在甘肅省敦煌市向西約20公里處,坐落著首航高科敦煌100兆瓦熔鹽塔式光熱電站,又名“超級鏡子發電站”。這座發電站占地面積800公頃,電站設計年發電量達3.9億度,每年可減排二氧化碳35萬噸,是我國目前建成規模最大、吸熱塔最高,可24小時連續發電的100兆瓦級熔鹽塔式光熱電站。
究竟什么是光熱發電站?許多大型太陽能發電站,例如甘
在甘肅省敦煌市向西約20公里處,坐落著首航高科敦煌100兆瓦熔鹽塔式光熱電站,又名“超級鏡子發電站”。這座發電站占地面積800公頃,電站設計年發電量達3.9億度,每年可減排二氧化碳35萬噸,是我國目前建成規模最大、吸熱塔最高,可24小時連續發電的100兆瓦級熔鹽塔式光熱電站。
光伏發電是一種新興能源應用技術,正式名稱為“聚光太陽能熱發電”(Concentrated solar power,縮寫為CSP)。這項技術通過使用反射鏡或透鏡,利用光學原理將大面積的陽光匯聚到一個相對細小的集光區中。太陽能集中后,發電機上的集光區受太陽光照射而溫度上升,在光熱轉換原理的作用下,太陽能換化為熱能,熱能通過熱機作功驅動發電機,從而產生電力。
文中提到的“超級鏡子發電站”——首航高科敦煌100兆瓦熔鹽塔式光熱電站就運用了最先進的CSP技術建造而成。發電站裝備了1.2萬多面定日鏡,以同心圓狀圍繞著260米高的吸熱塔,鏡場總反射面積達140多萬平方米,設計年發電量達3.9億千瓦時。敦煌100兆瓦熔鹽塔式光熱電站借助良好的電網基礎優勢,將新能源不斷輸往全國各地。
無獨有偶,新疆哈密的50兆瓦熔鹽塔式光熱發電項目也與敦煌項目相似。項目所在地哈密市伊吾縣地處天山東麓,是中國日照時間最充裕的地區之一,全年光照時間可達到3500小時。
哈密50兆瓦熔鹽塔式光熱發電項目。來源/哈密政府網
它們如巨大的盛開的“銀色向日葵”,還擁有一項神奇的“能力”,太陽下山后光伏電站還能夠繼續發電,這是怎么做到的呢?白天時電站通過太陽光將熔鹽加熱產生能量,再將能量儲存起來。等到太陽落山,光線不足以繼續產生能量,熔鹽儲存罐里的能量將會“站出來”,支持電站繼續發電,從而達到24小時不間斷供電的效果,這也是光伏發電項目最大的優勢。恰好,這兩個電站都位于我國西部地區,這并不是巧合。
充沛的太陽能:西部得天獨厚的地理優勢
根據中國可再生能源學會光伏專業委員會統計數據,我國太陽能總輻射資源豐富,總體呈“高原大于平原、西部干燥區大于東部濕潤區”的分布特點。其中,青藏高原最為豐富,年總輻射量超過1800 kWh/m2,部分地區甚至超過2000 kWh/m2。
其中,全國太陽輻射總量的最豐富帶涵蓋以下地區:內蒙古額濟納旗以西、甘肅酒泉以西、青海100°E以西大部分地區、西藏94°E以西大部分地區、新疆東部邊緣地區、四川甘孜部分地區,占我國國土面積的22.8%。
較豐富帶包括新疆大部、內蒙古額濟納旗以東大部、黑龍江西部、吉林西部、遼寧西部、河北大部、北京、天津、山東東部、山西大部、陜西北部、寧夏、甘肅酒泉以東大部、青海東部邊緣、西藏94°E以東、四川中西部、云南大部、海南,占我國國土面積的44%。顯然,我國太陽能最豐富的地區都位于西部地區。
全球年水平面總輻照量分布圖。來源/ 2021年中國風能太陽能資源年景公報,中國氣象局風能太陽能中心
客觀上,從光照條件看,西部地區大部分地區太陽光照充足,為光伏發電提供了必要條件。從地理條件看,西部地區地廣人稀,相較于山區與平原地區,西部受農業用地與工業用地影響小。因此,光伏電站可以建設在任何合理的太陽光照射的場地。相較于傳統的電網供電,光伏電站的靈活性大大提高。
主觀上,從經濟效益的角度看,傳統的電網供電需要鋪設大量工程建設,在交通不便利的地區修建成本高。而光伏電站經濟性更高,簡單的光伏系統就能為鄉村地區實現供電。從人力角度看,光伏電站建設周期很短,維修和管理方便,基本可以實現無人值守,更適合西部地區。
西部地區光伏發電的歷史演變
清末,西部地區電氣工業開始出現,電氣事業是近代工業的重要部門。1908年,重慶商人創辦了燭川電燈公司,見證了西部電氣工業的開始。此后,西南地區與西北地區相繼創建了一些電燈廠與電廠。據學者統計,至1926年,西部大約有電廠32家,有統計的創辦資本為327萬余元,發電容量4835.5千瓦。相較東部地區與中部地區,西部地區的電氣工業仍然較為落后。
