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1、2023 年深度行業分析研究報告 2/38 目目 錄錄 1.光熱發電光熱發電.4 1.1.什么是光熱發電?.4 1.2.光熱發電的技術路線.6 1.2.1.槽式.7 1.2.2.塔式.7 1.2.3.線性菲涅爾式.7 1.2.4.碟式.8 1.3.光熱發電的優勢.9 1.3.1.作為新能源發電+提高可再生能源消納比例.9 1.3.2.光熱儲能(熔鹽儲能)相較于電化學儲能的優勢.9 1.4.光熱發電的發展.10 1.4.1.光熱發展歷史悠久.10 1.4.2.進展偏慢受多方因素拖累.11 1.4.3.重新定位,光熱有望加速.13 1.5.光熱發電空間測算.16 2.光熱發電產業鏈拆分光熱發電產業
2、鏈拆分.17 2.1.聚光集熱系統.17 2.1.1.反射鏡.17 2.1.2.支架.20 2.1.3.跟蹤裝置.21 2.1.4.吸熱器.23 2.2.熔鹽儲換熱系統.24 2.2.1.熔鹽.24 2.2.2.熔鹽儲罐.26 2.2.3.電加熱器.27 2.2.4.電伴熱系統.29 2.2.5.蒸汽發生器(熔鹽換熱器).31 2.3.發電系統.32 3.產業鏈重點公司產業鏈重點公司.34 3.1.首航高科.34 3.2.可勝技術.35 3.3.安彩高科.35 3.4.西子潔能.35 3.5.久盛電氣.36 3.6.東方電氣.36 4.風險提示風險提示.36 圖表目錄圖表目錄 圖圖 1:塔式光
3、熱發電系統:塔式光熱發電系統.4 圖圖 2:光熱發電系統運行示意圖:光熱發電系統運行示意圖.4 圖圖 3:塔式光熱電站聚光鏡場和吸熱器:塔式光熱電站聚光鏡場和吸熱器.4 圖圖 4:熔鹽儲能關鍵核心技術和設備:熔鹽儲能關鍵核心技術和設備.5 圖圖 5:蒸汽發生器:蒸汽發生器.6 圖圖 6:光熱和常規火電汽輪機啟動時間對比:光熱和常規火電汽輪機啟動時間對比.6 圖圖 7:槽式光熱發電裝置:槽式光熱發電裝置.7 5V9YqUoWzWmWiXqMsP8OaO8OmOqQpNpMiNmMrOeRnNoN8OqQpPMYrRoONZmPqP 3/38 圖圖 8:塔式光熱發電裝置:塔式光熱發電裝置.7 圖圖
4、 9:線性菲涅爾式光熱裝置:線性菲涅爾式光熱裝置.8 圖圖 10:碟式光熱裝置:碟式光熱裝置.9 圖圖 11:全球平準化度電成本(美元:全球平準化度電成本(美元/kwh).12 圖圖 12:全球加權平均風光熱裝機成本(美元:全球加權平均風光熱裝機成本(美元/kw).12 圖圖 13:槽式拋物面鏡:槽式拋物面鏡.19 圖圖 14:大連耀皮太陽能光熱超白玻璃產品主要參數:大連耀皮太陽能光熱超白玻璃產品主要參數.20 圖圖 15:塔式定日鏡及支架:塔式定日鏡及支架.20 圖圖 16:北京延慶塔式光熱追日控制系統應用項目:北京延慶塔式光熱追日控制系統應用項目.22 圖圖 17:容積腔式吸熱器結構圖:容
5、積腔式吸熱器結構圖.23 圖圖 18:外置管式吸熱器結構圖:外置管式吸熱器結構圖.23 圖圖 19:熔鹽質量換算公式:熔鹽質量換算公式.25 圖圖 20:熔鹽罐示意圖:熔鹽罐示意圖.27 圖圖 21:威能電氣生產的電加熱器:威能電氣生產的電加熱器.28 圖圖 22:久盛電氣應用于吸熱器的伴熱電纜:久盛電氣應用于吸熱器的伴熱電纜.30 圖圖 23:光熱汽輪機的結構:光熱汽輪機的結構.33 表表 1:熔鹽儲能相較電化學儲能具有一系列優勢:熔鹽儲能相較電化學儲能具有一系列優勢.10 表表 2:光熱發電發展歷程:光熱發電發展歷程.11 表表 2:國家出臺一系列支持光熱相關利好政策:國家出臺一系列支持光
6、熱相關利好政策.14 表表 3:青海、甘肅、新疆、內蒙古四?。呵嗪?、甘肅、新疆、內蒙古四省“十四五十四五”期間可再生能源總體規劃(期間可再生能源總體規劃(GW).16 表表 4:已公布的光熱:已公布的光熱 EPC 中標項目情況中標項目情況.17 表表 5:光熱市場空間測算結果:光熱市場空間測算結果.17 表表 6:反射鏡主要玩家:反射鏡主要玩家.18 表表 7:光熱玻璃主要玩家:光熱玻璃主要玩家.19 表表 8:支架主要玩家:支架主要玩家.21 表表 9:控制器主要玩家:控制器主要玩家.22 表表 10:吸熱器主要玩家:吸熱器主要玩家.24 表表 11:熔鹽和其它傳儲熱介質對比:熔鹽和其它傳儲
7、熱介質對比.25 表表 12:熔鹽主要玩家:熔鹽主要玩家.26 表表 13:電加熱器主要玩家:電加熱器主要玩家.29 表表 14:電伴熱器主要玩家:電伴熱器主要玩家.31 表表 15:光熱電站蒸汽發生器的特性:光熱電站蒸汽發生器的特性.32 表表 16:蒸汽發生器主要玩家:蒸汽發生器主要玩家.32 表表 17:光熱汽輪機主要玩家:光熱汽輪機主要玩家.34 4/38 1.光熱發電光熱發電 1.1.什么是光熱發電?光熱發電是將太陽能轉化為熱能、通過熱功轉換發電的過程。光熱電站運行時,聚光器跟蹤太陽將直射幅射光聚焦并反射至吸熱器上,加熱吸熱器內的傳熱流體,將太陽能轉化為熱能;熱能或直接與水換熱產生高
8、溫高壓的蒸汽驅動汽輪機發電,也可以被儲存在儲罐中,在需要發電時釋放熱能進行發電。光熱發電站一般由聚光與集熱系統、儲熱系統、蒸汽系統及發電裝置四個部分組成。圖圖 1:塔式光熱發電系統:塔式光熱發電系統 數據來源:浙江可勝官網,東北證券 聚光與集熱系統是光熱發電的基礎聚光與集熱系統是光熱發電的基礎。主要由聚光鏡場、鏡場控制系統、吸熱器、吸熱塔等構成。聚光鏡場的投資占整個光熱發電系統的 60%以上。聚光鏡場吸收的太陽能與鏡場布局、鏡片反射率、太陽輻射度有關,而吸熱器則將聚光鏡場聚集的太陽輻射能直接轉化為熱能,加熱其中的導熱油、熔鹽等工質。吸熱器的性能直接決定了吸熱介質的出口溫度。受太陽能熱源的間歇性
9、以及熔鹽工質的腐蝕性等因素影響,吸熱器對選材、優化設計和可靠性方面的技術工藝要求很高。圖圖 2:光熱發電系統運行示意圖:光熱發電系統運行示意圖 圖圖 3:塔式光熱電站聚光鏡場和吸熱器:塔式光熱電站聚光鏡場和吸熱器 數據來源:國際能源網,東北證券 數據來源:CSPPLAZA,東北證券 光熱發電光熱發電 24h 的連續穩定運行與儲熱系統密不可分。的連續穩定運行與儲熱系統密不可分。儲熱系統包括傳熱流體熔鹽和導熱油、熔鹽儲罐、熔鹽泵、熔鹽閥、電加熱器、電伴熱器等。在聚光鏡將太陽光聚焦反射到集熱管(槽式)、吸熱器(塔式)以后,其中的熔鹽作為傳熱流體和太陽 5/38 能產生的熱量進行換熱形成高溫熔鹽,高溫
