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下一个千亿市场将诞生?光热发电重出江湖:寻找不竭能源,我们从未停下

作者: 市值风云 | 2023-04-25

在完成降本增效之前,一切言之尚早。作者 | 木鱼编辑 | 小白中国西部小镇德令哈,地处沙漠边缘,四周都是戈壁滩。这里水资源缺乏,但却有另外一个独到的优势——充足的阳光。其日光辐射量和日照时间,都远远地超过全国平均水平。早上8点开始,阳光洒向这片戈壁,超过2万片镜子,将阳光准确的反射到高塔的顶端。瞬间,太阳光的热量吸收被塔顶的熔盐吸收,继而到达厂房,将水加热成水蒸气,推动发电机发电。这就是塔式光热发电,过程中不需要消耗能源,也没有排放,是一个理想的太阳能利用方式。

来自太阳的第二种发电方式对于太阳能发电,众所周知的其实是光伏,利用太阳能电池的光生伏特效应,将太阳辐射能直接转化为电能。与之不同,光热发电则是利用聚光装置,将太阳辐射能转化为热能,然后通过常规的热机,将热能转化为电能,亦被称为“来自太阳的第二种发电方式”。简单理解,光热发电就是用太阳岛替代燃煤锅炉的火力发电厂。根据聚光形式的不同,目前光热发电系统主要包括塔式、槽式、蝶式、菲涅尔式四种。其中,前两者的商业化应用最为广泛。

(图片来源:公开网络;制表:市值风云APP)塔式光热发电系统的工作原理已在开头提及,优点是热损耗小、聚光比及温度高、经济效益也更高,但建设成本高,运行维护难度大。槽式光热发电系统:利用槽式抛物面聚光镜,将太阳光聚焦到位于焦线处的集热管上,加热管内的传热流体,产生高温高压的蒸汽推动汽轮发电机发电,优点是容易实现批量化生产,但聚光比小,对地势要求高。包括菲涅尔式在内,这三类光热发电装机方式均包括四个部分:集热系统、热传输系统、储热与热交换系统、发电系统。换句话说,它们不仅可以发电,还具备储能功能。

(数据来源:CSTA;制图:市值风云APP)国内光热发电装机以塔式为主,占比约63%。太阳直接辐射资源是光热辐射发电选址最主要的影响因素。根据国际可再生能源署的研究结论,年平均太阳法向直射辐照量每增加100kWh/㎡,发电成本下降4.5%。放在中国,最适合的地方,非西北地区莫属。国内投建光热发电项目的省份,主要为新疆、青海、甘肃、内蒙古等省份。除了选址,传热储热介质的选择也十分重要。目前国内已经建成运行的光热电站一般选择熔盐,即硝酸钾和硝酸钠的混合物,具备工作温度高、传热性能好、安全性强、使用寿命长等优点。

欲与光伏争高低,终因成本败阵光热发电产业大规模建设起源于2016年,国家能源局引发《国家能源局关于建设太阳能热发电示范项目的通知》。当时,共有20个项目入选国内首批光热发电示范项目名单,总装机合计1.35GW。然而,截至2022年底,首批20个、总装机合计1.35GW的国内光热发电示范项目,最终实现并网的仅9个、总装机量仅550MW。从累计装机量来看,国内光热发电从2012年几乎零起步,到2022年不过增长至588MW。

(制图:市值风云APP)同时期,光伏发电则是如火如荼,累计装机量从2012年的7GW,增长至2022年的392GW。

(制图:市值风云APP)即使放眼全球,光热发电也是望洋兴叹。2022年,全球光热发电累计装机容量7,050MW,而全球光伏发电累计装机容量预计已经超过1,000GW。造成这种急剧分化局面的根本原因,是高昂的成本,包括初始投资成本和度电成本。初始投资成本方面,光热发电站的单位千瓦投资成本2.5-3.5万,是光伏电站的4-5倍,陆上风电的3-4倍,传统煤电的3-4倍。度电成本方面,以塔式光热电站为例,成本约为1元/kWh,相当于光伏发电的1.4-2倍,陆上风电的2-3倍,传统煤电的3-4倍。

(数据来源:CSTA)就单个光热电站来看,储能时间越长,综合度电成本会降低,但单位造价则会更高。还是以塔式太阳能热发电站为例,根据CSTA数据,12小时储热100MW容量的电站,总投资高达25~30亿元,这一数字已经把不少人拒之门外了。

