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OGF-B-041·B 级报告·新能源与能源转型

光热发电为什么能"夜里也发电"

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光热发电为什么"夜里也发电"?不靠电池,靠白天存的热

太阳落山两个小时,光热电站的机组还在往电网上送电——第一次看见的人容易想歪:是不是给它偷偷配了个巨型电池?都不是。光热电站夜里发的每一度电,能量都是白天存下来的"热";而发电那一环压根没变过,还是老老实实靠蒸汽推汽轮机。今天把这件事讲透——光热的夜班,究竟靠什么顶下来。

一句话先说清楚

白天镜场把太阳辐射聚起来、变成高温热能,热量被熔盐带走、存进高温熔盐罐;到了夜里,热盐被泵进蒸汽发生系统跟水换热,产出高温高压过热蒸汽,蒸汽推动汽轮发电机组发电,放完热的熔盐再流回低温罐等下一轮加热。

划两条不能记反的线:存下来的是(靠熔盐自身温度高低储放的显热),不是电;夜里放出来的也是,电是这份热在汽轮机上重新变出来的。这条链上没有电池,更不存在"光伏板夜里发电"这回事。

真正的机关:集热与发电"解耦"

行业里管这一手叫集热与发电解耦

寻常思路里,发多少电取决于此刻太阳有多大——收多少发多少,一手交钱一手交货。光热电站在中间插了个储热环节,把这条链掐成两段:镜场那头只管把热往罐里攒,汽轮机这头只管从罐里取热发电。于是汽轮机的"燃料"不再是天上那颗太阳,而是脚底下那罐盐,出力也就不再被法向直接辐照度(DNI)牵着鼻子走

那"多余的热"又是从哪来的?答案是电站故意把集热这头做大:镜场和吸热器的能力,按远超汽轮机当时胃口来配,业内用太阳倍数(吸热器热功率与汽轮机所需热功率之比)衡量这种"超配"。白天收上来的热,一部分直接送去发电,另一部分就是明明白白攒着的余量——夜班的口粮,是这么攒出来的。

OGF-B-041 封面

一天里,它其实有四种活法

看运行模式最直观。一座带储热的光热电站,一天下来在四种模式之间切换:

  • 只储热:辐照刚够镜场开工,但攒下的热还不够启动汽轮机,先存着;
  • 边储边发:热量够了,汽轮机启动,一边发电一边继续往罐里存;
  • 只发电:太阳下班、镜场停运,全靠罐里存的热顶着,汽轮机照旧转,还能听电网调度改出力——这一档就是所谓"夜里也发电"
  • 停机:既没辐照、罐里的热也见了底,机组才停。

"只发电"这一档是光热的招牌菜。也正因如此,衡量一座光热电站的关键参数是储热时长——指储热系统能支撑汽轮发电机组满负荷运行的小时数。国内大型项目的配置多集中在 8~12 小时;怎么定,看当地日落后高电价时段有多长、多存一小时划不划算——储热越长发电量越高,投资也水涨船高,度电成本存在一个最优点,并非越长越好。实操里也常不追求整夜满发,而是白天满功率、入夜降功率维持机组连续运行,少一次启停、少一份热冲击。

电网真正看上它的地方

夜里能发电只是表象,电网看重的是可调度。储热让光热成了能按调度曲线出力的电源:风光大发时快速降负荷让路,风光落下去时快速顶上来——白天给光伏调峰,早晚高峰和夜间补稳定出力,在缺抽蓄、缺气电的地区是拿得出手的调峰选项。

还有一层是电池给不了的:光热末端是汽轮机拖着的同步发电机,以同步机方式并网,天然带旋转惯量,能参与一次调频、对电压和电网强度有支撑。光伏配电池经逆变器并网,是电力电子电源,"转子的分量"这一份它没有。再论时长——集中式光伏配的电化学储能眼下多在几小时量级,一旦往十几小时的长时储能上走,存热相对存电的成本优势就显出来了。

也别把它说成永动机

限制同样明白:储热时长有限,罐见了底照样得停;连续多云阴雨更麻烦,塔式电站在多云天气下发电量的下滑幅度往往大于辐照本身的下滑,顶不住的时段仍得靠电网其他电源、或配熔盐电加热器(拿富余风光电加热盐)兜底;再加上太阳岛、熔盐岛、常规岛三块拼起来的系统本身复杂、造价高,度电成本至今明显高于光伏。

说到底

"夜里也发电"这几个字,机理只有一条:白天把富余的太阳能以热的形式存进高温熔盐罐,夜里把这份热放出来产蒸汽、推汽轮机发电。存的是热不是电,发电靠的始终是汽轮机;能做到这一点,靠的是集热与发电解耦,加上集热侧有意的超配。这也解释了光热在新型电力系统里被摆到什么位置——它不跟光伏抢白天的便宜电量,而是去接光伏交不了的那班。至于储热时长怎么配、跟光伏风电怎么打配合,那是一门独立的工程学问,文末有份研究可以领。

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