王志峰:太阳能热发电产业发展介绍

2017/7/19 15:16:52

演讲人系中国科学院电工研究所研究员

 

(本文根据“2017第六届新能源发电系统技术创新大会”演讲PPT编辑而成)


1.webp.jpg

 

一、行业发展现状评估

 

我国2016年新增装机量为10.2MW,太阳能热发电示范项目电价等相关政策的正式落地,预计2018年中国将迎来装机容量的大规模增长。

 

(1)从业企业的数量

 

1.截至2016年底各类企业的数量(如下表)

 

表1:太阳能热发电产业链分类及厂家数量——截至2016年12月31日

2.webp.jpg


2.“十二五”新增企业数量

 

表2:太阳能热发电新增加厂家数量(2016年1月1日-12月31日)

3.webp.jpg


由表2可见,电站投资和建设单位新增加较快,而制造业的数量几乎没有增加,第三产业的服务,教育和媒体类的数量也没有增加。2016年9月国家颁布了太阳能热发电电价后对电站投资有非常明显的拉动。预计对下游的拉动会在2017-2018年逐步显现,到2018年下半年会出现井喷态势,尤其是第三产业方面。

 

电站集成的核心是设计,由于火力发电市场的萎缩,我国的火电设计力量基本都从2015年下半年开始关注太阳能热发电,并展开了相应的工作。但由于示范项目较少,因此2016年被新拉入行业的设计院不多,这从2016-2017年初的几次投标就可以看出。图1显示了各类性质单位数量的对比。


4.webp.jpg


3.生产线数量

 

在回复问卷调研的22家单位中,有15家已建产品生产线,包括吸热器生产线、熔融盐生产线、导热油生产线、定日镜生产线、聚光镜生产线、机械&液压传动生产线、全场DCS控制设备生产线、各种玻璃反射镜生产线。生产线投资共计约41.8亿人民币。

 

4.产能数据

 

表3:各类别年产能数据

5.webp.jpg


(2)生产线数量排名

 

1.行业总资产:包括专业设备在内的电站投资,实验系统投资,科研,设计,检测平台,生产线投资等5部分,2016年新增投资约6亿。太阳能热发电行业总资产约160亿。以上总资产不包括上市企业的股市市值在内。由于一批示范项目将于2017年开工,以及其对产业链的拉动,预计2017年行业总资产可以达到400亿。

 

2.实现利润:因为电价政策2016年末出台,整个行业基本没有实现终端销售电力利润。行业内部的其他产品销售收入也均较低。

 

3.产业规模:产业目前侧重于研发和开展示范电站的前期工作,产业规模要随着示范项目的开展逐步扩大。包括专用装备,实验回路,示范电站等,目前还处于起步阶段。

 

4.产业结构优化:产业结构目前基本合理,随着招标的开展和示范项目的建设,聚光器集成业,尤其是减速机生产企业的数量和能力将得到优化。在电站设计集成能力方面,设计院的作用将逐渐凸显。起步早,实践经验多,案例多的设计院将获得较高的分值。随着示范项目的开展,检验检测等服务业将得到迅速发展。我国的太阳能热发电产品质量认证也即将开始。

 

5.2010-2016生产线数量变化:2010-2014年,我国各类产品的生产数量处于逐年增加的状态。2015-2016两年期间,核心装备生产线数量基本没有变化。2016年在熔融盐,熔融盐高温真空管方面各新建了1条生产线。

 

(3)规模企业

 

1.规模企业的生产能力、厂家数量

 

规模化生产企业包括定日镜、槽式聚光器、槽式真空管等3个方面。

 

定日镜可规模化供货的厂家有3家,产能40万平方米/年。

 

槽式聚光器的有12家,产能1.5GW,1500万平方米/年。

 

真空管骨干生产厂家5,产能1GW,40万只/年。

 

2.业务类型及总资产

 

表4:业务类型及总资产

6.webp.jpg


3.近五年自主创新能力的效果

 

2016年7月,中国科学院电工研究所建成了1MWth的熔融盐吸热换热回路,并成功运行。

 

2016年8月20日,中控太阳能德令哈5MW水介质+5MW熔盐介质塔电站并网发电。

 

2016年8月,西安航空动力公司MW级碟式斯特林太阳能热发电示范电站(50×20kW)建于陕西铜川。

 

2016年10月12日,甘肃阿克塞800米熔盐槽式示范回路,装机200kW,成功发电运行。

 

2016年12月26日,首航节能敦煌10MW熔盐塔式电站并网发电。

 

4.民营企业、国企、外企占比情况

 

表5:民营企业、国企、外企数量情况

7.webp.jpg

8.webp.jpg

9.webp.jpg


国有企业目前主要分布在电站投资和建设上。在设计,发电设备,塔式吸热器,各种换热设备上也有相当的数量。可见我国火电的产业技术基础可支撑太阳能热发电行业的发展。这说明,太阳能热发电承接火电的技术能力是可能的,并且已经开始。

