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太阳能光热光伏发电
目录
1太阳能光伏光热发电概述3
1.1简介3
1.2光伏4
1.3光热5
1.4发电5
2世界光伏光热发电产业6
2.1.世界光伏发电发展状况6
2.2世界光热发电发展状况8
2.2.1产业历史8
2.2.2各国规模9
2.2.3政策环境11
3中国光伏光热发电产业12
3.1光伏发电发展状况12
3.1.1对2014年形势的基本判断12
3.1.2需要关注的几个问题18
3.2中国光热发电产业状况21
3.2.1 核心技术已实现突破,支持政策尚存空缺21
3.2.2 示范项目逐渐涌现,各大企业积极布局22
3.2.3 商业化从鄂尔多斯起步23
3.2.4 光热发电产业的发展前景24
4光伏光热发电技术分析24
4.1.太阳能光伏发电系统的性能及原理介绍25
4.1.1特点25
4.1.2太阳能炼硅28
4.2太阳能光热发电系统简介29
4.2.1太阳能发电系统的分类29
4.2.1.1槽式太阳能光热发电系统30
4.2.1.2塔式太阳能光热发电系统31
4.2.1.3碟式太阳能光热发电系统34
4.2.2几种太阳能光热发电方式现状35
4.2.3太阳能光热发电技术商业化面临的问题37
5光伏光热发电上市公司39
5.1.太阳能-光伏电池39
5.1.1.单晶硅39
5.1.2.多晶硅40
5.1.3.非晶硅薄膜40
5.1.4.光伏玻璃41
5.1.5.电池片及组件42
5.2.光热发电43
5.2.1光热发电系统研发和项目建设企业44
6光伏光热发电产业的发展前景分析45
6.1光伏产业步履放缓45
6.2.光热发电项目建设火热47
6.3光热发电市场前景广阔49
参考文献51
1太阳能光伏光热发电概述
1.1简介太阳能(SolarEnergy)是由内部氢原子发生氢氦聚变释放出巨大核能而产生的能,来自太阳的辐射能量。
人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。
植物通过光合作用释放氧气、吸收二氧化碳,并把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来。
煤炭、石油、天然气等化石燃料也是由古代埋在地下的动植物经过漫长的地质年代演变形成的一次能源。
地球本身蕴藏的能量通常指与地球内部的热能有关的能源和与原子核反应有关的能源。
与原子核反应有关的能源正是核能。
原子核的结构发生变化时能释放出大量的能量,称为原子核能,简称核能,俗称原子能。
它则来自于地壳中储存的铀、钚等发生裂变反应时的核裂变能资源,以及海洋中贮藏的氘、氚、锂等发生聚变反应时的核聚变能资源。
这些物质在发生原子核反应时释放出能量。
目前核能最大的用途是发电。
此外,还可以用作其它类型的动力源、热源等。
1.2光伏光伏(PVorphotovoltaic)是太阳能光伏发电系统(photovoltaicpowersystem)的简称。
是一种利用太阳电池半导体材料的光伏效应,将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统,有独立运行和并网运行两种方式。
光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置,由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的固体光伏电池组成。
由于没有活动的部分,故可以长时间操作而不会导致任何损耗。
简单的光伏电池可为手表以及计算机提供能源,较复杂的光伏系统可为房屋提供照明以及交通信号灯和监控系统,并入电网供电。
光伏板组件可以制成不同形状,而组件又可连接,以产生更多电能。
天台及建筑物表面均可使用光伏板组件,甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分,这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。
据调研显示由于产能过剩导致全球5大制造商利润缩水,2012年光伏组件安装量有所减少,这是10余年来首次出现下降。
据彭博6位分析师的平均预测全球家庭与商业机构将安装24.8GW的光伏组件。
这相当于约20座核反应堆的发电量,但与新增27.7GW的光伏装机量相比下降10%。
据彭博新能源财经估计,自1999年以来年均安装量已增长61%。
1.3光热太阳能热利用是太阳能利用的重要形式,主要包括太阳能热水器、太阳能热发电、太阳能海水淡化、太阳房、太阳灶、太阳能温室、太阳能干燥系统、太阳能制冷空调等。
