光热发电在电网中占比超30%将更具竞争力

近年来，德国在不遗余力地尝试着能源转型。2011年，德国制定了一项清洁能源计划，按照计划到2050年德国清洁能源并网发电量占比将从目前的30%提升至90％。目前，德国正在寻求一种最具成本效益的方式为其电网提供电力，并期望到2050年基本实现零排放。

鉴于德国本土DNI指数较低，光热发电似乎不可能在该国能源转型和构筑低碳电网过程中扮演重要角色。然而，2016年发布的几篇论文所涉及的研究结果表明，储热型光热发电技术（CSP-TES）或将在这一过程中发挥重要作用。

为验证上述分析结果的合理性，同时也为了响应德国科学院的未来能源系统项目ESYS（EnergiesystemederZukunft：FutureEnergySystems）的要求，德国亚琛工业大学开发了一种新的计算工具，并利用该工具来研究哪种灵活可调的电力最适合于承担低碳排放电网中的辅助电力负载。

众所周知，储热型光热发电技术可生产灵活可调度的电力，但它对法向直接辐射（DNI）的要求较高，因此光热电站大多建在太阳能资源较为丰富的荒漠地带。

德国研究人员经过分析，得出了一个结果：德国若从DNI指数较高的西班牙和摩洛哥进口电力，配置储能的光热发电将是一种极具经济竞争力的选择。

当然，从上述两国进口光热电力将需要建设高压直流输电线路，这也是远距离运输大额电力最经济的选择。因此，电力成本的计算应该包括光热发电的成本以及新建输电线路的成本。

光热发电是弥补间歇发电缺陷的可行选择然而，研发人员的研究焦点并不仅限于储热型光热发电，而是更关注未来能源系统的整体发展。

据亚琛工业大学电力电子与电力驱动研究所电化学能量转换及储能系统研究室副研究员PhilippSt?cker介绍，由于风电和光伏发电等具有间歇性且波动较大，因此，在未来的电网中，可控和可调度的电力必须发挥更大的作用以弥补前者的缺陷。

St?cker专注于计算工具的设计，以帮助优化和分析能源系统。此外，他还参与撰写了几篇论文，其中包括：评估光热发电在波动的能源电力系统中的价值。

St?cker解释说：“我们采用的计算工具的关键点在于你无法过多地调整电网中的基础电力负荷占比。因为可再生能源电网中已经有很多波动的电力来源，如光伏和风电，这些电力具有不可控制的特点。剩余需承担基础电力负荷的电力来源若来自配置储能系统的发电系统，那么整个电力系统就可以实现平衡。

大规模电池储能系统不具经济性与此同时，来自亚琛工业大学的研究人员发现，在大型电网系统中，如果用电池储能系统来存储风电或光伏发电并不经济。相比之下，储热型光热发电电站本身由于可配置性价比较高的储能系统，这一优势使其成为更可控的太阳能发电形式。

光热电站之所以具备储能优势，主要在于其发电原理与光伏发电完全不同。光热发电利用镜场收集热量，然后将热量储存在巨大的熔盐罐中，在有需要时随时可以通过释放能量来驱动与常规化石能源电站类似的发电装置进行发电。由于光热电站生产的电力可实现随时调度，因此在供电稳定性方面其完全媲美传统的化石燃料电站。

St?cker表示，亚琛工业大学开发的这种计算工具是第一个将配置储能系统的光热发电技术设计在内的工具，而这项技术也是在未来最有可能进行大规模部署的发电形式。他表示：“我们开发的计算工具的亮点在于我们适当地考虑了储能系统，而且储能也将成为我们未来研究的重要组成部分。”

St?cker指出，虽然光热发电发展最初的时候也被定位为波动的可再生能源，而且其相对于成本较低的光伏和风电完全不具备竞争力。但现在形势已经变得有些不同，储热型光热发电系统凭借可以提供稳定的或可控制的发电输出且成本具有一定的吸引力而逐渐具有一定优势。

“有趣的是，我们发现，光热发电在电网中是否具备竞争力要看其所处的电网稳定性程度如何，即在波动性较大和更可控两种不同类型的电力系统中，光热发电技术的竞争力会发生变化。”St?cker表示。

储热型光热发电系统在低碳电力系统中至关重要St?cker认为，虽然光热发电本身并不可调度，但其配置储热系统之后即可实现稳定输出，可承担等同于诸如煤炭或天然气等常规化石能源电站同样的基础负载。

然而，根据价值顺序效应，目前煤炭和天然气装机量正逐步减少，与此同时电网中接入了更多可再生能源电力。

在采用“价值顺序效应”进行电力调度的电网系统中，电网更愿意接纳的价格较低的电力，也就是说电网更倾向于接纳更多诸如太阳能或风能等可再生能源电力。

据彭博社2015年报道，由于传统化石能源的使用量在不断减少，其容量因子也在下降，燃煤电站和天然气电站的运营成本越来越高。2016年，德国最大的公用事业公司之一RWE就因电力价格下降而损失了58亿美元。

而在非化石能源发电形式中，光伏没有移动部件并可采用全自动化操作，其运行成本最低，其次就是风电。但是像水电和地热一样，光热电站也需要配置很多机械传动装置。

“在光热电站中，需要配置反射镜和复杂的液压驱动系统，还要考虑吸热器因热应力而老化等各方面因素。”St?cker解释说，“总而言之，相比光伏和风电相对成熟的技术，光热发电系统的复杂性或将使一些运营商较早离开市场。”

亚琛大学研究人员发现，如果电网系统中光伏和风电的占比超过70％，那么储热型光热发电系统将因为利用率变得越来越低而在发电价格方面不具备竞争优势。

他介绍到：“我们发现了一个要点，那就是如果电网中新增波动性可再生能源越多，那么基础电力负荷系统将会越少或者越来越分散供应，这样可承担基础负荷的发电系统发电时间将会变得越来越短。”

因此，如果储热型光热发电系统可以为电网提供30%以上的低排放电能，且将具有竞争优势。但如果其利用率低于30％，那么其成本就会变高，同时会提高电网的整体成本。