10.webp.jpg


我国包括高校在内的事业单位在产业链上主要从事教育,专业从事太阳能热发电科研的科研机构较少。目前值得重视的是,国有企业的大型研究院开始从事太阳能热发电技术的研究。例如国电投中央研究院,国网电科院,中国电力科学院,华能清洁能源研究院等。但我国在太阳能热发电重大基础研究方面的力量仍显薄弱。

 

“十二五”发展落实情况:截至2015年底,全国已建成实验示范性太阳能热发电站(系统)6座,装机规模为1.388万千瓦;2016年9月,国家能源局印发《关于建设太阳能热发电示范项目的通知》(国能新能[2016]223号),确定第一批20个太阳能热发电示范项目,其中包括9个塔式电站,7个槽式电站和4个菲涅尔电站,总计装机容量134.9万千瓦,分布见图5。项目主要分布在青海省、甘肃省、河北省、内蒙古自治区、新疆自治区五个省区,其中以甘肃项目数最多,分布见图6。

11.webp.jpg


图6和图7显示了示范项目的地点、太阳能DNI和效率情况。示范项目全部分布在我国北方地区。除了张家口市外,在甘肃,青海,内蒙古和新疆等西北地区。从图6可见,建站地点的年DNI值基本在2000kWh/m2左右,没有超过2200kWh/m2的。图7可见示范项目的效率分布在15-22%之间。

12.webp.jpg



如图8所示,电站分布地域的GDP处于较低的经济地区(2014年GDP数据)。张家口示范项目落在我国GDP第三档地区。


13.webp.jpg


(4)行业发展主要问题

 

产品急需验证、产品质量及结构、产业国际化程度、自主知识产权的保护产品、装备生产能耗差距、技术支撑能力。

 

二、“十三五”面临形势的判断

 

(1)国内外经济发展趋势对太阳能热发电技术的影响

 

根据《BP世界能源展望》(2016版)研究结果,2035年,世界人口预计将达88亿,较现在增加15亿。世界经济的发展意味着需要更多的能源。

 

我国能源负荷中心的可再生能源资源就地供应能力不足,决定了我国清洁能源开发以大基地为主、电能的远距离传输有较大的需求。预计2050年,40%的西部电力、太阳能风能电力都要外送。太阳能热发电能够平抑电力波动的特性可以使得大型可再生能源电力弃风、弃光率大大降低,是实现我国清洁能源由西部送往东部和南部的前提。

14.webp.jpg

15.webp.jpg


(2)发展面临的机遇

 

1.电网对电源稳定性需求

 

在2020年1000万千瓦光伏规划装机的基础上,分别新增200万千瓦光伏和光热装机,两种场景下的弃光率分别为13.02%和10.17%。可见增加太阳能热发电对减少弃光率是非常有效的。是一种电网需求的,可稳定输出的可再生能源。

16.webp.jpg


2.能源互联网中多能互补和热电联供

 

能源互联网中流动的除了电流外还有热流。太阳能热发电热电联供是可再生能源高效利用的重要手段。热电联供可使太阳能利用的总能效率达到65%以上。从能量转化的基本定律出发,对所收集到的太阳能从热能的梯级利用与品位的角度,基于对总能的梯级利用采用“温度对口,梯级利用”的原则,把热机发电和余热利用或供热联合,实现热电联供的梯级利用可大幅度提高能源综合利用效率。

17.webp.jpg


3.建设西部低碳城镇的需求

 

国家主席习近平在2016年12月主持召开中央财经领导小组第十四次会议强调,推进北方地区冬季清洁取暖,关系北方地区广大群众温暖过冬,关系雾霾天能不能减少,是能源生产和消费革命、农村生活方式革命的重要内容。要按照企业为主、政府推动、居民可承受的方针,宜气则气,宜电则电,尽可能利用清洁能源,加快提高清洁供暖比重。面对这一目标,开发高效的可再生能源系统,提高能源利用效率,减少能源消耗是关键。太阳能热电联供系统兼顾了系统节能和高效的特性与可再生能源的清洁和环保的特性,为解决这一问题提供了一个新的思路和可行的方案。

 

4.战略新兴产业和“一带一路”产业需求

 

目前,全球光热投运装机约4400MW,项目数量在120个左右。在已经并网的电站中,美国占40%,西班牙占53%。在规划和在建装机中美国占56%、西班牙占24%、中东占8%。自去年以来,以色列、沙特阿拉伯、南非等国的光热装机量增长迅猛。在“一带一路”路线图中,显然不能缺少沿线各国之间的能源合作。而能源作为“一带一路”建设的重点行业之一,已展现出从单边向区域性合作的转变趋势,为中国新能源企业开展国际合作创造了前所未有的机遇。


18.webp.jpg


5.技术发展带来的产业升级

 