就当前的技术而言,比较成熟的是光热发电及太阳能热水器利用。
现代的太阳热能科技将阳光聚合,并运用其能量产生热水、蒸气和电力。
除了运用适当的科技来收集太阳能外,建筑物亦可利用太阳的光和热能,方法是在设计时加入合适的装备,例如巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力的建筑材料。
海上太阳能项目新型船舶由它们反射的阳光都自动聚集到甲板中心的中央,加热锅炉里的水,产生高温高压蒸汽,推动发动机。
1.4发电利民太阳能发电有两大类型:
一类是太阳光发电(亦称太阳能光发电),另一类是太阳热发电(亦称太阳能热发电)。
太阳能光发电是将太阳能直接转变成电能的一种发电方式。
它包括光伏发电、光化学发电、光感应发电和光生物发电四种形式,在光化学发电中有电化学光伏电池、光电解电池和光催化电池。
太阳能热发电是先将太阳能转化为热能,再将热能转化成电能,它有两种转化方式。
一种是将太阳热能直接转化成电能,如半导体或金属材料的温差发电,真空器件中的热电子和热电离子发电,碱金属热电转换,以及磁流体发电等。
另一种方式是将太阳热能通过热机(如汽轮机)带动发电机发电,与常规热力发电类似,只不过是其热能不是来自燃料,而是来自太阳能。
2世界光伏光热发电产业
2.1.世界光伏发电发展状况
太阳能光伏产业在亚洲、美洲等新兴光伏市场发展势头迅猛,这对想要摆脱对欧洲市场过分依赖,并以此来分散经营风险的中国光伏厂商来讲,当然是极大的利好;同时对于想在不断扩大的全球市场中分得一杯羹的国际光伏厂商来讲,也是一次良好的机遇。
不可否认,欧洲市场目前仍然是大部分光伏厂商最主要的发货地,但随着在亚洲、美洲等市场布局力度的加大,光伏厂商对于欧洲市场的依赖程度也将逐步降低。
不过,这同时也预示着光伏领域的欧洲市场争夺战将进一步升级为全球市场争夺战。
2010年8月11日,韩国现代重工宣布,美国环保能源企业MatineeEnergy公司拟在美国加州和亚利桑那州建立总规模达900MW的光伏发电站,并选定现代重工作为该项目一期175MW电站工程建造商,合同金额为7亿美元。
中投顾问新能源行业首席研究员姜谦指出,金融危机之后,全球光伏市场强势反弹,重回快速增长轨道,不过与以往不同的是,虽然欧洲依然称得上是全球光伏终端市场的重心所在,但由于补贴幅度的逐步下调,欧洲主要光伏应用大国的市场增速逐步放缓。
而与此同时,由于政府扶持力度的不断加大,亚洲、美洲等新兴光伏市场发展势头迅猛,这也是目前不少光伏厂商相继在亚洲、美洲等市场加大布局力度的关键因素。
晶体硅光伏电池仍然主导光伏发电市场,薄膜电池是未来太阳能电池发展的方向经过几十年的发展,人们先后研究过数十种材料的光伏电池。
当前国际上最新的研发热点主要集中在低成本、高效率、高稳定性的光伏器件和光伏建筑集成应用系统等方面,并已取得了可喜的成果。
但是,在光伏器件及制造技术方面,自光伏电池问世以来,晶体硅就作为基本的电池材料一直保持着主导地位,是目前国际光伏市场上的主流产品,2000年占世界光伏电池产量的80%以上。
其实验室效率,单晶硅电池最高可达23.7%,多晶硅电池最高可达18.6%,工业化产品效率一般在13%~15%。
尽管金融危机对对全球光伏产业的发展产生了重大冲击与影响,但这种冲击,估计只是短期的影响。
从长远来看,光伏产业属于新兴的朝阳产业,具有光明的发展前景。
世界能源组织(1EA)、欧洲光伏工业协会(EPIA),对太阳能光伏发电的未来发展,一致作出如下预测:
2020年全球光伏发电的发电量占总发电量的11%,2040年占总发电量的20%。
欧、美、日各国都提出了各自的中长期发展路线图。
2007年初,欧盟提出新的可再生能源发展目标,到2020年,可再生能源消费要占到全部能源消费的20%,可再生能源发电量占到全部发电量的30%。
到2050年光伏发电总装机容量将达到440GW(其中德国为80GW);2035至2040年达到总量的一半,即120GW。
美国的发展目标,是到2030年太阳能电池累计销售量上升到200GW,光伏发电量将达到360×109KWh,2050年光伏发电量将达到1400×109KWh。
尽管全球经济遭遇了国际金融危机的冲击,但全球光伏产业维持了快速、健康的发展势头,其生命力越来越强大,其战略地位也更为重要。
目前,中国太阳能电池产量已居全球首位,但国内光伏发电市场发展相对缓慢,当前亟待认真落实光伏发电《上网电价法》,启动国内光伏市场,为我国能源、环境和社会的可持续发展作出贡献。
当前我国已成为全球最大的光伏制造基地,日照充足,加之电力需求增长迅猛,中国发展光伏发电的潜力巨大,2010年的总产量更是将超过全球五成,中国将主导未来光伏市场!
