自20世纪70年代末以来,我国太阳能光热行业经过30余年的蓬勃发展,保有量已达4.7亿平方米,年安装量依然保持在3000万平方米以上,占据全球份额的75%,保持着太阳能热利用世界大国的领先地位,具有举足轻重的影响力。
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低温市场乏力,高温发展再遇瓶颈
随着太阳能光热低温热水技术的成熟,农村人口城市化进程的加速,以及常规能源热利用的快速发展,严重挤压太阳能低温热水市场的发展空间,太阳能热利用低温市场呈乏力态势。
太阳能光热高温发电的技术进步,推动了太阳能光热高温发电示范项目的实施。但由于受到初投资成本、上网电价、产业化技术成熟度以及光伏发电成本高速下行等问题的严重限制,被寄予厚望的太阳能中高温工业热利用,也因太阳能光热产业的逐步萎缩,技术、产品、产业化发展不足而未出现突破性进展。因此,太阳能光热利用行业几乎处在停止发展的关键时期。
喜迎政策春风,行业浪潮再起
2017年至今,国家各部委先后发布了多项涉及太阳能光热利用的政策,相继发布《关于开展中央财政支持北方地区冬季清洁取暖试点工作的通知》《北方地区冬季清洁取暖规划(2017-2021年)》《打赢蓝天保卫战三年行动计划》《乡村振兴战略规划(2018-2022年)》《关于解决“煤改气”“煤改电”等清洁供暖推进过程中有关问题的通知》《关于做好可再生能源发展“十四五”规划编制工作有关事项的通知(国能综通新能〔2020〕29号)》等文件。
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特别是2020年的政府工作报告中指出“深化重点地区大气污染治理攻坚”。国家政策对太阳能光热利用发展提供了可持续的政策支持,为行业发展指明了方向。对比常规清洁能源,太阳能热利用具有显著的技术优势。
首先,太阳能是大自然赋予人类免费的取之不尽、用之不竭的清洁能源。对比具有消费特性的电能、生物质能、燃气、醇基燃料等常规能源,太阳能光热利用是唯一一种可以通过消费能源收回设备初投资的能源。因此,充分发挥太阳能光热的免费清洁优势,可显著降低用户的运行成本。
其次,企业需要通过投入巨资减排设备及运行成本维护污染物排放指标,面临巨大的财务负担。对比其他常规能源,太阳能光热利用是唯一在使用过程中没有污染物排放的能源投入相对较低。
最后,工业用热主要集中在 80~250℃。太阳能光热利用技术可以提供 60℃~500℃的用热需求,完全能够满足民用、工业用热温度要求。太阳能光热系统能够与常规能源设备进行系统对接,实现能源优势互补。
太阳能光热利用存在着初投资高、对比常规能源输出不稳定的缺点。因此,太阳能光热利用的发展方向为太阳能“光热+”清洁能源技术路线,以合理配置太阳能保证率,充分发挥太阳能免费的优势,同时发挥常规清洁能源稳定的优势,实现太阳能光热和常规清洁能源优势互补,共同发展,推动太阳能光热利用产业二次腾飞。
万亿级蓝海有待深耕
《北方地区冬季清洁取暖规划(2017-2021 年)》指出:截至2016年底,我国北方地区城乡建筑取暖总面积约206亿平方米。取暖使用能源以燃煤为主,约占总取暖面积的83%,天然气、电、地热能、生物质能、太阳能、工业余热等合计约占17%。取暖消耗约4亿吨标煤/年,其中农村地区散烧煤(含低效小锅炉用煤)约2亿吨/年。
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考虑到采暖建筑安装太阳能的局限性,按照 1:10 配置太阳能光热系统,面积将达到20.6亿平方米,按工程造价1500元/平方米计算,市场总额将达到约3万亿元,以15年为期限完成目标时,年均市场份额将达到2000亿元。同样,对于南方地区及国外地区也有巨大的清洁供暖市场需求和发展空间。因此,太阳能光热利用在供热供暖市场空间巨大,可持续性强。
上表可看出,工业用热主要集中在80~250℃,玻璃金属熔封中高温太阳能集热管集热器可以提供60~500℃的热能,通过水、导热油、蒸汽、熔盐等介质,满足工业用热需求。社会能量需求构成数据统计,热能需求占总能源消耗超过70%,其中300℃以下热能需求占总热能需求的53%,占总能源消耗 37%。
国家统计局发布的《中华人民共和国2019年国民经济和社会发展统计公报》显示,2019年全国原煤产量完成38.5亿吨,同比增长4.0%。全年能源消费总量48.6亿吨标准煤,比上年增长3.3%。其中,煤炭消费量增长1.0%,煤炭消费量占能源消费总量的57.7%,比上年下降1.5%。如果将增长的3.3%中10%由太阳能光热替代,则每年可替代标煤1500万吨,折合需要太阳能集热器约1亿平方米,折合每年工程造价约 1500亿元。目前工业用蒸汽锅炉逐步由燃煤锅炉向燃气锅炉和电锅炉转变,企业用热成本大幅度增加,给太阳能中高温工业热利用提供了绝佳的契机。
