光熱發電在電網中佔比超30 將更具競爭力

近年來，德國在不遺餘力地嘗試著能源轉型。2023年，德國制定了一項清潔能源計畫，按照計畫到2023年德國清潔能源併網發電量佔比將從目前的30%提公升至90％。目前，德國正在尋求一種最具成本效益的方式為其電網提供電力，並期望到2023年基本實現零排放。

鑑於德國本土dni指數較低，光熱發電似乎不可能在該國能源轉型和構築低碳電網過程中扮演重要角色。然而，2023年發布的幾篇**所涉及的研究結果表明，儲熱型光熱發電技術（csp-tes）或將在這一過程中發揮重要作用。

為驗證上述分析結果的合理性，同時也為了響應德國科學院的未來能源系統專案esys（energiesystemederzukunft：futureenergysystems）的要求，德國亞琛工業大學開發了一種新的計算工具，並利用該工具來研究哪種靈活可調的電力最適合於承擔低碳排放電網中的輔助電力負載。

眾所周知，儲熱型光熱發電技術可生產靈活可排程的電力，但它對法向直接輻射（dni）的要求較高，因此光熱電站大多建在太陽能資源較為豐富的荒漠地帶。

德國研究人員經過分析，得出了乙個結果：德國若從dni指數較高的西班牙和摩洛哥進口電力，配置儲能的光熱發電將是一種極具經濟競爭力的選擇。

當然，從上述兩國進口光熱電力將需要建設高壓直流輸電線路，這也是遠距離運輸大額電力最經濟的選擇。因此，電力成本的計算應該包括光熱發電的成本以及新建輸電線路的成本。

光熱發電是彌補間歇發電缺陷的可行選擇然而，研發人員的研究焦點並不僅限於儲熱型光熱發電，而是更關注未來能源系統的整體發展。

據亞琛工業大學電力電子與電力驅動研究所電化學能量轉換及儲能系統研究室副研究員philippst?cker介紹，由於風電和光伏發電等具有間歇性且波動較大，因此，在未來的電網中，可控和可排程的電力必須發揮更大的作用以彌補前者的缺陷。

st?cker專注於計算工具的設計，以幫助優化和分析能源系統。此外，他還參與撰寫了幾篇**，其中包括：評估光熱發電在波動的能源電力系統中的價值。

st?cker解釋說：「我們採用的計算工具的關鍵點在於你無法過多地調整電網中的基礎電力負荷佔比。因為可再生能源電網中已經有很多波動的電力**，如光伏和風電，這些電力具有不可控制的特點。剩餘需承擔基礎電力負荷的電力**若來自配置儲能系統的發電系統，那麼整個電力系統就可以實現平衡。

大規模電池儲能系統不具經濟性與此同時，來自亞琛工業大學的研究人員發現，在大型電網系統中，如果用電池儲能系統來儲存風電或光伏發電並不經濟。相比之下，儲熱型光熱發電電站本身由於可配置價效比較高的儲能系統，這一優勢使其成為更可控的太陽能發電形式。

光熱電站之所以具備儲能優勢，主要在於其發電原理與光伏發電完全不同。光熱發電利用鏡場收集熱量，然後將熱量儲存在巨大的熔鹽罐中，在有需要時隨時可以通過釋放能量來驅動與常規化石能源電站類似的發電裝置進行發電。由於光熱電站生產的電力可實現隨時排程，因此在供電穩定性方面其完全媲美傳統的化石燃料電站。

st?cker表示，亞琛工業大學開發的這種計算工具是第乙個將配置儲能系統的光熱發電技術設計在內的工具，而這項技術也是在未來最有可能進行大規模部署的發電形式。他表示：「我們開發的計算工具的亮點在於我們適當地考慮了儲能系統，而且儲能也將成為我們未來研究的重要組成部分。」

st?cker指出，雖然光熱發電發展最初的時候也被定位為波動的可再生能源，而且其相對於成本較低的光伏和風電完全不具備競爭力。但現在形勢已經變得有些不同，儲熱型光熱發電系統憑藉可以提供穩定的或可控制的發電輸出且成本具有一定的吸引力而逐漸具有一定優勢。

「有趣的是，我們發現，光熱發電在電網中是否具備競爭力要看其所處的電網穩定性程度如何，即在波動性較大和更可控兩種不同型別的電力系統中，光熱發電技術的競爭力會發生變化。」st?cker表示。

儲熱型光熱發電系統在低碳電力系統中至關重要st?cker認為，雖然光熱發電本身並不可排程，但其配置儲熱系統之後即可實現穩定輸出，可承擔等同於諸如煤炭或天然氣等常規化石能源電站同樣的基礎負載。

然而，根據價值順序效應，目前煤炭和天然氣裝機量正逐步減少，與此同時電網中接入了更多可再生能源電力。

在採用「價值順序效應」進行電力排程的電網系統中，電網更願意接納的**較低的電力，也就是說電網更傾向於接納更多諸如太陽能或風能等可再生能源電力。

據彭博社2023年報道，由於傳統化石能源的使用量在不斷減少，其容量因子也在下降，燃煤電站和天然氣電站的運營成本越來越高。2023年，德國最大的公用事業公司之一rwe就因電力**下降而損失了58億美元。

而在非化石能源發電形式中，光伏沒有移動部件並可採用全自動化操作，其執行成本最低，其次就是風電。但是像水電和地熱一樣，光熱電站也需要配置很多機械傳動裝置。

「在光熱電站中，需要配置反射鏡和複雜的液壓驅動系統，還要考慮吸熱器因熱應力而老化等各方面因素。」st?cker解釋說，「總而言之，相比光伏和風電相對成熟的技術，光熱發電系統的複雜性或將使一些運營商較早離開市場。」

亞琛大學研究人員發現，如果電網系統中光伏和風電的佔比超過70％，那麼儲熱型光熱發電系統將因為利用率變得越來越低而在發電**方面不具備競爭優勢。

他介紹到：「我們發現了乙個要點，那就是如果電網中新增波動性可再生能源越多，那麼基礎電力負荷系統將會越少或者越來越分散**，這樣可承擔基礎負荷的發電系統發電時間將會變得越來越短。」

因此，如果儲熱型光熱發電系統可以為電網提供30%以上的低排放電能，且將具有競爭優勢。但如果其利用率低於30％，那麼其成本就會變高，同時會提高電網的整體成本。