领略行业巨头风采,窥知市场机遇一二。
2.2世界光热发电发展状况
2.2.1产业历史
1982年,世界上最早的太阳能光热发电站SolarOne出现在美国加州,但运行后人们认为电站集成技术方面存在阻碍,投资巨大且降低造价十分困难,所以各国在光热发电领域有较长时间的停顿。
之后美国和以色列联合组成路兹公司从1985年至1991年在美国加州沙漠建成9座槽式太阳能热电站SEGSI-IX,从最初的30MW装机容量发展到9号的80MW,并成功进入了商品化运行阶段。
从此,世界各国相继建立起不同形式的示范装臵,促进太阳能光热发电技术的发展,并将太阳能热发电作为未来替代能源的关键候选之一。
表1全球早期光热电站资料
项目名称
地点
建成时间
容量(MW)
SolarOne
美国California
1982
10
Themis
法国Targasonne
1982
2.5
CESA-1
西班牙Almeria
1983
1
MSEE
美国Albuquerque
1984
0.75
SEGS-1
美国California
1984
14
Vanguard1
美国
1984
0.025
MDA
美国
1984
0.025
C3C-5
俄罗斯Crimea
1985
5
如今,太阳能光发电正成为世界范围内可再生能源领域的发展热点,太阳能光热电站遍布美国、西班牙、德国、法国、阿联酋、印度、埃及、摩洛哥、阿尔及利亚、澳大利亚等国家。
很多国家和地区已经开始鼓励光热、限制光伏,如美国加州的规划要求到2030年,光热发电与光伏发电的装机比例为4:
1。
2.2.2各国规模——美国西班牙独占鳌头,亚非欧各国崭露头角
截至2009年年底,全球已并网运行的光热电站装机容量约600兆瓦,全部集中在美国和西班牙。
在建项目近1300兆瓦,已经宣布建设的装机容量则为1.26万兆瓦。
这两个国家拥有丰富的太阳能资源以及相对成熟的光热电站管理经验,并且构建了比较完整、系统的产业政策支撑体系,促进光热发电产业的发展。
美国目前投入商业运行中的太阳能光热电站总装机容量达432兆瓦,位居世界首位,并且有大量电站在建和拟建中。
2009年有三座总计12兆瓦的太阳能光热电站投入运行,2010年再新增三座:
位于Phoenix,Ariz的2兆瓦碟式电站、位于GrandJunction,Colo的4兆瓦槽式电站以及MartinCounty,Fla的75兆瓦中心混合槽式电站。
这几座电站如能如期完成,将更加巩固其在世界聚光光热发电领域的领先地位。
预期在2020年,光热发电规模将达到5万兆瓦级别。
图1美国太阳能光热发电规模
西班牙目前的总装机容量达330兆瓦,仅次于美国。
2009年11月举行的西班牙部长会议提出2010年-2013年太阳能热发电装机容量的目标:
2440兆瓦,而其远期的规划则是在2020年达到2万兆瓦的装机容量。
截止2009年底,西班牙预登记的太阳能光热发电项目已达57个,在2013年投入运营。
图2西班牙太阳能光热发电规模
除美国和西班牙之外,中东及北非地区将建立一系列联网的太阳能热发电站,即“沙漠行动计划”,以满足欧洲15%的电力需求以及电站所在国家的部分电力需求,亚洲国家也在逐步建设示范性项目。
表2世界其它各国光热发电建设状况
国家
技术类型
装机容量(MW)
阿尔及利亚
ISCC槽式
43
澳大利亚
菲涅尔式
1
埃及
ISCC塔式
31
墨西哥
ISCC槽式
29
摩洛哥
ISCC槽式
30
意大利
槽式
40
印度
ISCC槽式
30
希腊
蒸汽循环槽式
50
2.2.3政策环境——激励性与强制性相结合的政策支撑