10、熔鹽形成后將返回至高溫熔鹽罐中,保證在沒有陽光的情況下能夠推動汽輪發電機組運行,以此滿足一定時間的發電需求。電加熱器,電加熱器,一方面能夠助力光熱機組順利啟動,另一方面又能避免機組設備出現熔鹽凍堵問題。電站啟動運行前,電加熱器提前對熔鹽進行加熱;電站停止運行后,集熱系統暫無熱量輸送至熔鹽罐,熔鹽罐內的熔鹽溫度也將隨之降低,電加熱設備可保證熔鹽溫度始終在其凝固點之上,避免設備出現凍堵。電伴熱器,電伴熱器,是光熱電站傳儲熱介質在超長管道回路中保持流動狀態的“良藥”。與位于熔鹽罐底部、短時間內快速加熱大量介質的電加熱器不同,電伴熱器的主要目的在于持續“保溫”。它通過加裝在傳儲熱介質外部,用電能來補償
11、介質、設備的熱損失,保持介質、設備等長時間處于工作溫度,促使熔鹽循環流動,保證光熱電站傳儲熱系統的安全運行。在建造儲能系統時,需綜合考慮儲熱量、儲熱時長與發電經濟性等因素之間的關系。儲熱量和電場年發電量、聚光鏡場規模以及電站總投資息息相關,儲熱時長和聚光鏡場規模呈現正向關系,更長的儲熱時長也需要更多的熔鹽用量進行支撐,電站的投資成本也會相應地提高。圖圖 4:熔鹽儲能關鍵核心技術和設備:熔鹽儲能關鍵核心技術和設備 數據來源:CSPPLAZA,東北證券 蒸汽發生系統是實現光熱發電的關鍵環節。蒸汽發生系統是實現光熱發電的關鍵環節。一般由預熱器、蒸發器、過熱器、再熱器、汽包等主設備和相應的汽水、熔鹽連
12、接管道,以及配套的泵、閥門、儀表等組成。蒸汽發生系統通過實現熔鹽、導熱油等傳熱介質與水工質之間的熱交換,產生過熱蒸汽來推動汽輪機做功。具體原理表示為,高溫熔鹽從高溫鹽罐流出后分別進入過熱器和再熱器,經換熱后在出口混合,再依次進入蒸汽發生器和給水預熱器,最后變為低溫熔鹽返回低溫鹽罐。而來自高壓加熱器的給水則依次流經給水預熱器、蒸發器、過濾器,實現熔鹽與水工質的熱交換,產生符合汽輪機運行要求的過熱蒸汽,又稱主流蒸汽。除主流蒸汽以外,進入汽輪機的還有再熱蒸汽,系主流蒸汽在汽輪機高壓缸做功后排汽進入再熱器,經再熱器熔鹽加熱后產生。再熱蒸汽隨后進入汽輪機中低壓缸繼續做功,最后排入凝汽器。6/38 圖圖
13、5:蒸汽發生器:蒸汽發生器 數據來源:CSPPLAZA,東北證券 光熱的發電系統和傳統電廠區別不大,仍是通過加熱水獲得高質量的過熱蒸汽,推光熱的發電系統和傳統電廠區別不大,仍是通過加熱水獲得高質量的過熱蒸汽,推動各式汽輪機發電。動各式汽輪機發電。但是相比于常規的火電機組,光熱發電系統需要具備更好的調節性能,故對光熱發電系統快速啟動、頻繁啟停的能力,以及對負荷變化的適應性、汽輪機運行的高效穩定性,都提出了更高的要求。具體而言,光熱發電系統啟動時間一般要求極熱態啟動 15min,熱態啟動 20min,溫態啟動 30min,冷態啟動 60min,遠高于常規火電機組啟動時間要求;啟停頻率上,在光熱發電
14、機組 25 年的壽命周期內,基本上每天都需要啟停;負荷調節上,要求光熱機組能夠在 15-100%的范圍內穩定調節運行;最后,由于汽輪機循環效率對整個系統光電轉化效率有顯著的影響,光熱汽輪機需要能夠高效運行,并且具備較好的穩定性。圖圖 6:光熱和常規火電汽輪機啟動時間對比:光熱和常規火電汽輪機啟動時間對比 數據來源:上海電氣,東北證券 1.2.光熱發電的技術路線 按照聚光方式來劃分,光熱發電分為塔式、槽式、線性菲涅爾式、碟式四種技術路線。其中塔式和碟式為點聚焦,槽式和線性菲涅爾式為線聚焦。目前,應用較為廣泛的為槽式和塔式技術路線。在全球主要國家和地區的光熱發電裝機中,槽式占比77%,塔式占比 2
15、0%;我國光熱裝機則采用塔式技術較多,占比 63%,槽式占比 26%。7/38 1.2.1.槽式 槽式光熱發電技術是將平行于槽形拋物面主軸線的太陽輻射聚焦到集熱管中,并將多個槽形拋物面聚光集熱器經過串并聯組合構成聚光集熱系統,以此吸收太陽輻射能,產生過熱蒸汽驅動發電機組發電。槽式技術的優點在于聚光與集熱系統部件簡單、能量收集跟蹤控制簡便,但其聚光較低、散熱面積較大,從而導致光熱轉化效率和系統工作溫度較低。槽式太陽能發電系統包括導熱油槽式太陽能發電系統和熔鹽槽式太陽能發電系統,其主要區別在于傳熱介質分別采用導熱油和熔鹽。導熱油的工作溫度在 400左右,這決定了經過蒸汽發生系統后主蒸汽的溫度在 3
16、70-410,因此采用的中溫高壓汽輪機熱效率約為 38%。而熔鹽的最高使用溫度可達 565,因此當傳熱介質采用熔鹽時,主蒸汽溫度在 535左右,此時汽輪機熱效率提升至 45%。除此之外,油槽系統儲罐的儲熱溫差為 90(290-380),鹽槽系統儲罐的儲熱溫差為 260(190-550),故鹽槽儲罐比油槽儲罐具有更大的儲熱空間,在儲罐容量相同的情況下,儲能系統投資更少。因此,熔鹽槽式光熱電站更適合作為儲熱型光熱電站。1.2.2.塔式 塔式發電技術是一種集中型光熱發電技術。通過將成千上萬臺定日鏡布局成圓周形,并在鏡場中心安置一座幾百米高的吸熱塔。定日鏡包含安裝在鋼結構支架上的反射鏡,以及俯仰角和回
17、轉角的跟蹤驅動。定日鏡場獨立跟蹤太陽光,將太陽光聚集到吸熱塔頂部的接收器中以產生高溫,加熱熔鹽,熔鹽與水換熱,產生高溫蒸汽,帶動汽輪發電機做功發電。塔式系統中,熔鹽為傳儲能介質,換熱后主蒸汽溫度可達 550。除此之外,其聚光與集熱系統的控制較為復雜,維護成本較高。但塔式系統聚光倍數高、光熱轉化效率高、熱量傳遞路徑短,非常適合大規模、大容量的商業化應用,因此塔式光熱發電系統被認為是未來主流技術路線,具備良好的發展前景。圖圖 7:槽式光熱發電裝置:槽式光熱發電裝置 圖圖 8:塔式光熱發電裝置:塔式光熱發電裝置 數據來源:太陽能光熱發電技術及其發展綜述,東北證券 數據來源:太陽能光熱發電技術及其發展
18、綜述,東北證券 1.2.3.線性菲涅爾式 8/38 線性菲涅爾式的聚光系統由拋物面式聚光系統演化而來,其工作原理與槽式系統類似,但其鏡面無需保持拋物面形狀,而是采用了菲涅爾結構的聚光鏡來代替拋物面。在運行過程中,太陽輻射通過一次平面反射鏡聚焦到塔桿頂后再經二次反射鏡到線性集熱器上,以此加熱工質,工質與水換熱后產生高溫蒸汽,推動汽輪機發電。菲涅爾式系統采用的菲涅爾結構聚光鏡雖然降低了聚光鏡生產的技術難度和成本,但系統的總體效率有待提高。目前國內采用線性菲涅爾式技術的光熱電站只有蘭州大成敦煌 50MW 的光熱發電項目。圖圖 9:線性菲涅爾式光熱裝置:線性菲涅爾式光熱裝置 數據來源:太陽能光熱發電技
19、術及其發展綜述,東北證券 1.2.4.碟式 碟式太陽能發電系統采用碟式聚光系統,太陽輻射反射面布置為碟形。太陽光將通過碟形拋物面反射鏡反射聚焦到接收器上,產生的熱能通過推動安裝在焦點處的斯特林發動機做功發電。碟式發電作為一種點聚焦的發電技術路線,具有高聚光比、高集熱溫度、集熱器損失小的特點,目前光電轉換效率最高可達 30%左右。但其單機容量受制于價格因素,單體發電容量規模較小,適用于分布式發電。9/38 圖圖 10:碟式光熱裝置:碟式光熱裝置 數據來源:太陽能光熱發電技術及其發展綜述,東北證券 1.3.光熱發電的優勢 1.3.1.作為新能源發電+提高可再生能源消納比例 光熱電站不僅能夠獨立發電
