2012年8月,三亚太阳能热发电国际论坛——中国CSP相关企业集中度最高的活动之一,中国科技部太阳能光热产业创新战略联盟的“产业发展与商业化及战略研究”座谈会中,参会代表们正在商讨着CSP产业如何应对光伏发电成本不断降低所带来的影响。与此同时,中国光伏行业也在经受着诸多困境。在光伏之后发展起来的CSP产业该如何借鉴光伏的经验和教训?
同样的十年
无论光伏还是CSP,市场的起步都在2002年以后。如果追溯大型电站的起步,CSP要早于光伏——早在上世纪八九十年代,位于美国Majave沙漠的9座槽式电站(总装机354MW)就已经陆续投入运营。石油价格是影响太阳能发电的重要因素,它直接关系到太阳能发电的经济性。2000年石油价格约为23美元/桶,到了2005年已经突破70美元/桶。在这样的背景下,包括太阳能发电的新能源逐渐受到关注。作为率先推出太阳能发电上网电价之一的德国成为了当年最大的市场,但是这个国家的日照条件并不适合热发电。
光伏的灵活应用形式逐渐成为了德国太阳能应用的主力,直到西班牙推出太阳能发电上网电价后CSP才找到了市场。但西班牙的刺激政策并不是良性的,市场暴涨后很快就遇到了财政阻力。
CSP第二大热土在地域辽阔的美国,更灵活的电价补贴政策推动了热发电在加州、内华达、亚利桑那州等西部几个地区的发展。但是,此时光伏已经在欧洲和北美大面积“开花结果”。在过去两年中,全球光伏装机量是CSP装机量的30倍以上;光伏企业已超过千家,而CSP企业数量还差很多。
从产品的性质来看,光伏属于半导体行业,热发电属于传统工业领域;这种差异必然导致两者的行业发展曲线的差别。从历史看,工业的发展较为漫长,而半导体业的发展则更迅速,每隔几年都会出现更新换代——这就导致光伏制造企业每隔一段时间都会推出新代号、转换效率更高的产品,而CSP产业更多的在降低成本。
产业成型
目前中国已经形成了完整的光伏产业,而CSP产业则刚刚起步;但两个行业的从业者心态已经完全不同——前者不得不面临产能严重过剩导致的运营危机,后者则期待市场真正启动后所带来的机遇。但这两个“兄弟”产业也有相似的地方,如产业起步时技术都从欧美进入中国。
产品制造离不开设备。在早期光伏产业发展中,大部分设备都依赖进口,虽然一些简单的设备如层压机等已经完全国产化,但硅片和电池片制造环节依然需要依赖进口设备。光伏产品的原材料和辅材也初步完成了自由产能的建设,同样是核心产品如浆料、EVA、背板等还有相当一部分来自于进口。CSP产业的起步也有类似的地方。在热发电产业链中,有相当一部分是传统的工业设备,如跟踪系统、传统吸热器、控制器、压力容器、熔融盐、热交换设备、汽轮机、冷却系统等,但在几个核心环节——如真空集热管、系统集成等领域——还没有长时间检验的成熟技术。即使如此,热发电产业的每一个环节都已经出现中国企业的身影,成长只是“时间问题”。
担任中科院电工研究所太阳能热利用及光伏重点实验室主任并兼任中国科技部太阳能热发电光热产业技术创新战略联盟(下称光热联盟)理事长的王志峰评价中国CSP行业“还是有序发展的”,“在关键技术上已经开始突破,但是生产能力建设还得看市场。现在迫切解决的问题是随着产能的逐渐增长,相关的标准、规范及检测能力建设要跟得上。热发电对质量要求很高,不仅有性能的要求,安全性也要重视,因为在高温高压下如果出现问题造成的影响要远远大于其他太阳能产品。”中国光伏产业的国家标准已经远远落后于目前的产业发展,CSP产业的规范已经开始制定。