太阳能光热发电在世界范围内的迅速发展,很大一定程度得益于各国政府对太阳能产业的支持政策。
一方面,各国通过激励性政策(如税款减免)与强制性规定相结合的方式,并加强相关宣传,鼓励用户使用太阳能电力;另一方面,综合采用强制性收费和补贴政策,对太阳能电力产业进行调控。
此外,各国注重太阳能电力的技术,发展过程中不断加大研发投入的力度,并通过增强消费者意识,从需求角度促进太阳能电力发展。
3中国光伏光热发电产业
3.1光伏发电发展状况
2013年是我国光伏产业否极泰来的一年,行业在经历2011和2012年的持续亏损之后,终于在2013迎来逆袭,主要光伏企业实现扭亏,经营状况得到了较大改善。
这一年,也是体现了中央政府对光伏产业高度重视的一年,国务院出台了《关于促进我国光伏产业健康发展的若干意见》(国发[2013]24号),相关配套文件也相继出台落实,涉案金额最大的中欧光伏贸易纠纷也实现和解,这些都为产业走出困境奠定坚实的基础。
展望2014年,光伏产业将面临复杂多变的国内外形势,既有光伏政策密集出台所带来的利好,又有国际市场不确定和供需恐进一步失衡等不利因素带来的挑战。
3.1.1对2014年形势的基本判断
(一)多晶硅产量不断提高,产业触底反弹2013年全球多晶硅产量将达25万吨,同比略有增长。
其中全球主要多晶硅生产国如美国、韩国、德国和日本产量分别为5.5、4.8、4.3和1.4万吨;我国产量约8吨,同比增长12.7%,连续三年位居全球首位,但也仅能满足我国50%的市场需求。
我国全年多晶硅进口量将达到7.5万吨,同比略有下降,其中德国、韩国和美国分别占据总进口量的33%、28%和26%。
由于多晶硅价格持续在低位运行,加上国外多晶硅企业的低价倾销,国内多晶硅企业面临经营压力较大,上半年我国在产的企业仅有7家,下半年受行业整体状况回暖和我对美韩多晶硅初裁出台影响,又陆续有8家企业复工,但总体情况仍不容乐观。
展望2014年,随着下游应用市场的不断扩大,对多晶硅市场需求也在提高,另外,全球新增产能投产和复工产能利用率逐步提升,预计全球多晶硅产量约为26万吨,同比略有增长,我国多晶硅产量约10万吨,产量主要集中于江苏中能、特变电工、大全新能源等几家企业。
但由于国外多晶硅产品可通过加工贸易方式规避“双反”关税,持续对我国进行低价倾销,市场供应量的不断增大和多晶硅生产成本的持续下降,预计2014年产品价格仍将在20美元/千克以下,企业仍将承受低价压力。
图12011-2014年我国多晶硅产量、增长率及全球多晶硅产量
(二)电池组件生产规模持续增长,出口逐步呈现多元化
2013年全球光伏组件产量将达40GW,同比增长9%,其中全球主要组件生产国如欧洲、日本和美国的组件产量分别为3.5、2.8和1.2GW,我国光伏组件产量约为26GW,同比增长13%,连续7年位居全球首位。
行业发展环境不断改善,主要电池组件企业在三四季度也相继扭亏为盈,整体发展情况向好。
在出口方面,我国光伏组件出口量约为16GW,出口额约100亿美元,同比下降27%。
其中对欧出口份额由去年的近65%下降至2013年的30%,而日本跃居首位,成为最大的出口国,出口额约为22亿美元,占总出口额的22%。
对美国、印度和南非的出口额分别占10%、5.2%和4.5%,出口呈多元化发展态势。
在进口方面,受美国“双反”影响,大陆企业多采用台湾地区电池片规避贸易壁垒,全年从台湾地区进口额超过10亿美元,约占我国太阳能电池总进口额的60%。
展望2014年,随着行业的整体好转以及由于组件价格下降使得光伏发电成本不断逼近甚至达到平价上网,预计全球组件产量继续呈现增长势头,全年将达到43GW。