抗日戰爭開始后,東南沿海地區許多城市的一些發電廠毀于戰火,一些拆遷到了后方。因此,西南地區的電力工業出于戰爭的需要,逐漸發展起來。中華人民共和國成立后,由于產業分布,西部地區的電氣工業仍然發展緩慢。直到21世紀前后,西部地區的用電形勢仍然較為嚴重。此時,中國還有7656萬無電人口,700多萬無電戶(約占全國農戶的3.55%),2萬多個無電村(約占全國農村的3.84%)。
此時,人民政府逐漸意識到了一個問題:若這些地區沒有電的情況得不到改善,將嚴重制約當地的社會和經濟發展。因此,政府開始著手改善西部地區的電力供應問題,尤其是要加大農網建設和改造的力度,解決一大批無電縣、鄉、村的通電。
由于歷史和地理的原因,這些村落和居民主要分布在西部邊遠地區,如西藏地區因為地理原因,無電戶比例高達78%,這些人口和地區都遠離電網,負荷小而分散,無法用延伸電網的方式供電,而光伏發電可以扭轉這一切。
1996年,隨著世界太陽能高峰會議的召開,光伏發電進入了我們的視野,給西部地區帶來一陣春風。1997年,“中國光明工程”進入實施階段,光明工程通過太陽能、風能等發電方式在西部建立起上千套獨立發電系統,解決了西部鄉村的用電問題。光明工程中對光伏的需求創造了中國第一代光伏企業。
我國光伏產業發展起步晚,前期發展速度慢,歷程長,自20世紀70年代起步至21世紀初,光伏產業起色始終不明顯。由于政府重視,政策激勵、技術進步,工程推進等原因,我國的光伏產業得到迅速發展。由此可見,西部地區的光伏產業不是偶然形成的,是多年努力的成果。
2002年,國家計委啟動“西部省區無電鄉通電計劃”,通過光伏發電和小型風力發電解決西部七省區(西藏、新疆、青海、甘肅、內蒙古、陜西和四川)700多個無電鄉的用電問題,光伏用量達到15.5MWp。2007年,國家發改委啟動了“大型并網光伏示范電站建設計劃”,加快解決日照資源豐富的西部八省(上述七省與寧夏)無電鄉用電問題。光伏發電由此脫穎而出,成為上述計劃中的重要一環。
2011年,格爾木等少數幾個西部城市成為光伏裝機的焦點地區。2012年,西部已有十多個城市的電站規模達到數百兆瓦,青海、甘肅、新疆幾乎每一個城市都最少有一個光伏發電園區,并且大多數光伏發電產業園都按照GW級規模設立。
截至2017年底,西北五省光伏累計并網規模已經達到35GW,占全國總裝機規模的27%。2017年的發電量為407.25億kWh,占全國光伏當年總發電量的34%。通過多年努力,我國政府從國家層面統籌頂層設計、全局規劃建設光伏大基地。而西北地區憑借其擁有豐富太陽能資源率先建成甘肅、新疆、青海和寧夏等4個超大型光伏基地,西北已成為我國重要的能源戰略屏障。
總的來看,西部地區光伏發電站不僅滿足了無電區人民群眾用電需求,改善無電自然村人民生活條件,有利于當地社會文明的發展與社會經濟進步,還促進了能源使用結構的優化與節能環保的順利展開,為我國光伏產業的發展提供更好的空間,并推動相關電力產業的發展。
更重要的是,光伏發電除提供清潔電力能源外,還完成了修復西部生態系統的任務,從而實現了經濟和環境效益的雙贏局面。
青海塔拉灘,曾是風沙災害最為嚴重的地區,如今已經是一片藍色的海洋。來源/央視節目《振興路上》截圖
過去,西部許多地區面臨著大面積水土流失的尷尬境地,而化石能源開采帶來的環境破壞則使這種情況雪上加霜。如今,隨著光伏發電在西部地區的全面鋪開,這種情況得到極大改善。
光伏發電能夠改善當地的水資源狀況。從全生命周期來看,光伏發電的用水量遠少于煤電發電用水量,大力發展光伏發電,能有效節約水資源。白天,光伏電站能為地面植物擋住過強的陽光,光伏組件板遮蔽陽光直射可以有效降低地表水的蒸發,遮陰效果能使蒸發量降低20%到30%,并且有效降低風速,這能很好改善植物的生存環境。
光伏發電能夠改善當地的土地狀況。通過光伏發電,當地可以大量減少煤炭使用。過去很多土地深受煤炭污染的局面將一去不復發,混雜了煤煙與煤渣的污染土地將得到明顯改善。在荒漠、戈壁地區安裝上光伏電站后,由于光伏組件遮擋了荒漠與戈壁的地表,從而減少了地表蒸發量,改善了當地的沙漠化情況。
光伏發電可以與其他行業互補發展,促進了許多地區發展轉型,并使原有建筑物在原有功能的基礎上,增加了發電、節能的功效,提高了利用率。戶用光伏的發展,更是讓可再生能源走進千家萬戶,讓普通老百姓認識了可再生能源,提高了節能減排意識。而光伏發電對環境的改善作用遠遠不止于此,還等待著我們更加深入的挖掘。
總的來看,西部地區與光伏發電可謂是“相輔相成”。正是西部地區的自然環境才導致了光伏發電的廣泛應用,而光伏發電的廣泛應用進而實現了西北地區的能源結構的轉型,促成了西部地區的環境改善。大自然終究不會虧待用心人們的努力。