在太阳能热发电新技术中,除了传统的系统优化技术,系统和设备可靠性技术,设备的成本和效率技术外,可满足电力负荷鸭型曲线的系统与电网的调度技术,超临界太阳能热发电技术,超临界二氧化碳太阳能热发电技术,固体介质吸热器,重金属合金吸热器介质技术等是特别值得关注的。太阳能热转变为化学能,制取液体和气体燃料技术也是值得注意的技术。

 

(3)面临的挑战

 

光伏电价的快速降低;我国集成技术运行经验积累薄弱;制造业产能过剩,低质低价竞争出现;有从业经验的工程技术人员短缺;国外技术品牌对我国企业及技术发展的挑战;技术驱动面临研发和中试资金投入不足等问题;技术标准设计规范缺失,产品检验能力亟待建立。

 

(4)市场需求分析及预测

 

国家“十三五”能源规划已经明确到2020年,我国太阳能热发电装机4000MW。按照第一批示范项目的基本预期,太阳能热发电站的年均发电时数4500小时。因此到2020年,我国太阳能热发电年发电量将达到180亿kWh。

 

随着我国太阳能热发电技术的成熟发展,预计我国太阳能热发电产品的出口也将开始。到2020年,预计出口重点为南非,北非,西亚,南美等国和地区。出口量将达到4000MW。主要为真空管,槽式和平面反射镜,定日镜驱动装置和定日镜整机,电站装备检测设备等。

 

三、“十三五”行业发展指导思想、发展目标及任务

 

(1)经济目标

 

1.全行业总产值规模

 

到2020年,太阳能热发电国内保有量达到4000MW,总产值800亿元。年行业总产值约200亿元。出口4000MW太阳岛核心装备和材料,总产值约为360亿元。全行业总产值约为1200亿元。由于行业产品的划分,出现年销售百亿的装备型生产企业可能1-2家。主要分布在聚光器行业。

 

2.单位生产成本的目标

 

到2020年,定日镜销售价格达到700元/m2,槽式吸热管达到2300元/根。玻璃反射镜120元/m2,槽式聚光器达到550元/m2,带有6小时储热的太阳能热发电站一次投资达到2000万元/MW,比2010年下降约48%。

 

(2)产品结构调整目标

 

1.核心装备国产亿元目标

 

太阳能聚光器,吸热部件以及EPC总包行业的产值较高。应出现1-2家年产值过百亿的公司,过十亿的公司应该出现20家左右。太阳能聚光器用玻璃反射镜的竞争将进一步加大,建筑玻璃行业和汽车玻璃的重点企业将进入该领域。反射镜生产商将由目前的约6家减少为2-3家,并且主要是汽车玻璃公司。

 

在塔式熔融盐吸热器方面的生产数量应在30个左右。每个吸热器的价格约亿元。我国的化工装备厂和锅炉厂将是该产品的竞争者。但总体行业产值不大,2017-2020年约在50亿以内。

 

2.新兴服务业的发展

 

太阳能电站设计顾问,设计软件工具等的编制,装备检测,系统性能检测评价,标准和规范研究等方面,仿真机研制,操作人员培训,设备维修,镜场清洁等方面的工作已经随着示范项目的开展逐渐开始。预计到2020年,该行业4年总的产值将达到1亿元。

 

3、形成3-5家国际知名生产商

 

通过首批示范项目的锻炼,我国将出现3-5家可承接国际业务大型EPC公司。该公司既有技术案例,实际经验,也有充分的资金。这些EPC公司将在2020年前形成,包括国有企业和民营企业。

 

(3)技术目标

 

到2020年,我国太阳能热发电站年平均效率(annual average efficiency)达到17%,

储热系统效率达到90%;电站年满发小时数达到4500小时;玻璃反射镜镜面反射比93%;槽式吸热管表面耐温度达到600°C;塔式吸热器选择性涂层吸收比92%,常温发射比10%,650°C发射比25%;定日镜销售价格750元/m2;槽式集热器销售价格600元/m2。

 

(4)主要任务

 

1.在工程技术层面:加强集成创新,提升设计能力;开展产品质量检验,为示范项目保驾护航。加强聚光器技术研究,大幅度降低成本。提高吸热器和吸热部件寿命。

 

2.在科学技术层面:加强储热材料体系研究,对低熔点,高分解温度的储热材料给予足够的关注。

 

(5)稳步实现国际化

 

中国对外出口技术和市场应分步骤稳步推进:出口基本材料,例如玻璃反射镜玻璃原片,玻璃反射镜,熔融盐;出口装备,定日镜驱动器,定日镜整机,定日镜场控制系统,槽式聚光器,槽式真空管;出口成套设备,太阳岛,集热岛等设备;EPC总包;检测设备成套出口,为西亚,南非,北非和北美的发展提供技术平台和产品保障;电站投资。在电价合适的国家进行电站投资,例如南美,摩洛哥等国家。

 

到2020年实现以下国际化目标:在国家上承接EPC项目5-6个,对外工程总容量达到500MW;出口定日镜200万平方米;出口槽式聚光器200万平方米;出口槽式反射镜100万平方米;出口传动系统5万台套;出口槽式真空管10万支。