20、,實現不間斷運行,同時也能夠利用大容量儲熱系統雙向連接電網,將網上的峰值電力轉化為熱能儲存發電,從而實現與風光發電的互補,提高間歇性可再生能源消納比例。通過仿真模擬青海省電網光熱發電的跨日調節及儲熱放熱過程,根據光熱電站是否參與調峰和參與調峰運行時的儲能時長進行三種不同情形的模擬,得到如下結論:光熱電站不參與調峰時,200 萬 kw-400 萬 kw 的光熱裝機使得煤耗降低 172 萬噸-337 萬噸,電力系統總的新能源消納電量增加,但風電、光伏棄電率增加;光熱電站參與調峰運行后,200 萬 kw-400 萬 kw 儲能時長為 12h 的光熱裝機使得煤耗降低244 萬噸-465 萬噸,新能源棄
21、電率從 4.9%下降到 4.2%;同裝機儲能時長為 10h 的模擬情形下,煤耗降低 218 萬噸-412 萬噸,新能源棄電率從 5.1%下降到 4.7%。同時,在光熱電站參與調峰運行后,總的新能源消納電量也有所增加。由此可見,光熱發電能過逐步替代火電等高碳能源,作為可再生能源的入網調節手段,以及可再生能源高占比電網的重要支撐。1.3.2.光熱儲能(熔鹽儲能)相較于電化學儲能的優勢 相較于電化學儲能,光熱發電配套的熔鹽儲能系統具有儲能規模更大、使用壽命更長、經濟效益更優、安全環保等諸多優勢。尤其在可貴的長時儲能方面,光熱電站的綜合儲能優勢更加突出。除此之外,和常規的火力發電機組相比,光熱發電機組
22、具有啟停時間更短、負荷調節范圍更廣、負荷調節速率更快等優點,具備更優良的調節性能。電網必需一定的轉動慣量以支撐系統穩定運行,過去轉動慣量由煤電機組提供,隨著風光占比提升,轉動慣量的缺乏會影響系統安全,而光熱可以給系統提供電化學儲能無法提供的轉動慣量。10/38 表表 1:熔鹽儲能相較電化學儲能具有一系列優勢:熔鹽儲能相較電化學儲能具有一系列優勢 熔鹽儲能熔鹽儲能 電化學儲能電化學儲能 儲能成本儲能成本 150 元/kwht 600 元/kwhe 1500 元/kwh 使用壽命使用壽命 30 年 8-10 年 安全性安全性 無燃燒爆炸風險 燃燒爆炸風險 環境影響環境影響 全生命周期無污染 報廢回
23、收污染 儲能規模儲能規模 大容量、長時間(GWh 級)小容量、短時間(MWh 級)數據來源:國際能源網,東北證券 1.4.光熱發電的發展 1.4.1.光熱發展歷史悠久 我國光熱發電自立項研發開始,至今已有十幾年的時間。2016 年,國家能源局正式確定首批 20 個光熱發電示范項目,并和國家發改委共同提出了“十三五”期間 5GW的光熱發電裝機目標。2018 年,逾期投運項目電價退坡機制出臺,昭示光熱發電電價補貼力度將有所減小,光熱項目資方的盈利空間面臨壓縮困境,投資熱情隨之減弱。2020-2021 年,受疫情的影響,光熱項目的施工進度和投資進入停滯狀態,導致大部分項目無法在 2021 年底前完成
24、并網。截至 2022 年底,我國太陽能熱發電累計裝機容量 588MW(58.8 萬千瓦),其中 2022 年新增光熱裝機 50MW,規劃的 20 個首批太陽能熱發電示范項目已有 8 座完成并網發電,其中除了魯能格爾木的塔式光熱電站是采取風光熱儲調荷于一體的形式進行開發(光熱發電+光伏發電+風電+電化學儲能),其余的均為單體光熱電站。從示范項目已建設完成的數量和發電裝機目標的完成情況看,我國光熱發電發展情況整體不及政策預期。11/38 表表 2:光熱發電發展歷程:光熱發電發展歷程 日期日期 內容內容 2006 年 11 月“十一五”國家高技術研究發展計劃(863 計劃)先進能源技術領域“太陽能熱
25、發電技術及系統示范”重點項目成功立項。2012 年 7 月“太陽能熱發電技術及系統示范”項目通過驗收,我國首座兆瓦級塔式光熱電站建成。2012 年 8 月 我國首座 1MW 塔式太陽能熱發電實驗電站在北京延慶首次成功發電 2013 年 7 月 青海中控德令哈 10MW 光熱示范工程并網發電 2014 年 9 月 國家發改委核定青海中控德令哈 10MW 光熱示范工程上網電價(含稅)為每千瓦時 1.2元。2016 年 8 月 國家發改委發布關于太陽能熱發電標桿上網電價政策的通知,明確國家能源局 2016 年組織實施的太陽能熱發電示范項目標桿上網電價為每千瓦時 1.15 元(含稅)。2018 年 1
26、2 月 31 日以前全部投運的太陽能熱發電項目執行上述標桿上網電價。2016 年 9 月 國家能源局發布 關于建設太陽能熱發電示范項目的通知,確定第一批太陽能熱發電示范項目共 20 個,總計裝機容量 134.9 萬千瓦。2016 年 11 月 國家發改委、國家能源局發布電力發展“十三五”規劃,光熱發電裝機目標 5GW。2018 年 5 月 國家能源局發布關于推進太陽能熱發電示范項目建設有關事項的通知。文件提出,首批示范項目建設期限可放寬至 2020 年 12 月 31 日,同時建立逾期投運項目電價退坡機制,具體價格水平由國家發展改革委價格司另行發文明確。2018 年 10 月2018 年 12
27、 月 中廣核德令哈 50MW 槽式、首航敦煌 100MW 塔式、青海中控德令哈 50MW 塔式光熱示范電站并網發電。2019 年 9 月2019 年 12 月 中電建共和 50MW 塔式、蘭州大成 50MW 線性菲涅耳式、中能建哈密 50MW 塔式光熱示范電站,以及魯能海西州多能互補示范項目 50MW 塔式電站并網發電。2020 年 1 月 內蒙古烏拉特 100MW 槽式光熱示范電站并網發電。2020 年 2 月 財政部、國家發改委、國家能源局聯合發布關于促進非水可再生能源發電健康發展的若干意見。文件提出:新增海上風電和光熱項目不再納入中央財政補貼范圍,按規定完成核準(備案)并于 2021 年
28、 12 月 31 日前全部機組完成并網的存量光熱發電項目,按相應價格政策納入中央財政補貼范圍。2021 年 6 月 國家發改委發布 關于 2021 年新能源上網電價政策有關事項的通知。文件提出:2021 年起,新核準(備案)海上風電項目、光熱發電項目上網電價由當地省級價格主管部門制定,具備條件的可通過競爭性配置方式形成,上網電價高于當地燃煤發電基準價的,基準價以內的部分由電網企業結算。鼓勵各地出臺針對性扶持政策,支持光伏發電、陸上風電、海上風電、光熱發電等新能源產業持續健康發展。2021 年 6 月 國家發改委辦公廳發至國家能源局綜合司關于落實好 2021 年新能源上網電價政策有關事項的函明確