重回江湖,或更多扮演储能调峰角色作为一种新兴的绿色发电方式,光热发电也有其优势所在。因其“极热无风”、“晚风无光”等特点,风光发电与生产生活需求存在较多不匹配。外加受自然条件影响,特别是在连续的极端天气下,其波动性与间歇性问题明显。当风光发电在电力系统中的比重不断增加,传统电力系统也会越来越难以消纳大量的波动间歇性能源。由此产生的灵活性不足、调节能力不够等短板和问题,甚至可能制约更高比例、更大规模可再生能源发展。这样的背景下,国家开始鼓励发展配套的储能技术,提高风光发电的利用效率,减少“弃光弃电”。国内现有的储能方式,有抽水储能、电化学储能、储热储能等,其中以抽水储能为主。在最适合风光发电的西北西区,抽水储能显然不可行,而电化学储能面临成本高、寿命短、难以大规模铺开等问题,燃煤机械储能又不符合碳中和的大趋势。再来看光热发电。通过熔盐传递热量推动汽轮发电机组发电,光热发电具备类似于火电的转动惯量,可以实现调频,解决风光发电的不稳定问题。另外,上文提到,塔式、槽式等光热发电装机方式,本就自带储能选项。光热发电在白天可以将热能、以及风光峰值电力储存在熔盐介质中,在用电需求较大的晚高峰释放热量发电,在光热低谷的夜间又可以给风电让位,由此实现连续供电。现阶段,风光热储一体化方案中,对应光热发电的装机规模及储能时长的最优配置比例,仍处于研究及实验阶段。总之,光热发电是一个看起来不错的选择,也因此在2021年以来得到国家政策支持,有重出江湖之势。举例来说:《2030年前碳达峰行动方案》(2021.10):积极发展太阳能光热发电,推动建立光热发电与光伏发电、风电互补调节的风光热综合可再生能源发电基地;《关于完善能源绿色低碳转型体制机制和政策措施的意见》(2022.2):发挥太阳能热发电的调节作用,完善太阳能热发电等调节性电源运行的价格补偿机制;《2022年能源工作指导意见》(2022.3):积极探索作为支撑、调节性电源的光热发电示范,扎实推进在沙漠、隔壁、荒漠地区的大型风电光伏基地中,建设光热发电项目;《“十四五”能源领域科技创新规划》(2022.4):发掘光热发电调峰特性,推动光热发电在调峰、综合能源等多场景应用。随之,西北地区不少省份的政策相继跟进,对新建风光项目配套储能提出相应要求。举例来说:2021年1月,青海新建新能源项目,储能容量原则上不低于项目装机量的10%,储能时长2小时以上;2021年5月,甘肃河西地区最低按照电站容量10%配置储能,其他地区最低5%配置,连续储能时长不低于2小时;2021年7月,宁夏新能源项目储能配置比例不低于10%,连续储能时长2小时以上;2022年3月,内蒙古新增负荷所配置的新能源项目,配建储能比例不低于新能源配置规模的15%。从国家和地方的政策可以看出,再次提起光热发电,它更多的是作为调峰资源出现,与大型风光发电项目配套发展。鉴于光热发电的投资成本,仅仅这一点增量市场,也是不容小觑的。根据CSTA统计,2022年,在各地政府公布的大型风电光伏基地项目、新能源市场化并网以及直流外送等项目名单中,配置太阳能热发电项目29 个,总装机容量约330万千瓦,将在2023或2024年前投产。

(来源:CSTA)上文提到,光热发电每千瓦投资成本约为2.5-3.5亿,单330万千瓦装机量已经是大几百亿的市场空间。不过,参考光伏发展历程,规模化带来的技术路径优化、供应链完善,以及核心设备国产替代,使得光伏发电站的投资成本和度电成本快速下降,过去十年的降幅超80%。随着装机规模增大,光热发电也一定会经历这个过程,只是未来能降本增效到什么程度,仍需要时间给出答案。可以肯定的是,只有完成降本增效,光热发电才可能独立行走,换来更大的市场。在此之前,光热发电或许更多饰演调峰配角。而相比过去,这里还有一个不确定因素,就是已经杀出一条血路并实现规模化的光伏。

