太阳能热发电行业蓝皮书Blue Book of Chinas Concentrating Solar Power Industry20222023 年 1 月4中国太阳能热发电行业蓝皮书 2022中国太阳能热发电行业蓝皮书Blue Book of Chinas Concentrating Solar Power Industry2022批 准：何雅玲 中国科学院院士 西安交通大学教授 国家太阳能光热产业技术创新战略联盟专家委员会主任委员统 筹：王志峰 中国科学院电工研究所研究员 国家太阳能光热产业技术创新战略联盟理事长 中国可再生能源学会太阳能热发电专委会主任委员主 编：杜凤丽 国家太阳能光热产业技术创新战略联盟秘书长 中国可再生能源学会太阳能热发电专委会秘书长参 编：董清风（附录 9.2、9.5、9.6）洪 松（附录 9.3、9.7）雷东强(附录 9.4)王志峰(第五章、第八章)校 核：董清风 洪 松 原郭丰审 核：国家太阳能光热产业技术创新战略联盟专家委员会致 谢：各太阳能热发电示范项目业主单位 白凤武 常春 卢智恒 焦芳 王鸣川 徐二树 5中国太阳能热发电行业蓝皮书 2022目 录一、太阳能热发电的特点和定位1 1.1 太阳能热发电概述 1 1.1.1 定义与主要特点 1 1.1.2 太阳能热发电系统组成和运行原理 2 1.2 太阳能热发电的作用和定位 4 1.2.1 新型电力系统的需求和挑战 4 1.2.2 太阳能热发电的作用 5 1.2.3 太阳能热发电的定位 7二、太阳能热发电市场发展8 2.1 我国兆瓦级太阳能热发电系统集成技术的起步 8 2.2 我国太阳能热发电装机容量及聚光形式占比 11 2.3 全球太阳能热发电装机容量及聚光形式占比 12 2.4 我国在建太阳能热发电项目 14 2.4.1 甘肃省 15 2.4.2 青海省 16 2.4.3 吉林省 19 2.4.4 新疆维吾尔自治区 19 2.4.5 西藏自治区 22三、我国太阳能热发电示范项目运行情况 23 3.1 中船新能乌拉特100MW槽式光热电站 23 3.2 首航高科敦煌100MW塔式光热电站 23 3.3 青海中控德令哈50MW塔式光热电站 24 3.4 中广核德令哈50MW槽式光热电站 25 3.5 中电建共和50MW塔式光热电站 25 3.6 兰州大成敦煌50MW线菲式光热电站 25 3.7 鲁能格尔木多能互补工程50MW塔式光热电站 25 3.8 中电哈密50MW塔式光热电站 26四、我国太阳能热发电产业链情况 27 4.1 太阳能热发电产业链体系和特点 27 4.2 我国太阳能热发电产业链主要代表性单位 27 4.3 光热发电相关部件装备/材料制造产能 29 4.4 我国光热发电关键部件/材料应用情况 296中国太阳能热发电行业蓝皮书 2022 4.5 我国关键设备技术和应用突破情况 31五、我国太阳能热发电技术研发项目情况 33 5.1 国家自然科学基金 33 5.2 国家重点研发计划 34六、太阳能光热电站投资成本 36 6.1 塔式光热电站建造成本及构成 36 6.1.1 我国7小时储热50MW塔式光热电站投资构成 36 6.1.2 我国12小时储热100MW塔式光热电站投资构成 37 6.1.3 定日镜成本构成 38 6.2 槽式光热电站建设成本及构成 38 6.2.1 全球首座7.5小时储热50MW槽式光热电站投资构成 38 6.2.2 我国4小时储热50MW槽式光热电站投资构成 40 6.2.3 我国10小时储热100MW槽式光热电站投资构成 40 6.3 储热时长和度电成本 41 6.4 太阳能热发电示范项目决算各部分单位造价所占比例 42七、太阳能热发电站全生命周期碳排放 43八、太阳能热发电发展面临的挑战及对策 47 8.1 单位kW造价和运维成本降低 47 8.2 效率的提升 50 8.3 太阳能热发电技术和产业发展建议 51九、附录 53 9.1 我国太阳能热发电行业发展主要历程 53 9.2 我国2022年发布的太阳能热发电相关政策 59 9.3 我国2022年发布的太阳能热发电相关国家标准 61 9.4 国外2022年立项的太阳能热发电科研项目 62 9.5 我国在建太阳能热发电项目已中标企业汇总 63 9.6 国内外太阳能热发电项目参建设计院汇总 66 9.7 太阳能光热联盟20212022年度理事单位简介 71参考文献 811中国太阳能热发电行业蓝皮书 2022一、太阳能热发电的特点和定位1.1 太阳能热发电概述1.1.1 定义与主要特点太阳能热发电（英文：concentrating solar power,简称 CSP）是将太阳能转化为热能，通过热功转换过程发电的系统1。太阳能热发电前端采用太阳能集热、后端采用同步发电机组发电、配置大容量、长周期、高安全的储热系统；其运行过程基本为：聚光器跟踪太阳将直射辐射光聚焦并反射至吸热器上，加热吸热器内的传热流体，将太阳能转换为热能；热能可以直接与水换热产生高温高压的蒸汽驱动汽轮发电机组发电，也可以被储存在储罐中，在需要发电的时候释放热能进行发电。