29、:對國家能源局確定的首批光熱發電示范項目,于 2021 年底前全容量并網的,上網電價繼續按每千瓦時 1.15 元執行,之后并網的示范項目中央財政不再補貼。數據來源:中國太陽能熱發電行業藍皮書(2022),東北證券 1.4.2.進展偏慢受多方因素拖累 價格退坡機制和度電成本是導致光熱裝機不及政策預期的重要原因。價格退坡機制和度電成本是導致光熱裝機不及政策預期的重要原因。平價上網時代,光熱作為獨立發電的形式已經難以實現盈利。2021 年,全球光熱 LCOE 為 0.1142 美元/kwh,而根據已經出臺新能源上網電價的省份來看,新疆為 0.262 元/kwh,青海為 0.2277 元/kwh,相比
30、于財政補貼時代 1.15 元/kwh 的上網電價,光熱項目投資方的盈利空間被嚴重壓縮,光熱的度電成本阻礙了光熱裝機的持續推進。和風電、光伏的度電成本和裝機成本相比,光熱發電項目的成本也處于較高的水平。根據 IRENA 的統計,2010-2021 年間,全球光伏 LCOE 和裝機成本呈現持續下行趨勢。2010 年全球光伏 LCOE 為 0.3113 美元/kwh,而 2021 年 LCOE 為 0.0483 美元/kwh,僅為 2010 年的 1/8;全球光伏裝機成本由 2010 年的 4807.85 美元/kw 降至2021 年的 856.51 美元/kw,降幅達到了 82.19%。12/38
31、 風電方面,風電方面,根據 IRENA 的統計,2010-2021 年間,全球陸上風電及海上風電的LOCE 和裝機成本整體呈現下降趨勢。2010 年全球陸上風電 LCOE 為 0.1021美元/kwh,2021 年為 0.0331 美元/kwh,降幅達到 67.58%;2010 年全球海上風電 LCOE 為 0.1879 美元/kwh,2021 年為 0.0752 美元/kwh,降幅達到 60%。全球陸上風電和海上風電的裝機成本則由 2010 年的 2042.38 美元/kw 和 4875.53美元/kw 降至 2021 年的 1325.20 美元/kw 和 2857.70 美元/kw,降幅達
32、到 35.11%和 41.39%。光熱方面,光熱方面,根據 IRENA 的統計,2010-2021 年間,全球光熱 LCOE 從 0.3580 美元/kwh 降至 0.1142 美元/kwh,降幅達到 68.10%,但 LCOE 自 2011 年來一直高于其他新能源發電形式;另一方面,2010-2021 年間,光熱發電的裝機成本持續處于 4700 美元/kw 以上的水平,且多數年份中,該水平處于 6000 美元/kw以上,裝機成本遠遠高于其他新能源發電形式。圖圖 11:全球平準化度電成本(美元:全球平準化度電成本(美元/kwh)圖圖 12:全球加權平均風光熱裝機成本(美元:全球加權平均風光熱裝
33、機成本(美元/kw)數據來源:Wind,東北證券 數據來源:Wind,東北證券 為什么光熱發電的成本如此之高?為什么光熱發電的成本如此之高?我們認為重要的原因是定日鏡仍存在較大的降本空間。定日鏡約占光熱電站總建造價值量的 50%左右,其成本分為材料成本、加工成本和運輸成本三部分,分別占其成本的 50%、40%、10%。材料方面,反射鏡鏡片厚度的降低可以提高反射率并降低原片成本,鏡面重量的減輕也對鏡架、動力設備和鏡座的要求降低。目前反射鏡的鏡面厚度一般為 4mm,未來若降至 2mm 以下,鏡片原片的用量將相應減半;同時,定日鏡的輕便化導致鏡架的用鋼量以及基座的鋼材和水泥用量都有所下降,對光熱項目
34、的資方來講投資成本將大大降低。目前,國內光熱玻璃尚處于起步階段,未實現大批量投產,主要供貨商溢價較高,光熱玻璃的高投資成本成為光熱項目發展的一大阻礙。目前,國內光熱玻璃的玩家主要包括大連旭硝子、安彩高科、大明,其中旭硝子作為一家日商企業,基本占據先前國內該領域的所有市場;國內玩家中,安彩的產品正在進行下游客戶的導入,目前已經完成了多個項目的產品交付,供客戶驗證。從玻璃原片的售價來看,旭硝子的單位售價高出國內玩家的 70%左右,存在較高的溢價。預計隨著國產光熱玻璃良率提升,光熱玻璃將逐漸完成國產替代,疊加后續玻璃原片的薄片化以及產能的進一步提升,光熱項目資方的投資成本將進一步。0.0000.05
35、00.1000.1500.2000.2500.3000.3500.4000.450光伏發電海上風電陸上風電聚光太陽能熱發電0.002,500.005,000.007,500.0010,000.0012,500.0015,000.0017,500.0020,000.0022,500.0025,000.00光伏陸上風電海上風電聚光太陽能發電 13/38 加工成本方面,定日鏡的加工費包括鏡架加工費和動力設備加工費,加工費用涵蓋設備、模具、場地、水電等公攤成本以及人工和管理成本。未來隨著定日鏡制造工藝的成熟以及相關原件批量化生產的形成,定日鏡的生產將逐漸發揮規模效應,加工費中的公攤成本和管理成本將因產
36、能的提高得到大幅平攤。1.4.3.重新定位,光熱有望加速 由于光伏和風電的隨機性以及系統調峰能力的限制,棄風、棄光的問題在風光發電中日益突出。光熱發電配有儲能系統,使得光熱發電能夠在不增加風電、光伏等新能源棄電率的情況下,提升電力系統新能源消納占比。具體內容包括,一方面,利用光伏、風電的棄風棄光所產生的電力通過電加熱器加熱熔鹽儲熱,即實現電能向熱能的轉換;另一方面,根據熱力學原理-朗肯循環,光熱的熔鹽儲能僅有 40%左右的光電轉化效率,所以一體化項目同時利用光熱發電的鏡場聚熱實現儲能和發電,達到補能的效果,提高光電轉化效率。近年來,我國相繼出臺一系列政策文件,強調推動建設風光熱儲一體化能源基地
37、的重要性,為新時期我國光熱項目的發展指明了方向。14/38 表表 2:國家出臺一系列支持光熱相關利好政策:國家出臺一系列支持光熱相關利好政策 時間時間 文件文件 設計內容設計內容 2021 年年 10 月月 國務院關于印發 2030 年前碳達峰行動方案的通知 積極發展太陽能光熱發電,推動建立光熱發電與光伏發電、風電互補調節的風光熱綜合可再生能源發電基地。同時,通知在推進綠色低碳科技創新行動方面則明確,要加快先進適用技術研發和推廣應用。其中包含推進熔鹽儲能供熱和發電示范應用。2021 年年 11 月月 10 日日 關于推進 2021 年度電力源網荷儲一體化和多能互補發展工作的通知 強調鼓勵重大創
38、新示范,要求各省級能源主管部門應在確保安全前提下,以需求為導向,優先考慮含光熱發電、氫能制輸儲用,梯級電站儲能、抽氣蓄能、電化學儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等新型儲能示范的“一體化”項目。2022 年年 2 月月 10 日日 關于完善能源綠色低碳轉型體制機制和政策措施的意見 完善靈活性電源建設和運行機制。發揮太陽能熱發電的調節作用;完善支持靈活性煤電機組、天然氣調峰機組、水電、太陽能熱發電和儲能等調節性電源運行的價格補償機制 2022 年年 3 月月 18 日日 “十四五”市場監管科技發展規劃 研發氫能、油氣、光熱發電等重要產業領域場景高適應性檢測監測技術及裝備。2022 年年 3 月月 22
