光熱燃氣ISCC聯合循環項目
摩洛哥在2010年建成了AinBeniMathar這一世界上首個ISCC(IntegratedSolarCombinedCycle)光熱燃氣聯合循環電站,阿爾及利亞和埃及緊隨其后分別建成了一個ISCC電站,這三個ISCC電站也是世界上最早和最為知名的三大項目。下表列出了摩洛哥AinBeniMathar光熱ISCC聯合循環電站的基本信息。

表:摩洛哥ISCC燃氣光熱聯合循環項目

圖:AinBeniMatharISCC電站
光熱燃油ISCC聯合循環項目
目前,沙特和科威特等光熱市場即正在開發數個ISCC聯合循環電站。沙特目前正在開發50MW的Duba1項目(總裝機600MW)及50MW的WaadAlShamal項目(總裝機1390MW),目前,兩個項目均在建設中,預計2018年完成。Duba1是沙特第一個ISCC項目,也是沙特第一個將開建的商業化光熱發電項目。沙特的這兩個ISCC項目均為與燃油發電進行聯合循環,而非燃氣。

表:沙特Duba1項目信息

圖:在建的Duba1項目首次采用了終極槽大開口集熱器
光熱煤電ISCC聯合循環項目
2014年,我國首個光煤互補示范項目——大唐天威嘉峪關10MW光煤互補項目一期1.5MW項目完成與大唐803燃煤電廠熱力系統的連接工程建設,經過一個月左右的調試,實現聯合運行。該項目為大唐集團新能源股份有限公司承擔的國家863計劃項目“槽式太陽能熱與燃煤機組互補發電示范工程應用研究”重要組成部分,為我國首個槽式太陽能集熱場與燃煤機組互補運行電站。
該示范項目位于甘肅嘉峪關大唐803燃煤電廠廠區,容量為1.5MWth,占地面積3.5萬平方米,采用槽式太陽能熱發電技術。在600米長的太陽能集熱場內,導熱油流經集熱管加熱至393℃,通過油水換熱器將高溫導熱油的熱量接入大唐八零三發電廠熱力系統。以光煤互補發電的方式,利用太陽能資源來補充發電,可有效減少原火電機組煤耗量,降低污染排放,實現連續穩定發電。

表:中國首個光煤互補示范項目信息

圖:大唐天威嘉峪關10MW光煤互補項目實景
海外市場方面,2016年11月4日,印度首個光熱燃煤混合發電項目開工,該項目采用菲涅爾太陽能集熱技術開發,預計將于2017年9月建成投運。印度能源環境公司Thermax和德國菲涅爾光熱發電技術公司FRENELL組成的聯合體中標該項目,其新建設的菲涅爾集熱系統的熱功率為15MWth,與其中一個210MW的水冷機組混合發電,每年為其蒸汽循環系統提供14GWh的熱能。
除了和燃氣、燃油、煤電等傳統能源進行聯合循環發電外,光熱發電還可以生物質能、地熱能等可再生能源發電技術進行聯合發電。
光熱生物質ISCC聯合循環項目
2012年12月,全球第一個光熱發電生物質能混合發電站TermosolarBorges電站正式投運,開啟了光熱生物質聯合循環發電項目的先河。
該項目投資1.53億歐元,于2011年3月底開工建設,建設期共20個月,總裝機58.5MW,其中生物質發電裝機36MW,太陽能熱發電裝機22.5MW,由槽式光熱鏡場和生物質能鍋爐兩大部分組成,在白天太陽光照較好的時候主要采用光熱發電,在晚間或太陽光照條件不佳的時候主要采用生物質能發電,采用這種互補發電的方式可實現24小時持續發電。

表:西班牙TermosolarBorges項目信息

圖:TermosolarBorges電站
此后,意大利新能源項目開發商FalckRenewables于2014年5月宣布在意大利卡拉布利亞的Rende建成了意大利第一個光熱發電和生物質混合發電項目。該項目的生物質發電裝機為14MW,太陽能發電裝機為1MW。丹麥Aalborg公司在小城Brønderslev于2016年底建成一個裝機16.6MWth的光熱生物質聯合循環項目,但主要目的是為當地輸送持續穩定的熱能。在中國市場,生物質發電領域領先公司武漢凱迪電力股份有限公司也在規劃建設生物質和光熱聯合循環發電項目。
光熱地熱能ISCC聯合循環項目
利用地熱能和光熱進行聯合循環發電,不僅可以使焓值較低的地熱能轉變為焓值較高的能源加以利用,提高機組的經濟性,又可以維持機組連續運行,避免了單一太陽能發電系統的缺點。
光熱地熱聯合循環發電技術目前尚無太多實際案例。2016年3月29日,位于美國內華達州的全球首個地熱和光伏光熱兩種太陽能發電系統聯合運行的Stillwater混合電站投運。Stillwater地熱電站由兩個雙循環發電單元構成,光熱發電采用水工質槽式集熱技術,與原有的地熱發電系統共用相同的電力島。該混合電站將結合雙循環地熱發電的持續發電優勢,光熱集熱場的熱量不直接發電,僅作為前端預熱熱源補充進入地熱發電系統。

表:美國Stillwater混合電站項目信息

圖:美國Stillwater混合電站
理論上來看,任何一種CSP技術都可以用于開發ISCC電站,但到目前為止仍以最主流的槽式技術為主導。槽式技術在ISCC領域的應用以其技術成熟度、成本經濟性都要明顯優于其它技術而占明顯優勢。
中東和北非市場(MENA)對ISCC技術看起來更為鐘情,其擁有全球最多的ISCC項目。MENA地區的石油天然氣、太陽能資源豐富,其大多數電站都采用燃油或燃氣發電技術,光熱與燃氣燃油發電進行聯合循環對MENA市場而言具有更大的經濟性和可行性。另外,ISCC電站相對于獨立的光熱電站而言可有效降低投資風險,大大增加了其可行性。
回到中國市場,中國的傳統電站以煤電為主且多分布于負荷區,而這些地區的太陽能資源并不豐富且污染較為嚴重,利用光熱技術的經濟可行性較弱;在西北光熱資源較好的地區,要建設ISCC項目還面臨政策層面的問題,ISCC這種獨特的項目如何核定上網電價目前無章可循。截至目前,國內尚無在推進中的可執行的商業化ISCC光熱聯合循環發電項目。