聚光式太阳能(CSP)功能兼具发电与储能,但因为成本高与占地广,并非每个国家都会选择这项技术,因此随着太阳光电(PV)技术成本日渐下滑、装置量逐渐高升, CSP 的地位已经远不如过去,甚至还被称为“过时”的技术。
不过 CSP 到底是什么技术呢,为什么可以兼具储电与发电功能?CSP 全名聚光太阳能热发电,使用反射镜或透镜,利用光学原理将阳光反射汇聚到相对细小的集光区中,将太阳热能集中、提高集光区温度,再用光热原理将太阳能转换成热能,之后就可以透过蒸汽涡轮发动机来发电。
目前 CSP 已达商业化,也演变出不同的技术,像是抛物线槽型,就是利用弯曲的镜面将太阳辐射聚焦到管状收集器上,再借由加热管内介质产生蒸气;斯特林碟型技术外观则跟卫星碟形天线相似,用大型抛物线曲面聚光反射镜,将阳光聚集在中心,再用接收器捕捉并转换成热量。
不过现在最为常见的 CSP 技术还是塔型太阳热能,在一大片圆形摆设的反射镜海中央轰立一座高塔,将阳光聚集到塔顶的集热器,而这项技术也会搭配熔融盐系统,熔盐吸收底下镜面反射的日照后,温度会攀升至摄氏 500 度以上,流入储存槽并储存热能后,就可做为蒸气涡轮发电机组的热源。
太阳西下后,这些熔融盐的高温还是可以驱动发动机,因此夜间仍有电力可以用,这也是为什么 CSP 系统具有储热与发电两功效。
不过 CSP 技术也不是无所不能,并非每个国家或地区都适合这项技术,首先 CSP 占地相当广、成本跟启动温度的门槛一样高,除了要有钱,也比较适合装设在无云的内陆地带,像是加州伊万帕(Ivanpah)、新月丘(Crescent Dunes),以及计划中的迪拜再生能源公园 Noor Energy、澳洲奥古斯塔(Augusta)等都在干燥的沙漠地带。
过去太阳光电的成本较高,且阴天、夜间太阳光电也无法发电,还需要再搭配锂离子电池、液流电池等其他储能系统,成本自然还会再提高,因此塔型 CSP 技术既可发电又能储能,发电也相对稳定,当时算是一个有竞争力的发电技术。
只是那是“当时”,现在太阳光电的成本已经愈来愈低。
2011 年价格暴跌的太阳光电
根据彭博能源财经(BNEF)资料,1977 年到 2015 年间,太阳能电池发电成本已从每瓦 76 美元最高点降至 0.3 美元,其中太阳能成本在 2012 年雪崩式下滑,由于产业供给过剩、营收下降,这对太阳能产也带来严重影响,太阳能模组平均下滑 50%,许多厂商申请破产,当时所有厂商都在寻找如何转亏为盈。
2012 年欧美开始向中国太阳能产品征收双反税、欧债危机也影响着太阳能电厂的融资,市场发展开始放缓,也出现产能过剩的状况,在低价竞争的状况下,太阳能成本愈来愈低。根据 BNEF 资料,2008 年到 2012 年太阳能模组价格下降 80%,其中光是 2012 年价格就降了 20%,严重的融资问题造成大量公司倒闭。
近年太阳能成本也更因为装置量攀升而持续下滑,过去高不可攀的太阳能技术,现在已亲民许多了,如今太阳能电厂电池厂经济效益已经可与化石燃料比拟,每 MWh 只要 30 美元。
而聚光式太阳能面临强大的“外患”之余,“内忧”也不容忽视,除了装设地点、成本高等问题,发电效果不如预期也是主因,伊万帕与新月丘太阳能都遇上类似问题,面临债务违约窘境,最后黯然退场。
根据美国能源资讯局(EIA)2018 年数据,美国聚光式太阳能的容量因数仅 23.6%,还低于太阳光电的 25.1%。且 CSP 技术对环境的伤害也超乎预期,就像伊万帕曾因为强烈的阳光反射,不仅让路过野鸟遭殃、也被飞行员抗议。
聚光式未来会如何?
不过聚光式太阳能会就此走入历史吗?现在可能还不好说,国际再生能源署(IRENA)报告曾指出,聚光式太阳能安装成本已大幅下滑,料未来还会持续下滑,至少其中一项难题正在缓解。
聚光式太阳能成本与建置成本皆逐年下滑。IRENA 根据 2010 年到 2018 年的电厂规模与使用技术资料,发现该技术 2018 年全球加权平均的电力均化成本(LCOE)为每 KWh 18.6 美分,与 2010 年相比 46%;安装成本也比过去低许多,与 2011 年相比,2018 年的安装成本下滑 50%,成本已降至 5,204 美元。
IRENA 报告指出,2018 年新增容量约为 500MW,市场主要集中在中国、摩洛哥与非洲,LCOE 成本降也是受益于中国的供应链进展快速、各界开发经验累积以及近几年的低价竞标。
中国近年也相当看好聚光式太阳能技术,认为 CSP 系统可在甘肃、青海等地区大放异彩,由于甘肃火力发电占比高,电力系统较缺乏灵活性,电网无法消化大多再生能源。若将具有调度电力能力的 CSP 进入电网,不仅能提高绿能占比,还可以减少大量弃光与弃风效应,邻近的化石燃料厂也不用再频繁因应变动型能源产电波动而升降载。
也或许是因为近期 CSP 计划多在中国、中东与北非等地,这些地区的直接日照(DNI)较高,聚光式太阳能的产能利用率也有所提高,容量因数与 2010 年相比增长 50%,在 2018 年达到最高水准的 45%,因此未来 CSP 计划或许会逐渐转移到日照充裕的北非、中东与南非的沙漠。
- Price-experience curve for solar modules (ASP)
- Concentrated solar power
- Concentrated Solar Power Costs Fell 46% From 2010–2018
- This $1 billion solar plant was obsolete before it ever went online
(首图来源:Flickr/Doc Searls CC BY 2.0)
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