39、 日日 “十四五”現代能源體系規劃 加快推進以沙漠、戈壁、荒漠地區為重點的大型風電光伏基地項目建設,積極推進黃河上游、新疆、冀北等多能互補清潔能源基地建設。積極發展太陽能熱發電;增強電源協調優化運行能力,因地制宜建設天然氣調峰電站和發展儲熱型太陽能熱發電,在青海、新疆、甘肅、內蒙古等地區推動太陽能熱發電與風電、光伏發電配套發展,聯合運行。2022 年年 3 月月 29 日日 2022 年能源工作指導意見 扎實推進在沙漠、戈壁、荒漠地區的大型風電光伏基地中,建設光熱發電項目。2022 年年 4 月月 2 日日 “十四五”能源領域科技創新規劃 集中攻關開展熱化學轉化和熱化學儲能材料研究,探索太陽能
40、熱化學轉化與其他可再生能源互補技術,研發中溫太陽能驅動熱化學燃料轉化反應技術,研制兆瓦級太陽能熱化學發電裝置;應用推廣開發光熱發電與其他新能源多能互補集成系統,發掘光熱發電調峰特性,推動光熱發電在調峰、綜合能源等多場景應用 2022 年年 5 月月 30 日日 關于促進新時代新能源高質量發展的實施方案 加快構建適應新能源占比逐漸提高的新型電力系統。全面提升電力系統調節能力和靈活性。完善調峰調頻電源補償機制,加大煤電機組靈活性改造、水電擴機、抽水蓄能和太陽能熱發電項目建設力度,推動新型儲能快速發展。研究儲能成本回收機制。鼓勵西部等光照條件好的地區使用太陽能熱發電作為調峰電源 2022 年年 6
41、月月 1 日日 “十四五”可再生能源發展規劃 有序推進長時儲熱型太陽能熱發電發展。推進關鍵核心技術攻關,推動太陽能熱發電成本明顯下降。在青海、甘肅、新疆、內蒙古、吉林等資源優質區域,發揮太陽能熱發電儲能調節能力和系統支撐能力,建設長時 15/38 儲熱型太陽能熱發電項目,推動太陽能熱發電與風電、光伏發電基地一體化建設運行,提升新能源發電的穩定性可靠性。推進光熱發電工程施工技術與配套裝備創新,研發光熱電站集成技術。2022 年年 8 月月 18 日日 科技支撐碳達峰碳中和實施方案(20222030 年)研發高可靠性、低成本太陽能熱發電與熱電聯產技術,突破高溫吸熱傳熱儲熱關鍵材料與裝備。2022
42、年年 8 月月 29 日日 加快電力裝備綠色低碳創新發展行動計劃的通知 推進火電、水電、核電、風電、太陽能、氫能、儲能、輸電、配電及用電等 10 個領域電力裝備綠色低碳發展。積極發展太陽能光熱發電,推動建立光熱發電與光伏、儲能等多能互補集成。2022 年年 10 月月 9 日日 能源碳達峰碳中和標準化提升行動計劃 抓緊完善沙漠、戈壁、荒漠地區大型風電光伏基地建設有關技術標準。建立完善光伏發電、光熱發電標準體系。2022 年年 10 月月 25 日日 關于建立“十四五”能源領域科技創新規劃實施監測機制的通知 根據發布的“十四五”能源領域科技創新規劃重點任務榜單,針對太陽能熱發電與綜合利用技術任務
43、,【集中攻關】子任務清單共兩項:1#開展熱化學轉化和熱化學儲能材料研究,探索太陽能熱化學轉化與其他可再生能源互補技術;2#研發中溫太陽能驅動熱化學燃料轉化反應技術,研制兆瓦級太陽能熱化學發電裝置。2022 年年 10 月月 31 日日 關于印發建立健全碳達峰碳中和標準計量體系實施方案的通知 在光熱利用方面,開展塔式、槽式、菲涅爾式等型式光熱發電設備安裝、調試、運行、檢修、維護、監造、性能、評估等標準,以及二氧化碳超臨界機組、特殊介質機組標準研究。研究制定中高溫太陽能熱利用系列標準 2023 年年 3 月月 23 日日 關于推動光熱發電規?;l展有關事項的通知 充分認識光熱發電在高比例可再生能源
44、電力系統中兼具調峰電源和儲能雙重功能的特點;力爭十四五期間全國每年新增光熱發電新開工規模 3GW 左右,并結合沙戈荒地區新能源基地建設,盡快落實一批;請電網公司給與并網、調度優先支持,鼓勵有條件的地區出臺財政、價格、土地等配套政策;優化光熱電站單機規模和鏡儲等配置,原則上每 10 萬千瓦電站的鏡場面積不應少于 80萬平方米;結合沙漠、戈壁、荒漠地區新能源基地建設,盡快落地一批光熱發電項目,合計 2.8GW(組織開展項目可行性研究,和基地內風電光伏項目同步開工):內蒙古800MW,甘肅 700MW,青海 1GW,寧夏100MW,新疆 200MW。2023 年年 6 月月 2 日日 新型電力系統發
45、展藍皮書 在光熱發電方面,推動沙漠戈壁荒漠地區新能源基地化、主要流域可再生能源一體化、海上風電集約化開發。重點圍繞沙漠戈壁荒漠地區推動大型風電、光伏基地建設,結合清潔高效煤電、新型儲能、光熱發電等調節支撐性資源,形成多能互補的開發建設形 16/38 除此之外,在光熱的電價補貼機制退出后,獨立的光熱發電已不再具備經濟性,而風光熱儲的一體化能夠降低光熱系統的投資額和度電成本,提升盈利空間。前文提到,定日鏡為光熱項目的一大投資組成部分,在聚光鏡場的面積和發電量呈正比的情況下,光熱玻璃高昂的成本是光熱裝機量難以快速提升的一大原因。在多能一體化項目中,光熱主要在晚高峰期間發電,白天和夜間低谷負荷期分別為
46、光伏和風電的發電時間,相比于光熱全天獨立發電,此種情況下光熱的發電量將有所減少,因此聚光鏡場可以適當縮小,減少項目的投資額。1.5.光熱發電空間測算 測算模型:光熱裝機需求量=風光總體規劃*光伏容量比例*配置光熱作為配套儲能的光伏容量比例*光熱發電配置容量比例。風光總體規劃:2030 年風光大基地規劃約 455GW(十四五 200GW、十五五255GW)(發改委、能源局以沙漠、戈壁、荒漠地區為重 點的大型風電光伏基地規劃布局方案規劃)。風光大基地光伏容量比例:“十四五”期間為 56%,“十五五”期間為 60%。從已公布的項目中來看,光熱均與光伏發電形成配套,且在風光大基地中光伏的重量占比 56
47、%??紤]到未來光熱發電持續降本、多能互補項目中光熱比例逐漸提高,我們預計這一數字在“十五五”期間升至 60%。表表 3:青海、甘肅、新疆、內蒙古四省“十四五”期間可再生能源總體規劃(:青海、甘肅、新疆、內蒙古四省“十四五”期間可再生能源總體規劃(GW)文件文件 新增風光裝機新增風光裝機 新增光伏裝機新增光伏裝機 新增風電裝機新增風電裝機 配套光熱規模配套光熱規模 青海青海 青海省“十四五”能源發展規劃 38.07 30 8.07 1.21 甘肅甘肅 甘肅省“十四五”能源發展規劃 56.83 32.03 24.8 1 新疆新疆 新疆一、二批市場化新能源項目清單 50.75 33.63 17.12
