太陽能發(fā)電技術通常指光伏發(fā)電技術和光熱發(fā)電技術，前者是根據(jù)光生伏特效應原理，利用太陽電池將太陽光能直接轉化為電能，而光熱發(fā)電則是指利用大規(guī)模反射鏡陣列收集太陽熱能，經(jīng)過換熱裝置產(chǎn)生蒸汽，通過蒸汽帶動汽輪產(chǎn)生電能。因為同屬太陽能發(fā)電，兩者經(jīng)常被放在一起比較，究竟是光伏前景廣闊還是光熱會后來居上，各方也一直爭論不休。
那么，在未來的幾十年里，太陽能發(fā)電技術將有什么樣的發(fā)展?哪種技術路線最具有經(jīng)濟性?組合發(fā)電模式能否為太陽能發(fā)電提供更大的機會?目前，德國航空航天中心(DLR)正在就這些問題進行深入研究，旨在分析光伏發(fā)電和光熱發(fā)電技術到2030年將呈現(xiàn)何種發(fā)展趨勢。
光伏光熱短期內(nèi)競爭之勢無可避免
這項研究從對比光伏發(fā)電與光熱發(fā)電的系統(tǒng)、技術要求、經(jīng)濟效益和環(huán)境效益等幾方面入手。這項名為THERMVOLT的研究項目主要分析太陽能發(fā)電如何在沒有陽光的情況下產(chǎn)生經(jīng)濟可靠的高質量電能。
光熱發(fā)電產(chǎn)生的電能既可以用于直接發(fā)電也可以以熱量的形式儲存起來，它的應用領域不只限于發(fā)電，也可用于制氫或者工業(yè)熱利用等領域。事實上，光熱發(fā)電的最大優(yōu)勢便是可利用熱量存儲以削弱太陽光輻射不穩(wěn)定對其發(fā)電質量的影響，同時光熱發(fā)電與傳統(tǒng)發(fā)電方式及現(xiàn)有電網(wǎng)能夠更好契合。由于其后端配備蒸汽發(fā)生器、汽輪機等設備使其可通過化石燃料補燃等方式進行組合發(fā)電，在未來，光熱發(fā)電還可能與生物質燃料等進行混合發(fā)電。如此一來，光熱發(fā)電就可以承擔電網(wǎng)的基礎負荷，在電力系統(tǒng)中具備可以取代大型傳統(tǒng)能源發(fā)電廠的可能性。
光伏系統(tǒng)則直接將太陽光轉化為電能，因此在占地面積、投入成本、技術難度上都優(yōu)于光熱發(fā)電，但光伏本身不具備儲能能力，只能通過將電能儲存在電池的方式進行儲能。因此，在成本、技術要求、環(huán)保效益方面不具備明顯優(yōu)勢。近年來，光伏發(fā)電成本顯著降低，而電池成本也被認為將在未來幾年大幅度下降。從商業(yè)運作的角度上來講，兩者同樣依靠太陽能發(fā)電、在資源要求上的類似性，造成短期內(nèi)兩者之間的被比較與相互競爭關系不可避免。
最近一些研究表明，目前全球可再生能源發(fā)電的比例已接近電網(wǎng)接納能力上限，如若不解決儲能問題，可再生能源的消納將成為一個日益棘手的難題。
通過模擬電站模型來確定光伏光熱最佳容量配比
在研究過程中，研究人員模擬了各種光伏和光熱發(fā)電模型的成本計算，并研究了在相同規(guī)模的情況下若采用光伏與光熱組合發(fā)電的形式，應怎樣配比各系統(tǒng)容量才能實現(xiàn)最低的碳排放量與最低的發(fā)電成本。在模型中，光熱電站配備了儲能系統(tǒng)以及化石燃料補燃系統(tǒng)，光伏聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠則配備電池存儲系統(tǒng)，系統(tǒng)之間可以實現(xiàn)協(xié)同運作。
太陽能發(fā)電廠預設容量為100兆瓦，測試地點選在陽光充足的地區(qū)如摩洛哥和沙特阿拉伯等地，將選取2015年，2020年以及2030年作為年度計算分析模型。
計算將選取一個完整年度并按小時進行詳盡分析，其中太陽能電池陣列規(guī)模和儲能大小已確定。然后通過建立一個效率模型，再考慮到一些影響因素(例如磨損)和各種成本估算的情況下，計算出優(yōu)化系統(tǒng)后的度電成本。
光伏光熱組合優(yōu)勢大于單打獨斗
先期研究結果表明，在現(xiàn)有條件下，光熱和光伏相結合是目前最具前景的太陽能發(fā)電技術路線。光伏發(fā)電廠直接向電網(wǎng)供電，在用電高峰期，比如夜間，光熱將在夜晚通過儲熱發(fā)揮其優(yōu)勢。即使增加化石燃料補燃也將相對容易可行，成本不會過高。
據(jù)悉，該研究得到了德國聯(lián)邦經(jīng)濟和技術部約50萬歐元的資金支持。由航天學院太陽能研究和工程熱力學院、芬蘭拉普蘭塔理工大學(LUT)共同參與。FichtnerGmbH和M+W集團公司也作為行業(yè)合作伙伴參與其中，最終的研究報告將在2016年底提交。