光热发电产业链涉及哪些标的据CSTA不完全统计,目前国内从事光热发电特有的聚光、吸热、传储热系统相关的企业有300家左右。鉴于光热发电的整体发展规模,A股专门从事相关业务的上市公司几乎为零。以塔式光热电站为例,一般由四个部分构成:聚光系统、集热系统、储热系统、发电系统。从构成来看,集热系统(聚光系统、吸热系统)、储换热系统(储热系统、蒸汽发生系统)是光热电站两项最大的成本支出,前者占比近60%。

(制图:市值风云APP)集热系统又称太阳岛,其中定日镜成本占比约75%,镜场控制系统占10%,吸热塔占9%,吸热器占6%。随着发电站装机容量增加,定日镜等部件的数量也会随着增多,成本支出及占比也会随之提升。定日镜作为聚光系统的单元体,包含反射镜及支架、跟踪驱动装置等部件。反射镜一般采用表面镀银的超白玻璃:安彩高科(600207.SH)子公司安彩光热目前拥有一条600t/d超白浮法玻璃生产线,具备光热玻璃生产能力,可用于光热电站。凯盛新能(600876.SH)原子公司濮阳光材拥有光热玻璃产能400t/d,但在2022年被转让。支架及跟踪驱动装置,决定定日镜的跟踪精度:川润股份(002272.SZ)子公司川润液压,已研制出适用于塔式光热电站、具有高精度跟踪驱动的定日镜液压动力设备。振江股份(603507.SH)的集热器支架系统,曾用于内蒙古乌拉特中旗100MW槽式光热发电项目。长盛轴承(300718.SZ)针对光热发电,推出槽式电站集热器支撑轴瓦与杆端关节轴承、塔式电站推杆自润滑轴承等产品。吸热器可以将太阳能转换为热能,是集热系统的关键,普遍采用耐高温的镍基合金材料:久立特材(002318.SZ)、宝钢股份(600019.SH)、西子洁能(002534.SZ)等上市公司,都有相关项目经验。塔式光热发电一般选择熔盐作为储热介质:并盛化工、昌盛硝盐、四川米高为国内前三大硝酸钾生产企业,目前均未上市;云图控股(002539.SZ)、华尔泰(001217.SZ)、山东海化(000822.SZ)等上市公司,都具备硝酸钠产能。高温熔盐与水换热后产生高温高压的蒸汽,期间需要用到换热器:宝色股份(300402.SZ)、蓝科高新(601798.SH)、双良节能(600481.SH)、西子洁能(002534.SZ)等上市公司,具备可用于光热发电站的换热器产品。蒸汽驱动汽轮发电机组发电:东方电气(600875.SH)、金通灵(300091.SZ)、中国动力(600482.SH)等上市公司,也都推出了针对光热发电系统的汽轮机。从产业链来看,建设光热电站还有重要的一环,即电站承建,具备相关集成商经验的有首航高科(002665.SZ)、浙江可胜技术股份有限公司(以下简称可胜技术)。其中,首航高科(002665.SZ)可覆盖聚光系统、吸热器系统、换热系统、空冷系统等环节,已投入运营的有敦煌100MW熔盐塔式光热电站。风云君曾聊过,其光热业务2018年开始因为经营不善不断减值。可胜技术以光热发电业务为主业,目前仍未上市。根据西子洁能公告,其2022年1-10月净利润亏损5,068.31万元。这两家公司光热发电板块的业绩,也从侧面表明了这个行业的现状。结合行业来看,由于全球光热发电行业普遍发展不顺利,相关产业链公司的业绩规模也不大。

在中国,向德令哈一样的小镇还有很多。毋庸置疑,越来越多的太阳能利用方式,正在改变中国清洁能源的供应格局。不管是光伏、风电,还是光热,为明天寻找不竭能源,都不是一件简单的事,需要更多的创意,也需要为此付出更多的努力。免责声明:本报告(文章)是基于上市公司的公众公司属性、以上市公司根据其法定义务公开披露的信息(包括但不限于临时公告、定期报告和官方互动平台等)为核心依据的独立第三方研究;市值风云力求报告(文章)所载内容及观点客观公正,但不保证其准确性、完整性、及时性等;本报告(文章)中的信息或所表述的意见不构成任何投资建议,市值风云不对因使用本报告所采取的任何行动承担任何责任。以上内容为市值风云APP原创未获授权  转载必究
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