48、 已公布 1.65GW 內蒙古內蒙古 內蒙古自治區“十四五”可再生能源發展規劃 83.77 32.62 51.15 0.6 數據來源:CSPPLAZA,東北證券 注:吉林省并未公布“十四五”期間光熱發電新增目標,且吉林省已公布的配套光熱規劃和新增風光裝機量相比占比較低,故暫不納入統計范圍;西藏自治區未公布風光熱發電新增目標,僅提到光伏裝機在十四五期間突破 10GW。光伏中配套光熱的容量比例:“十四五”期間為 44.3%,“十五五”期間為 50%。根據新疆第二批市場化并網清單數據,規劃的光伏裝機中有 44.3%(總規劃光伏裝機 27.4GW,其中有 12.15GW)配套了光熱發電裝機(配套的光熱
49、裝機容量為 1.35GW)??紤]到未來光熱發電持續降本、多能互補項目中光熱比例逐漸提高,假設在“十五五”期間,這一數字為 50%。光熱:光伏光熱:光伏配置容量比例:“十四五”期間為 1:9,“十五五”期間為 1:8。從目前的規劃、簽約、在建新增項目的情況來看,這一數字大多為 1:9,考慮到式,探索建立新能源基地有效供給和電力有效替代新模式。數據來源:CSPPLAZA,東北證券 17/38 未來光熱發電持續降本、多能互補項目中光熱比例逐漸提高,假設這一數字在“十五五”期間提升到 1:8。根據測算模型,最終計算得出“十四五”期間新增光熱裝機容量 5.51GW,“十五五”期間新增 9.56GW,共
50、15.07GW。目前已公布中標金額的儲能時長 8-12h、光熱發電 100MW 項目 EPC 承包中標金額平均為 15.8 億,因此假設“十四五”期間光熱發電投資成本為 160 億/GW,對應的投資規模為 881.6 億;假設“十五五”期間這一投資成本下降到 150 億/GW,對應的投資規模則為 1434 億,合計 2315.6 億。表表 4:已公布的光熱:已公布的光熱 EPC 中標項目情況中標項目情況 項目項目 光熱裝機容量光熱裝機容量 儲能時長儲能時長 中標金額(億元)中標金額(億元)三峽能源青豫直流二期 3 標段 100MW-16.8 三峽能源海西基地項目格爾木 110 萬千瓦光伏光熱項
51、目 100MW-16.5 國能集團青豫直流二期 1 標段海南州共和塔拉灘 1GW 光伏光熱項目 100MW 12h 18.89 新疆國投若羌 10 萬千瓦光熱發電項目 100MW 8h 13.46 新疆哈密北 10 萬千瓦光熱項目 100MW 8h 12.16 中核玉門“光熱儲能+光伏+風電”示范項目 10 萬千瓦光熱儲能工程 100MW 10h 16.99 數據來源:CSPPLAZA,東北證券 表表 5:光熱市場空間測算結果:光熱市場空間測算結果 “十四五”期間“十四五”期間“十五五”期間“十五五”期間 風光大基地規劃(風光大基地規劃(GW)200 255 光伏容量比例光伏容量比例 56%6
52、0%光伏中含光熱儲能比例光伏中含光熱儲能比例 44.3%50%光熱:光伏配置比例光熱:光伏配置比例 1:9 1:8 新增光熱裝機(新增光熱裝機(GW)5.51 9.56 光熱投資成本(億光熱投資成本(億/GW)160 150 光熱投資規模(億)光熱投資規模(億)881.6 1434 數據來源:東北證券 2.光熱發電產業鏈拆分光熱發電產業鏈拆分 光熱發電系統中,聚光系統和吸熱系統由定日鏡場和吸熱器組成,約占太陽能熱發電站價值量的 60%左右。其中,成本占比最大的部分是定日鏡,約占光熱電站總價值量的 50%左右。定日鏡由反射鏡、鏡架、跟蹤裝置組成,并由自動控制系統操控。自動控制系統將會根據定日鏡和
53、太陽的方位來調整定日鏡的轉動,使定日鏡隨著太陽轉動,以保證定日鏡可以將太陽光反射到固定的位置上。2.1.聚光集熱系統 2.1.1.反射鏡 反射鏡由玻璃層、銀層、銅層、油漆層、背板組成,其玻璃層由超白玻璃制成。鑒于我國西北地區風沙大、晝夜溫差大等氣候特點和光熱發電的技術特點,用于反射鏡制作的超白玻璃必須具有高透過性、高耐候性和低自爆率、抗風化的性能,以保證反射鏡在大溫差、多風沙、多雨雪等惡劣氣候環境下能夠穩定運行。18/38 光熱超白玻璃具有極高的透光率,雜質含量低,三氧化二鐵含量小于 0.009%,且機械強度高,鋼化后自爆率可以降到 0.01%以下(普通玻璃在 0.3-0.5%),抗彎強度是普
54、通玻璃鏡的 3-5 倍,抗沖擊強度是普通玻璃鏡的 5-10 倍,鋼化玻璃的耐冷耐熱性質較普通玻璃鏡有 2-3 倍的提高,可承受 200 度以上的溫差變化。玻璃透過率每提高 1%,反射率可以提高 1.5%。隨著厚度增加,太陽光到達反射鏡反射層的光損越多,透光率會下降,而且重量也越重。但如果厚度過低,玻璃的機械強度會變小。目前,光熱玻璃厚度要求是 2mm-4mm。生產高透過率的玻璃需要長周期置換玻璃熔窯內的玻璃熔液、精細的熔化工藝控制及獨特的窯爐設計。另一方面,耐候性差的玻璃透過率衰減明顯。以華強兆陽 15MW 數據為例,在項目地正常資源條件下,平均每日灰塵污染造成的鏡面直射光反射率下降遠超 2%
55、,常規沙塵天氣一次可以造成 50%的反射率下降。玻璃要獲得高耐候性,需要精細的熔化工藝控制、獨特窯爐涉及和創新料方設計等。反射鏡領域的玩家主要有首航高科能源技術股份有限公司、成都禪德太陽能電力有限公司、甘肅凱盛大明光能科技有限公司。三家企業均具備一定的光熱反射鏡產能,產品技術儲備涵蓋塔式平面鏡、槽式拋物面鏡、菲涅爾式平面鏡和二次反射鏡。在此基礎上,成都禪德還具備碟式鏡的技術儲備。表表 6:反射鏡主要玩家:反射鏡主要玩家 廠商廠商 主要情況主要情況 首航高科能源技術股份有限公司首航高科能源技術股份有限公司 平面鏡產能 540 萬/年,鋼化彎曲太陽能集光鏡板產能 200 萬/年??蔀椴凼教柲馨l電
56、系統、塔式太陽能發電系統、太陽能熱電裝置、太陽能空調、太陽能鍋爐等太陽能中高溫應用系統,提供高性能優質太陽能集光鏡板。成都禪德太陽能電力有限公司成都禪德太陽能電力有限公司 平面鏡產能 1300 萬/年,槽式曲面鏡產能 700 萬/年。擁有全球單線產能設計最大德柔性自動化全系列全系列聚光反射鏡生產線,獨有全球領先大開口反射鏡生產工藝和量產能力。甘肅凱盛大明光能科技有限公司甘肅凱盛大明光能科技有限公司 平面鏡產能 450 萬/年,槽式拋物面鏡產能 360/年??商峁?RP1-RP4、乃至更大尺寸的,擁有 94.5%以上高反射率性能的槽式反射鏡產品;以及可定制化規格、1.8-4mm 多種不同厚度選擇