我国光伏组件有望超过28GW,产业集中度进一步提高。
但由于多晶硅等原辅材、第三方电池片涨价,以及国外市场的不确定性也将给企业带来经营压力。
部分闲置产能相继启动,产业也将承受供需压力。
图22011-2014年我国太阳能电池产量、增长率及全球太阳能电池产量
(三)国内光伏市场规模化扩大,分布式发电成为发展重点
2013年,全球光伏新增装机市场将达到36GW,同比增长近12%。
其中全球主要装机国家如日本、德国和美国的装机量分别达到6、4和3.5GW。
欧洲地区光伏装机量约为9GW,装机全球占比由过去的50%以上下降至26%,市场需求连续两年下滑。
我国新增装机量达10GW,同比增长122%,居全球首位,其中光伏大型地面地站约为7GW,分布式发电约为3GW。
2013年,国务院出台“国发24号文”等多个政策文件,从上网电价、补贴资金、并网管理等多个层面破解国内应用市场发展的瓶颈,力促国内市场的规模化启动。
光伏电站在现有补贴水平和出力无限制的情况下,利润高企,电站投资受到各路资本追捧。
另为赶在年底前并网以获得1元/瓦的电价,掀起了新一轮大型电站建设高潮。
国家也高度重视分布式发电发展,在“十二五”末所规划的35GW容量中,有20GW为分布式发电。
而在2014年光伏建设12GW的指导目标中,有8GW为分布式发电。
展望2014年,在光伏发电成本的持续下降、政策的持续利好和新兴市场快速兴起等有利因素的推动下,全球光伏市场仍将持续扩大。
预计2014年全球光伏新增装机量将达到43GW,我国将达到12GW,大型电站和分布式发电均为6GW左右。
但由于电网建设规划尚未出台,且电站审批权下放,地方政府为追求本地利益最大化,滥批乱批电站建设,恐导致光伏电站建设与电网建设不协调,滋生限电弃光等问题。
此外,分布式发电商业模式尚未成熟,潜在风险点较多,规模化推广阻力仍较大。
图32011-2014年我国光伏新增装机量、增长率及全球新增装机量
(四)配套政策相继出台实施,产业发展环境向好
2013年,我国一系列促进光伏产业健康发展的政策密集出台。
首先是国务院出台《关于促进光伏产业健康发展的若干意见》,在市场启动、产业规范、贸易纠纷和配套环境等方面做了相应表述,将“十二五”装机规划由原定的20GW提高至35GW。
其次是“国发24号文”的9个配套文件相继发布,包括财政部发电量补贴和资金拨付管理办法、发改委《分布式发电管理暂行办法》、发改委《关于发挥价格杠杆作用促进光伏产业健康发展的通知》、工信部《光伏制造行业规范条件》、兼并重组实施意见等相继出台实施,产业发展环境逐步好转。
此外,金融机构如银监会、国开行等也在积极与行业主管部门合作,根据“国发24号文”精神出台金融扶持政策。
而备受关注的中欧光伏贸易争端也在中央政府的高度重视下,通过“限量、限价”方式达成和解,也为后续贸易纠纷的应对提供借鉴。
展望2014年,相关部委将贯彻落实相应的配套政策,通过扩大国内市场、规范产业、促进技术进步等组合拳力促产业发展。
但也应看到,密集的政策出台也容易导致政府的手伸得过长而产生副作用,如果落实不到位、错位或执行过程中产生扭曲等,都容易起到反作用,过犹不及。
综上所述,2014年我国光伏产业总体发展情况向好,但仍将承受供过于求带来的价格压力。
虽然产业规模仍将保持平稳增长,国内光伏市场规模化启动,但由于闲置产能的复产,产业仍将面临阶段性过剩局面,产业整合推进仍然较难,市场供需压力仍然存在,企业经营压力不减,加上外部贸易不确定性,产业面临较大的转型升级压力。
3.1.2需要关注的几个问题
