光热行业深度系列报告：自带储能的太阳能利用形式，千亿级市场加速到来

证券研究报告|行业深度 光热发电 2023年6月7日 光热行业深度系列报告：自带储能的太阳能利用形式，千亿级市场加速到来 证券分析师 姓名：俞能飞 资格编号：S0120522120003 邮箱：yunf＠tebon.com.cn姓名：唐保威 资格编号：S0120523050003 邮箱：tangbw＠tebon.com.cn0 内容摘要 光热发电——自带储能的太阳能热电利用形式。太阳能热发电，也称聚光型太阳能热发电(ConcentratingSolarPower，简称CSP)或光热发电(SolarThermalElectricity，简称STE)，是目前已实现商业化的两种太阳能发电技术之一。其由于大规模储热系统的存在，可以实现连续、稳定、可调度的高品质电力输出，因而具备广阔的发展前景。 光热发电原理及运行机制深度解析——为何光热具备优秀的调峰能力。太阳能热发电包含一系列的能量转换过程，首先太阳光摄入镜场，镜场将接收的太阳法向直接辐射能聚焦反射到集热器表面，集热器将接收的反射辐射能转换为传热介质(熔盐)的热能，传热介质的热能传递给过热蒸汽，过热蒸汽通过汽轮机组将热能转换为机械能，并通过发电机转换为电能，最后电能扣除厂用电后输出到电网。光热在前端同样受到太阳光变化的扰动，后端流速控制是光热系统稳定的关键，而熔盐储热为流速控制提供保障。 储能、调峰从“伪需求”逐步转为刚性需求，具备深度调峰能力的光热价值需重视。在国家首次实施20个光热示范项目的“十三五”初期，新能源装机量占比仍较小，火电占比约66%，此时新能源对电网的影响还不大，对储能调频调峰的需求也不高，同时由于光热初始投资成本较高，导致了首批光热示范项目最终并网不足50%。但是随着新能源的装机比例不断提高，对于调峰的需求有望成为刚性需求，光热的价值也将进一步得到体现。 光热调峰价值逐渐显现，政策扶持力度加码。目前，随着各地“十四五”能源及可再生能源规划接连出台，各地光热发电规划也已明晰，多个包含光热的风光热互补新能源项目已正式获批并陆续启动建设。今年4月，国家能源局发布《国家能源局综合司关于推动光热发电规模化发展有关事项的通知》，指出力争“十四五“期间，全国光热发电每年新增开工规模达到300万千瓦左右。 2030年全球光热总装机量有望达到73GW，2020-2030年均增速28%。IEA预计2020-2030年光热装机量有望以每年28%左右的复合增速快速增长，2020-2050年则有望以每年15%左右的复合增速增长，到2030年全球光热总装机量有望达到73GW。根据国家能源局”十四五”期间每年新开工光热3GW的指引，由于2021、2022年国内新开工光热合计仅约1GW，故2023-2025年有望保持年均4.5GW的开工规模。由此我们预计2023-2025年国内光热开工或将迎来热潮，千亿级别市场或将加速到来。 相关标的：首航高科（国内光热发电的领军企业，技术水平达到国际先进水平）；西子洁能（参股可胜技术，自主研发的光热系统获国家能源领域首台（套）重大技术装备）；川润股份（塔式光热定日镜液压驱动系统领头羊）；锡装股份（完全掌握光热电厂蒸汽发生系统和油盐换热器等核心装备的设计及制造技术）；安彩高科（子公司自主研发的光热玻璃打破技术垄断）等。 风险提示：光热电站建设落地进展不及预期；光热相关支持政策发生变化；被其他储能或调峰技术取代等风险 请务必阅读正文之后的信息披露及法律声明。1 目录 CONTENTS 01光热概述——光热发电的概念、历史及现状 02发电原理——光→热→电的转换：以塔式光热为例 03运行机制——熔盐储能保障光热发电的稳定性 04市场空间——曲折中前进，千亿级市场加速到来 05投资建议 06风险提示 请务必阅读正文之后的信息披露及法律声明。2 01 光热概述——光热发电的概念、历史及现状 请务必阅读正文之后的信息披露及法律声明。