57、、同時擁有94.5%以上的高反射率性能保證的平面反射鏡產品;和專為塔式及菲涅爾技術應用而研發的超薄微弧平面太陽能反射鏡,一款自重更輕、具有微弧度、擁有高達 96%以上反射率、較之常規反射鏡更具經濟效益的平面反射鏡衍生產品;以及菲涅爾技術專用高增透蓋板玻璃和二次反射鏡產品。數據來源:CSPPLAZA,東北證券 提高玻璃反射鏡面精度能夠提高聚光質量。反射鏡迎風面積大、結構質量重,在惡劣條件下易產生結構變形,使得鏡面光學形面偏離原設計曲面,產生聚焦偏差。因此,反射鏡厚度減薄、降低重量是未來產品提高反射率、降低整體投資的路徑,減薄玻璃厚度、減少支架用鋼量是重點。19/38 圖圖 13:槽式拋物面鏡:槽
58、式拋物面鏡 數據來源:凱盛新能源股份有限公司官網,東北證券 目前,光熱玻璃領域的主要玩家有 AGC 集團艾結旭特種玻璃(大連)有限公司(簡稱“旭硝子”)、安彩光熱(安彩高科子公司)、甘肅凱盛大明光能科技有限公司(簡稱“大明”),三家廠商的光熱玻璃日產能均為 600 噸/日;其中,旭硝子的產品應用最為廣泛,已供應國內 576MW 光熱發電及太陽能熱利用項目;大明有一條 700 噸/日的光熱玻璃產線處在規劃中。表表 7:光熱玻璃主要玩家:光熱玻璃主要玩家 公司公司 產能產能 發展情況發展情況 AGC 集團艾結旭特種玻璃(大連)有限公司 600t/d 光熱玻璃已經供應國內 576MW 光熱發電及太陽
59、能熱利用項目;產品將高效的光熱透過、易加工性、優異的耐久性和極低的自爆率完美地結合在一起。安彩光熱 600t/d 2017 年 5 月,成功獨立開發出光熱玻璃基板,樣品各項質量性能指標均達到先進水平;2021 年,一條600t/d 的超白浮法玻璃原片及深加工產線投產,窯爐具備超白浮法玻璃和光熱玻璃產能。甘肅凱盛大明光能科技有限公司 600t/d(建成)+700t/d(在建)2018 年,大明玻璃在甘肅玉門正式開工建設光熱發電用太陽能高透超白浮法玻璃及反射鏡制造深加工生產線,一期投資 600t/d 超白浮法玻璃(2022 年 3 月 7 日已順利引板下線),二期投資 700t/d 超白浮法玻璃。
60、數據來源:CSPPLAZA,東北證券 除了玻璃層以外,銀和銅的含量對反射鏡的反射率也存在重要影響。銀價格昂貴,要盡可能控制厚度,目前銀層厚度僅為幾十到上百納米,但是如果不均勻就會導致部分光透射銀層,影響反射率。當銀含量增加到1400mg/平方米,反射率達到95.2%,反射率不再隨著銀的含量提高而提高。在銀含量較小的情況下,銅層能夠對銀層的缺陷起到補償的作用,從而保證銀鏡的反光性能,且多層涂料可以防止里面各涂層的腐蝕氧化剝落。20/38 圖圖 14:大連耀皮太陽能光熱超白玻璃產品主要參數:大連耀皮太陽能光熱超白玻璃產品主要參數 數據來源:CSPPLAZA,東北證券 2.1.2.支架 光熱支架約占
61、光熱電站總投資13%左右,其安裝精度決定了其集熱裝置的聚光精度,安裝精度取決于設計精度、加工精度和人的因素。除此之外,光熱支架的設計強度和材料性能也會對集熱系統的使用壽命和在風載較大情況下的聚光精度產生重要影響,毫米級的誤差都有可能使集熱裝置無法將捕獲的陽光聚集到集熱管或吸熱器上??偠灾?,光熱支架制造過程中的技術難點主要集中在集熱器零部件加工的精度控制與最終組裝的精度控制、焊接與鍍鋅熱變形問題以及規?;a效率和良品率的控制。能夠精準把控上述不確定因素及硬性要求的支架企業,才能生產出強度、精度、使用壽命和穩定性均質量過關的光熱支架。圖圖 15:塔式定日鏡及支架:塔式定日鏡及支架 數據來源:C
62、SPPLAZA,東北證券 21/38 生產支架的企業大概分為兩種,其中,包括主營聚光系統集成的光熱技術型企業和擁有大批量鋼結構及配套部件生產能力的加工型企業。表表 8:支架主要玩家:支架主要玩家 廠商廠商 主要情況主要情況 主要業績主要業績 河南天豐新能源科技股份有河南天豐新能源科技股份有限公司限公司 擁有 26 條各類鋼結構加工生產線,目前主要產品有線性菲涅爾、槽式、塔式光熱電站支架系統及配套設備。國家能源研發中心研發能力項目青海省試驗基地技改項目 1.6MW 導熱油線性菲涅爾集熱系統,主要包含支架設備,一次反射鏡,二次反射鏡,集熱管等設備??泼肋_(科美達(KOMEDA)江蘇)江蘇工程技術有
63、限公司工程技術有限公司 目前已在江蘇建立 20 個大型生產基地,擁有年供應 20 萬噸產品的生產能力,業務涵蓋槽式、塔式、蝶式、菲涅爾式光熱電站零部件,如扭矩管、法蘭、鏡面支撐結構件等生產。阿克塞 50M 槽式光熱項目 100000件 成都博昱新能源有限公司成都博昱新能源有限公司 是國內最早掌握槽式集熱器支架全套設計、生產、安裝、調試的企業之一,博昱新能槽式集熱器(TRP-B 系列)的平行光截斷率 99.4%,太陽光截斷率 97.8%,已經達到了國際先進水平。2015 年,公司在青海省德令哈市建成 600 米槽式回路,連續不間斷穩定運行至今。浙江自力機械有限公司浙江自力機械有限公司 可生產槽式
64、扭力梁,支架等產品以及塔式專業生產鏡場支架,包括立柱,橫梁,支架整套鏡場系統,已是中控德令哈,共和項目合作商。中控德令哈 50MW 項目 20000 套主梁,12000 套副梁支梁調整片 中控共和 50MW 項目 10000 套主梁,15000 套副梁支梁調整片。海西華匯化工機械有限公司海西華匯化工機械有限公司 事業部已形成年產 15 萬套新能源智能支架的生產能力,2020 年支架事業部為了提升自動化生產能力,計劃新增 1 臺大功率激光切割機和 6臺自動焊接機器人生產設備。形成日產 1000 根立柱(地樁)的自動焊接生產能力。2012 年承接浙江中控德令哈 10MW塔式光熱示范電站項目的支架制
65、造和鏡場安裝等業務;2015 年承接浙江中控的 20 平方鏡架中試項目的鏡架加工和鏡場安裝等業務;2018 年承接浙江中控德令哈 50MW 塔式光熱商業電站項目的 27000 套鏡架(立柱)制造和安裝業務;2019 年支架事業部成為青海魯能分公司的海西州 50MW 塔式光熱電站項目138 平方大型鏡架(立柱)的制造供應商;2018 年支架事業部成為青海聚光、杭州聚達、北京鉅光、廣東明陽(瑞德興陽)等新能源技術公司的智能鏡架(地樁)產品制造商。江蘇振江新能源裝備股份有江蘇振江新能源裝備股份有限公司限公司 是國內領先的風電設備和光伏設備零部件生產企業之一 迪拜 100MW 塔式項目 7 萬根 烏拉
66、特中旗 100MW 槽式項目 數據來源:CSPPLAZA,東北證券 2.1.3.跟蹤裝置 22/38 鏡場控制系統不僅可以控制太陽能發電系統中的太陽集熱器不間斷“追日”,更重要的是可以通過控制集熱器的傾斜角度和溫度,保證每一束打在集熱器上的能量都被光熱電站高質量吸收。由于太陽跟蹤技術需要實時跟蹤太陽的位置,并且需要根據太陽位置的變化來控制鏡片的反射方向。因此,鏡場控制系統如何做到精準控制集熱器跟蹤太陽是一大技術難點;其次,集熱器的反射方向受到多種因素影響,比如:太陽輻射強度、外界環境溫度等。所以,控制集熱器鏡面的反射方向也是一項挑戰。圖圖 16:北京延慶塔式光熱追日控制系統應用項目:北京延慶塔