(一)国内市场的过快扩大恐催生产能过剩
行业经历了连续近6个季度的亏损之后,部分产能停产、减产甚至破产,而日、美市场的崛起使得供需失衡局面得到一定程度缓解,产品价格企稳回升,骨干企业自2013年二季度起相继扭亏为盈。
但是在8月装机规划、上网电价和补贴资金等政策出台后,国内市场加快扩张,部分企业为了抢在年底前并网以获得1元/度的上网电价,对组件需求急剧扩大。
在此驱动下,一方面,骨干企业都开足产能,同时也寻求中小企业代工;另一方面,地方政府也积极给予本地企业优惠政策,力促其复工。
产能利用不足的企业开足马力,停产企业相继复产,满产企业通过技改等手段扩大产能,市场供应正在加速。
但市场需求则不容乐观,国外主要市场如欧洲市场正在萎缩,且对我国光伏企业有“限价、限量”约束;日本市场则由于补贴过高政府负担较重,随时可能会刹车;美国能源丰富,页岩气发展火热,光伏市场潜力有限,且有“双反”副作用;新兴市场如印度、南非等则存在较大不确定性,而国内市场则可能由于电站审批权下放而出现本地化保护,削弱国内市场规模化扩大的红利。
因此从供需关系看,恐复现前两年供过于求大、大肆杀价的局面,产业有重现无序竞争的隐患。
(二)制造业变化正在冲击我国现有产业格局
一是光伏产业出现制造业服务化的苗头。
随着光伏制造毛利下降,我国一些大型光伏企业为了降低生产成本,保留技术先进的产线,关停成本较高的生产线,多余订单委托给第三方代工,国外一些企业如美国Sunpower公司等也一直通过大型电子服务企业Flextronices和Jabil代工。
按此发展趋势,光伏产业在制造环节涌现“类富士康”的大型代工企业,将严重冲击我国光伏产业现有格局。
二是生产制造呈现自动化发展趋势。
随着我国劳动力成本的不断提高,通过机器人取代人工将不可避免。
全自动化的产线配置可保障产品的一致性,降低由于电池匹配所带来的功率损失,也减少人为因素所导致的产品质量问题。
目前,自动化程度较高的产线生产的产品性价比已高于人工,这将迫使我国光伏产业转型升级。
三是产品结构不合理,中低端产能过剩,而高端产能不足。
我国光伏企业生产的晶硅电池转化效率普遍在17-19%之间,效率在20%以上的高端产品严重不足,同质化较为严重,极易催生价格战。
如2013年二季度我国光伏企业在鏖战0.55欧元/瓦普通组件市场时,日本三洋和美国Sunpower则独享1欧元/瓦的高效组件细分市场。
更值得关注的是,由于金融机构严控光伏长期贷款,在产品薄利的情况下,也将限制企业高效电池产业化投资。
(三)现行补贴政策未能有效发挥光伏产品效用
我国光伏补贴主要基于发电量补贴,推广应用方式较为单一,主要是用于建设大型光伏电站,不利于光伏产品的多样化应用。
事实上,光伏产品作为消费品进行推广,应用领域较为宽广,市场空间较大。
如光伏提水系统,已具有较好的经济推广基础,仅南水北调工程的西线工程就有2000多个提水点,我国西北、西南等地很多地方都需要提水进行灌溉和饮用,市场空间较大。
此举既可拉动光伏内需,也能促进节能减排,又可真正实现“光伏惠民”、改善民生。
特别是,目前政策推广的电站建设中,主要是在空地上简单铺设电池板,没能有效发挥光伏电站的正外部性带来的经济效益。
事实上,有些用于建设大型光伏电站的荒地含水量较为丰富,只是囿于蒸发量大,或无人管理,植物生长较难。
如能在电池板之间的空地种植适合生长的作物,一方面电池板可遮挡一部分阳光,抑制蒸发量,同时定期用于电池板清洗的水也可收集进行植物滴灌,如此既可治土治沙,
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