3 1.1光热发电——自带储能的太阳能热电利用形式 利用反射镜将阳光聚集发电，自带储能实现稳定电力输出。太阳能热发电，也称聚光型太阳能热发电(ConcentratingSolarPower，简称CSP)或光热发电(SolarThermalElectricity，简称STE)，是目前已实现商业化的两种太阳能发电技术之一。它利用大量反射镜以聚焦的方式将太阳直射光聚集起来，加热工质并进行储存，再利用高温工质产生高温高压的蒸汽，驱动汽轮发电机组发电。由于大规模储热系统的存在，太阳能热发电可以实现连续、稳定、可调度的高品质电力输出，因而具备广阔的发展前景。 光热系统组成包括集热、储热、换热、发电，根据集热方式不同又划分四大类型。光热发电系统主要由太阳能集热器、储热系统、热交换系统、发电系统构成。根据集热形式不同又可分为塔式、槽式、菲涅尔式、碟式四类，塔式系统是利用平面反射镜将太阳光反射到中心高塔顶部的吸热器上，即采用点聚焦方式；槽式系统和菲涅尔式系统都是线聚焦方式，聚光反射镜将太阳光反射到细长线型的管状集热器上，碟式光热发电是利用旋转抛物面聚光镜将太阳光聚集在集热器上。 高温工质 高温蒸汽 凝汽器 低温工质 给水 泵 太阳能集热器 储热系统 热交换系统 图表：光热系统的主要组成部分图表：不同类型的光热电站 1.2过去几十年光热历经波浪式发展，新能源时代或将加速产业化 近代人类对光热探索始于17世纪，多为个人发明。近现代世界范围内人类对太阳能热的利用可以追溯到1615年，当时法国工程师所罗门·德·考克斯发明世界上第一台太阳能驱动的发动机，利用太阳能加热空气使其膨胀做功而抽水；1860法国数学教授AugusteMouchout研制将太阳热能转换成机械能的装置来驱动汽车，当时人类对光热的探索多停留在个人发明阶段。1913年，费城发明家FrankShuman在开罗郊区建造了世界第一座太阳能热电站，产生的蒸汽用来驱动功率为45KW的蒸汽马达进行农业灌概，但一战爆发和廉价石油的发现打碎了Shuman大规模复制太阳能发电厂的梦想。 现代前苏联率先提出了塔式光热电站的设计思想，此后经历波浪式发展。1950苏联率先提出了塔式光热电站的设计思想，此后光热的发展主要包括四个阶段：第一阶段为1970s-1990s，受到第一次石油危机影响，先进工业国为了寻找替代石油的新能源，不约而同地开展了利用太阳能的研究；第二阶段为21世纪初到2013年，此阶段全球政府对气候变暖的关注度越来越高，尽管光热建设成本依然较高，但是部分国家加大了对光热项目的补贴；第三阶段为2014年-2020年，此阶段主要特征是新兴市场出现且表现活跃，光热发电从集中市场转为多个区域市场；第四阶段为2021年至今，一方面光伏、风电等间歇能源装机比例不断升高，需要具备深度调峰能力的大型储能清洁能源形式，另一方面光热经过十几年的商业化运行，日趋成熟，光热发展有望驶入快车道。 1950年 1970s-1990s 第一阶段 2000s-2013 第二阶段 2014-2020 第三阶段 2021-至今 第四阶段 苏联率先提出了塔式光热电站的设计思想 受到第一次石油危机影响，当时许多工业发达国家都将太阳热发电作为重点，投资兴建了一批试验性太阳能热发电站。 《京都议定书》于2005年正式生效，尽管光热建设成本依然较高，但是部分国家加大了对光热项目的补贴。 2007年首座商业化光热电站在西班牙投运，为光热发展矗立了标杆。这一阶段市场集中度甚高，新增装机以西班牙和美国为主 西班牙电价补贴政策在2012年停止后其光热发展停滞，美国则继续引领世界光热发电市场发展，非洲、中东、南美、亚洲等新兴市场表现活跃 光伏、风电等间歇能源装机比例不断升高，需要具备深度调峰能力的清洁能源替代火电的作用；此外，光热经过十几年的商业化运行，日趋成熟，光热发展有望驶入快车道。 图表：光热系统的主要组成部分 1.32022年全球光热累计装机量不足7GW，西班牙、美国、中国占比高 全球光热累计装机约7GW，西班牙和美国占据过半市场。