如果说光伏业最受关注的产品是组件和逆变器,CSP则是集热管和反射镜。在2011年三亚热发电会议上,能够推出成品集热管和反射镜的厂家还寥寥无几;一年后的同一个会议上,已经有超过十家在展示其量产产品。中国的热水器已经发展了超过20年的时间,所采用的真空集热管与槽式CSP的产品有相似之处,因此如力诺、皇明、北太所等传统企业也开始涉足CSP;而传统镜业企业也将其产品线延伸至CSP。但技术创新并不是简单的技术转移,王志峰表示,“玻璃巨头Glasstech已经形成了一个‘专利池’,任何一家做热弯技术的厂家都会遇到他们的技术壁垒。”这也就不难解释中国多家CSP反射镜厂家都选择从Glasstech进口设备。王志峰补充到,“自主研发有两个层面,进口设备再做研发是其中一层,中国没有人会试图生产热弯炉来代替进口设备; 第二个层面是更换技术路线,如反射镜不采用热弯技术,而采用冷弯或复合玻璃、铝镜、薄膜等其他技术路线。”另一个玻璃巨头肖特则控制了对膨胀系数要求更苛刻的真空集热管玻璃的技术,这家德国公司特殊配方的玻璃使其成为全球两家最有名的集热管供应商之一——这两家的技术路线也不相同。
王志峰对中国热发电产业对进口产品依赖程度不同于光伏产业的理解归结于市场的启动速度,“2009年如果中国热发电市场启动的话将会大量依赖进口产品和技术,但2012年就完全不同了,市场发展的缓慢留给了产业技术研发、产能建设一定的时间。”但这时间并不充足,“CSP电站动力岛等传统部分已经没有问题,但真空管和反射镜还需要检验,中国室外应用时间最长的产品也不过是从2010年8月开始的。”
光伏有晶硅、薄膜、CPV、有机组件等多种技术路线,CSP也有槽式、塔式、碟式、菲涅尔式之分。正如晶硅产品占光伏市场的大多数,在CSP中槽式电站的装机量也高于其它技术路线。薄膜和CPV的发展部分动力来自于一段时期多晶硅材料价格过高;而CSP的材料大都是传统工业材料,如玻璃、钢铁等,因此降低成本需要突破技术垄断、优化设计和集成方案。CSP的系统集成难度要远远高于光伏。曾担任华电工程副总经理、现担任华电分布式能源工程副总经理的李和平表示,“光伏的应用形式非常灵活,并且复制性很大;而热发电需要更多种技术相互配合。”同时兼任光热联盟副理事长的李和平不仅参与了多个光伏项目,还在中科院八达岭塔式电站中参与了项目开发和吸热器、蓄热器等关键设备的研发,他正参与引领华电工程开展甘肃金塔50MW槽式电站的建设。
西北电力设计院是中国参与热发电项目最多的相关公司之一,其发电设计公司设计总工程师李永生表示,“虽然参与了多个项目的可研、设计工作,但还有很多细节需要完善,并且设计的合理性也需要通过实际项目的建设、运营反映出来。我们也需要学习国外的设计技术。”
同位于西安的另一家大型设计机构西北电力勘测设计研究院已经参与了超过1GW的光伏电站项目,其光电设计分院副院长肖斌表示正试图进入热发电的设计领域,“热发电系统设计复杂性要远远超过光伏,并且光伏的成本和造价比较透明,而热发电的设计方案与投资成本的关系非常大,如果设计不合理会导致投资成本增加。”这家在水电项目设计有丰富经验的单位已经组织团队对CSP设计进行梳理和学习。
CSP系统集成在中国也刚刚起步。正如中广核在第一个大型光伏项目中选择了比利时弈飞作为合作伙伴,他们在热发电项目的合作中找到了来自德国的太阳千年。自从2011年开始,大量国外热发电企业进入中国市场,试图找到合适的合作伙伴。目前已经破产的太阳千年驻中国代表曾表示一旦中国产业成熟起来后他们将难以单独获得订单,所以要抓住产业成长过程中的机遇。BrightSource也将目光转向中国,这家运营全球最大规模塔式电站的公司已经低调地与中国一家国有企业签署了137MW塔式项目的初步合作协议。
