中国太阳能热发电行业蓝皮书2022

中国太阳能热发电行业 BlueBookofConcentratingSolarPowerIndustry 2021 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 BlueBookofChina'sConcentratingSolarPowerIndustry 国中国家可太再阳生能能光源学热会产太业阳技能术热创发电新专战业略委联员盟会 2 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。 中国太阳能热发电行业蓝皮书 BlueBookofChina'sConcentratingSolarPowerIndustry 2022 3 2023年1月 4 中国太阳能热发电行业蓝皮书 BlueBookofChina'sConcentratingSolarPowerIndustry 2022 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 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 5 4.4我国光热发电关键部件/材料应用情况29 6 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2021~2022年度理事单位简介71 参考文献81 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：concentratingsolarpower,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SolarTwo）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 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：HeatTransferFluid，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：ThermalEnergyStorage,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。 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：槽式集热器跟踪太阳收集热量，加热导热油，导热油全部进入油盐换热器，将热量全部传递给熔盐，熔盐吸热后温度升高，存放在热盐罐中，完成集热储热环节。在需要发电时，热盐罐中的熔盐直接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，熔盐放热后温度下降，返回至冷盐罐中存放，完成放热发电环节。通过集热储热与放热发电之间的解耦，能够将前端太阳能波动对后端发电稳定性影响降到最低。 图：导热油槽式太阳能热发电系统（解耦流程）示意图（图片来源：龙腾光热） 槽式太阳能热发电系统也可以以熔盐为传热和储热介质。熔盐槽式光热电站运行流程为：槽式集热器跟踪太阳收集热量，加热熔盐，熔盐吸热后温度升高，存放在热盐罐。在需要发电时，热盐罐中的熔盐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，熔盐放热后温度下降，返回至冷盐罐中存放，如此反复。 熔盐线菲式太阳能热发电系统主要包括集热场、储热系统和发电系统；主要部件设备包括：一次反射镜、二次聚光器、吸热管（三者组成集热场）、熔盐储罐、蒸汽发