根据聚光形式的不同，目前国际上商业化应用的太阳能热发电主要包括塔式、槽式和线性菲涅耳式（“耳”也被写成“尔”，以下简称：线菲式）等三种类型。其中，塔式为点聚焦，槽式和线菲式为线聚焦。太阳能热发电的主要特点是能够实现 24 小时连续稳定发电。太阳能热发电配置长周期、大容量储热系统，可以支撑机组在夜间或电网需要时低负荷长时不停机连续运行。在我国首批太阳能热发电示范项目中，储热时长（满足汽轮发电机组满负荷运行的小时数）为 6 小时 15 小时不等。以单机容量最大的两座光热电站为例，首航敦煌 100MW 塔式光热电站储电容量高达 1.1GWh，中船新能乌拉特100MW 槽式光热电站储电容量 1GWh。以储热时长 7 小时的塔式光热电站典型周数据为例，热盐储罐储满入夜后，机组可在 40%负荷水平连续运行 14 小时。据国家太阳能光热产业技术创新战略联盟调研，中广核德令哈50MW槽式光热电站在2021年9月19日至2022年5月7日期间连续安全运行230.2天；中船新能乌拉特 100MW 槽式光热电站 2022 年 6 月 4 日 15 日，在 6 天多云的情况下，实现无停机连续发电 12 天；青海中控德令哈光热电站也达到了连续运行 12 天(292.7 小时)的记录；首航高科敦煌100MW 塔式光热电站最长不间断发电时长约 263 小时。太阳能热发电配置的储能方式具有高安全性。目前商业化运行的光热电站所使用的熔盐为硝酸钾和硝酸钠的混合物；自全球首个以熔盐为传热和储热介质的光热电站投运以来（1995 年，美国 Solar Two）投运以来，全球约 7GW 的太阳能光热电站装机(储电容量超过 1000GWh)均未发生过爆炸等安全性事故。太阳能热发电机组是能够发挥煤电机组作用的可再生能源发电方式。根据水电水利规划设计总院、国家太阳能光热产业技术创新战略联盟、电力规划设计总院、中国电力科学研究院联合开展的并网太阳能热发电示范项目运行情况评估，光热发电具备响应快速性和同步支撑性，具备参与电网有功频率调节、无功电压控制、低频振荡抑制等方面的能力。大部分光热电站最小技术出力可达约 15%20%Pe（设计出力），优于常规燃煤机组；升负荷平均调节速率约为 1.5%3%Pe/min，降负荷平均调节速率约为2.5%5%Pe/min，与常规燃煤机组的水平基本相同。在频率支撑方面，光热电站以同步发电机组并网，可为系统提供惯量支撑，同时其前级换热效率高、响应快，具有参与电网调频的优势。在电压支撑方面，光热发电站作为电压型支撑电源，能抵消由于风电、光伏发电并网造成的电网强度降低程度，对稳定电网电压具有较好的支撑作用。在功角稳定支撑方面，光热电站具备热调节的快速性和同步发电机的同步2中国太阳能热发电行业蓝皮书 2022支撑性，可以快速响电网需求，对于维持电力系统的功角稳定具有重要意义。1.1.2 太阳能热发电系统组成和运行原理太阳能热发电可以采用不同的传热流体（英文：Heat Transfer Fluid，简称 HTF）吸收热量，主要包括熔盐（二元硝酸盐、氯化物盐）、导热油（联苯和联苯醚混合物）、水、颗粒、液态金属等。储热（英文：Thermal Energy Storage,简称 TES）介质可采用熔盐、相变材料、混凝土等；目前熔盐为商业化应用最多的储热介质。不同传热流体的太阳能热发电系统组成和运行原理简介如下。熔盐塔式太阳能热发电系统可分为聚光、吸热、储换热和发电四大系统；主要部件设备包括：定日镜、吸热塔、吸热器、熔盐储罐、蒸汽发生器和汽轮发电机组等。熔盐塔式光热电站运行原理基本为：以吸热塔为中心呈圆周状分布的定日镜跟踪太阳（方位角和高度角调节控制），将太阳光反射汇聚至位于吸热塔顶部的吸热器上，加热通过冷盐泵泵送至吸热内的低温熔盐，被加热的熔盐（温度升至约 565）通过管道流入高温熔盐储罐中，在需要发电时，高温熔盐与水换热后产生高温高压蒸汽，驱动汽轮发电机组发电。经过蒸汽发生器，放热后的熔盐被送至低温熔盐储罐，再循环至塔顶的吸热器被加热。图：熔盐塔式太阳能热发电系统示意图（图片来源：可胜技术）导热油槽式太阳能热发电系统可分为集热岛、储换热岛和发电岛；主要部件设备包括：槽式集热器、油盐换热器、热盐罐、冷盐罐、蒸汽发生器和汽轮发电机组等。数个槽式集热器通过串联连接成标准集热器回路，数量众多的标准集热器回路通过并联方式组成集热场。槽式光热电站的基本运行流程为：槽式集热器通过跟踪太阳收集热量，加热集热器内循环流动的导热油，然后导热油进入蒸汽发生器释放热量，加热水产生过热蒸汽，蒸汽进入汽轮机发电，放热后的导热油返回至集热场重新吸热。当白天太阳较好时，一部分导热油将进入油盐换热器，释放热量加热熔盐，高温熔盐被存放在热盐罐中；到了晚上，热盐罐中高温熔盐的热量被重新释放出来，反向加热导热油，进而导热油进入蒸汽发生器，加热水产生蒸汽，实现在夜间继续发电。3中国太阳能热发电行业蓝皮书 2022图：导热油槽式太阳能热发电系统（常规流程）示意图（图片来源：龙腾光热）此外，导热油槽式光热电站还可以按照解耦流程进行设计，其运行原理为：槽式集热