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常规太阳能热水系统主要提供从15℃生活冷水加热到50℃以下的热水,难以满足平均50℃的供热采暖温度需求。因此,北方冬季清洁取暖若采用太阳能光热应使用中温集热技术,以满足平均工作温度不低于50℃的基本要求,同时具有较高的集热供热效率。未来的户用采暖系统将从非聚焦结构向非跟踪小聚焦方向发展,以进一步提升冬季中温供热条件下的集热供热效率,提升系统的综合性价比。
通过十余年的发展,中高温集热管槽式集热器应用成本显著下降,性能优势愈加显著,并逐步在部分示范项目中体现出价格优势。中高温集热管槽式集热器技术核心主要体现在玻璃金属熔封集热管、反射镜、钢构和跟踪系统四个方面。随着技术和产线的不断优化,成本将进一步的下降,并将具有强大对比竞争优势。高温发电技术的成熟,也进一步推动槽式集热系统由高温发电向中温热利用方向转型。
《智慧能源——我们这一万年》作者认为:智慧能源就是指拥有自组织、自检查、自平衡、自优化等人类大脑功能,满足系统、安全、清洁和经济要求的能源形式。对比目前常规清洁能源系统,均处于粗放式的能源管理模式和理念。因此,太阳能中高温热利用实现了能源的智慧管理,是“光热+”智慧能源方向。
采用智慧能源理念,初步实现“光热+”综合云平台方案,通过物联网云平台技术,实现对“光热+”供热采暖系统的PC端和App端的远程控制,显著提升系统故障解决速度和效率,有效降低系统故障率。在充分了解用户使用习惯和使用条件等情况下,通过云平台系统的自学习结合人工干预,可显著降低系统的运行成本,提高用户对系统的便捷操作性和满意度。通过大数据云平台功能,可以综合分析所有接入项目的系统运行状态,为政府决策提供有效、可靠的数据支撑。因此,“光热+”综合云平台的初试成功,充分体现出智能能源体系和理念的优势及发展趋势的正确性。
节能减耗降本 助推绿色发展
对比电能节能分析
如表所示,设定不同辐照量地区,采暖时间以120天为基准,前后各延长15天,合计以150天计算。对比电费0.54元/kWh,采暖季节回收期为4~6年,全年百分之百使用,回收期仅为2年左右。按采暖季节利用率100%,非采暖季太阳能光热利用率为50%计算,回收为3年左右。同等条件下,对比燃气费折合电能费用为0.4元/kWh,采暖季节回收期为5~8年,全年百分之百使用,回收期仅为3年左右。按采暖季节利用率100%,非采暖季太阳能光热利用率为50%计算,回收期为3~5年左右。无论应用于何种场景,对比电费及燃气费用,太阳能光热的投资回收期具有显著的竞争优势,同时节能减排效果明显。
槽式中高温太阳能集热管集热器投资回收对比分析
如表所示,为不同项目地DNI条件下,槽式中高温太阳能集热管集热器投资回收对比分析,其中对比电价0.76元/kWh,天然气折电价格为0.4元/kWh。由表中可以看出,在对比电价系统投资回收期一般为 3年左右,特别条件投资期达到4.4年。对比天然气投资回收期一般在 5年左右,个别条件投资回收期达到7年。按投资回收期5年计算,主要折合电价低于0.5元/kWh,个别条件达到0.6元/kWh左右,但均低于 0.76元/kWh的平均工业电价。按20年测算时,则折合电价在 0.07~0.15元/kWh之间,与煤电价格相当。由此可见,对比电费及燃气费用,槽式中温太阳能光热在工业热利用方面的投资回收期具有显著的竞争优势。
市场前景广阔,未来大有可为
太阳能热利用市场由低温热水和高温发电方向快速转向中温供热供暖和工业热利用市场方向,为太阳能热利用的转型升级提供了广阔的市场空间。应因地制宜地提出合理的商业模式,推动中高温太阳能“光热+”在北方冬季清洁供暖和中高温工业热利用市场快速发展,保守计算,可形成3000亿元/年的市场份额。
通过中高温太阳能“光热+”清洁能源经济效益分析,充分表明了太阳能光热具有良好的节能减排、降耗降费等方面的显著效益。“光热+”北方冬季清洁供暖示范及槽式高温发电技术的应用,证明中高温太阳能“光热+”智慧能源的技术趋于成熟。
加强太阳能光热利用业内企业、协会、专家及有志之士团结合作,集中力量发挥行业平台优势和影响力,推动政府、业外资本、行业对太阳能光热利用的关注和支持,促进太阳能光热行业的稳定、健康、可持续发展。
道荣新能源将持续深耕“光热+”清洁能源的创新与研发,积极践行高质量发展道路,秉承“因地制宜、精准供热、精准服务、精准运营”的企业理念,不断探索新技术、新产品、新业态、新模式,为太阳能光热利用行业可持续发展贡献力量。