2022年国内外各新增一个光热发电项目，国内玉门鑫能二次反射塔式光热发电示范项目，装机容量50MW，电站设计储热时长9小时；国外为迪拜太阳能光热光伏混合项目中的槽式1号机组，装机容量200MW，储热时长13.5小时。截至2022年，全球光热累计装机量约7GW，其中西班牙占比约34%，美国占比约27%，中国占比约9%。美国早在1982年就建立了当时最大的塔式光热电站SolarOne（10MW，后被改造为SolarTwo）；而西班牙2007年建成了世界上第一个商业化运行的塔式太阳能光热发电站PS10，这两个国家已经掌握了光热发电大量的关键技术，是目前光热的主要市场。 我国基本掌握核心技术，光热发展大幕正在徐徐拉开。我国在光热领域的探索起步并不算晚，早在20世纪70年代中期，我国就在天津建造过一套功率为1kw的塔式太阳能光热发电装置。2012年，八达岭1MW塔式光热实验电站于北京延庆调试发电，这是我国乃至亚洲首座兆瓦级塔式光热项目，并且其所有的技术、设备全部都是我国完全自主研发和制造的，标志着我国具备独立建设大型光热电站能力。2016年国家能源局发布《关于建设太阳能热发电示范项目的通知》，确定第一批太阳能热发电示范项目共20个，总计装机容量134.9万千瓦，正式拉开了我国光热高速发展的大幕。 图表：全球光热新增装机量及累计装机量情况（MW） 图表：2022年全球光热装机地区分布 图表：中国新增装机量及累计装机量情况（MW） 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 700 印度 5% 其他 以色列6% 4% 南非 7% 西班牙 34% 摩洛哥 8% 中国 9% 美国 27% 600 500 400 300 200 100 0 20122013201420152016201720182019202020212022 累计装机量新增装机量累计装机量新增装机量 02 发电原理——光→热→电的转换：以塔式光热为例 请务必阅读正文之后的信息披露及法律声明。7 2.1光热电站可选择4种主要聚光形式，塔式最具发展潜力 塔式、碟式、槽式、菲涅尔式光热电站特点各异。根据光的聚焦方式不同，光热发电分为点聚焦方式的的塔式、碟式太阳能光热发电系统，线聚焦方式的的槽式、线性菲涅尔式太阳能光热发电系统。槽式是首个商业化的发电方式，其技术标准、运营经验都是比较成熟的，设备易于生产安装，但聚光效率和运行温度较低、热能耗较大；塔式具有集热温度高(560~570℃)，蒸汽参数高，热动效率高，导热管回路短等优点，所以在造价控制和规模化商业应用中具有独到优势，但由于镜面与塔距离远，定日镜对焦难度大，对跟踪的命中率和精准度有很高的要求，技术难度较高；线性菲涅尔光热发电系统结构部件简单，投资低，但聚光比低、光电效率低；碟式光热发电系统尽管发电效率最高，但是因核心部件斯特林机故障率高，且难以实现大容量储能，目前仅适应于小容量分布式发电。 全球和我国光热装机结构不同，塔式最具发展潜力。值得注意的是，全球大部分国家/地区光热装机以槽式为主，而我国则以塔式为主。由于槽式商业化较早，技术更加成熟，存量装机较大，尤其是西班牙曾经的电价补贴政策令该国投运了大量的光热电站，而且主要是以槽式电站为主。而在新建/在建项目中，塔式熔盐储能光热发电因其较高的系统效率、较大的成本下降空间，有望逐渐成为最主流的光热发电技术路线。我国光热项目多为2016年首批示范项目后开工建设，从装机容量来看塔式占据60%的装机量。 图表：不同类型光热电站主要参数对比 单机容量（MW）10~30010~2000.01~0.02510~200 聚光方式线聚焦点聚焦点聚焦线聚焦 参数槽式塔式碟式线性菲涅尔式成熟度商业化商业化示范示范 图表：全球（左）和我国已建成的太阳能热发电系统结构 槽式 77% 塔式 20% 菲涅尔 3%