67、式光熱追日控制系統應用項目 數據來源:CSPPLAZA,東北證券 國內的控制器玩家主要有浙江可勝技術股份有限公司(簡稱“浙江可勝”)、東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司(簡稱“東方鍋爐“)、江蘇鑫晨光熱技術有限公司等。其中,浙江可勝的鏡場控制系統已在國內多個項目上進行了驗證;東方鍋爐曾參與哈密塔式熔鹽 5 萬千瓦光熱發呆呢項目聚光集熱系統和蒸汽發生器的供貨;江蘇鑫晨則是全球唯一的二次反射光熱發電系統集成商。表表 9:控制器主要玩家:控制器主要玩家 廠商廠商 主要情況主要情況 主要業績主要業績 浙江可勝技術股份有限浙江可勝技術股份有限公司公司 自主研發的鏡場控制系統可實現全鏡場自動聚光與能量調度,
68、智能自主校正與精度自檢,鏡場全自動運行、無需人工干預;并能夠支持支持規模達 10 萬臺定日鏡、聚光面積可達 200 萬平方米、最遠鏡塔距離可達 2km。中控太陽能青海德令哈 10MW 光熱電站;中控太陽能青海德令哈50MW 光熱電站;中電建西勘院青海共和 50MW 光熱電站 東方電氣集團東方鍋爐東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司股份有限公司 2009 年就開始研發太陽能光熱發電關鍵設備和技術,并將太陽能光熱產業作為東方鍋爐的戰略性產業進行重點發展,先后參與了國內多個科研性、示范性項目的研發和供貨,憑借強大的綜合實力和技術優勢,在光熱發電領域形成了獨特優勢。哈密塔式熔鹽 5 萬千瓦光熱發電項目 江
69、蘇鑫晨光熱技術有限江蘇鑫晨光熱技術有限公司公司 其擁有兩大核心系統二次反射鏡場集熱系統、分布式熔鹽儲能系統,兩個大型工廠定日鏡工廠、二次塔次結構工廠,成為光熱電站二次反射商業化應用的先行者之一,是全球唯一的二次反射光熱發電系統集成商。玉門鑫能 50MW 塔式光熱發電項目 23/38 數據來源:CSPPLAZA,東北證券 2.1.4.吸熱器 在塔式光熱電站中,吸熱器將集中起來的太陽照射能量轉化為高溫熱能,承擔著吸收太陽熱能的重要作用。按照傳熱方式的不同,吸熱器可分為容積式吸熱器和管式吸熱器。從結構上來看,容積式吸熱器由耐高溫材料制成空腔,空腔一面開口裝有透光好耐高溫的石英玻璃,腔內壁有金屬網以增
70、大吸熱與交換面積;管式吸熱器由若干直管排成圓筒狀,每根管上端接上聯管、下端接下聯管,所有直管通過聯管并聯,排管表面涂覆吸熱材料。容積式吸熱器的腔內似絕對黑體,吸熱性能優秀。吸熱器運行時,會聚的陽光透過石英玻璃窗口,傳熱的工作介質(一般用高壓空氣)通過腔內被加熱成 1000 多度的高溫氣體輸出;導熱介質從下聯管進入通過排管從上聯管出,會聚的陽光加熱排管,導熱介質也就被加熱了。管式吸熱器運行時,導熱介質從下聯管進入通過排管從上聯管出,會聚的陽光加熱排管,導熱介質也隨之被加熱。對于容積式吸熱器而言,由于其腔體內有保溫層,故熱損失小,同時因空氣價格便宜,運行成本較低。但容積式吸熱器也存在空氣熱容量小、
71、導熱系數低的問題,未來需要克服如何高效傳熱的難題。且容積式吸熱器目前多只有一面開窗,故接受陽光的角度有限(一般不超過 120 度),鏡場布局受限;另一邊,管式吸熱器為外部受光型接收器,可四周受光,故管式吸熱器和大規模鏡場較為適配,是目前應用最廣泛的吸熱器形式。但其熱管直接暴露容易產生熱量散失,由于接收器體積太大,像普通集熱器那樣加上玻璃外套來抽真空也較為困難。另一方面,其吸熱工質的溫度要比管壁溫度低,吸熱工質所能達到的最高溫度受管壁材料的限制,從而導致管式吸熱器的光熱轉換效率相對較低。圖圖 17:容積腔式吸熱器結構圖:容積腔式吸熱器結構圖 圖圖 18:外置管式吸熱器結構圖:外置管式吸熱器結構圖
72、 數據來源:CSPPLAZA,東北證券 數據來源:CSPPLAZA,東北證券 國內的吸熱器玩家包括首航高科能源技術股份有限公司(簡稱“首航高科”)、西子清潔能源裝備制造股份有限公司(簡稱“西子潔能”)、東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司(簡稱“東方鍋爐”)、江蘇鑫晨光熱技術有限公司(簡稱“鑫晨光熱”)等。其中,首航高科經過多年的探索實踐,形成了 100MW 級電站用吸熱器核心工藝設計包;西子潔能憑借 10 余年光熱研發積累的經驗,已在 10MW、50MW 光熱項目上積累了豐富的業績;鑫晨光熱生產的直接式熔鹽吸熱器利用二次反射技術,使高倍輻射流投射于吸熱器內對介質進行加熱,相較于常規塔式結構,吸熱
73、、儲熱更加安全高效。24/38 表表 10:吸熱器主要玩家:吸熱器主要玩家 廠商廠商 主要情況主要情況 主要業績主要業績 首航高科能源技術股份有限公司 首航高科根據吸熱器吸熱裝置工況的要求,與寶鋼合作開發了國產鎳基合金材料 SHBG-2。經過研發團隊的不懈努力,攻克了 SHBG-2 難變形等工藝難關,目前已在首航建設的兩個光熱電站中成功使用。首航敦煌 10MW 熔鹽塔式項目 首航敦煌 100MW 塔式光熱發電項目 西子清潔能源裝備制造股份有限公司 西子潔能在 10 余年光熱研發的基礎上,積累了豐富的吸熱器系統、蒸汽發生系統設計經驗,已在10MW、50MW 光熱項目上積累了豐富的業績。中電建青海
74、共和 50MW 塔式光熱發電項目;中控德令哈 10MW 塔式光熱發電項目;中控德令哈 50MW 塔式光熱發電項目 東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司 東鍋吸熱器產品選用高鎳合金材料,耐高溫、腐蝕、滿足溫度應力、熱疲勞,采用無縫管無間距緊密排列,降低溫度應力、熱疲勞的影響。吸熱器表面溫度實時監控,與鏡場多目標點策略相結合,實現吸熱器表面能流密度的均勻化,監控并保證吸熱器的安全。阿克塞匯東新能源有限公司 75 萬千瓦“光熱+”示范項目;哈密塔式熔鹽 5 萬千瓦光熱發電項目;中科院延慶塔式光熱試驗項目水工質腔室直接過熱蒸汽式吸熱器;山西國金350MW 超臨界循環流化床火電機組帶 1MW 光煤互補示范項
75、目 江蘇鑫晨光熱技術有限公司 鑫晨光熱生產的直接式熔鹽吸熱器利用二次反射技術,使高倍輻射流投射于吸熱器內對介質進行加熱。相較于常規塔式結構,吸熱、儲熱更加安全高效。吸熱器位于二次反射鏡下方,呈圓形敞開式結構。主要由吸熱器筒體、冷熔鹽進口上升管、吸熱器下腔室、下腔室封頭、熔鹽流量分配器、熱熔鹽導流槽、熱熔鹽出口下降管、隔熱防護蓋、CPC 聚光板構成。玉門鑫能 50MW 塔式光熱發電項目 數據來源:CSPPLAZA,東北證券 2.2.熔鹽儲換熱系統 光熱發電的儲換熱系統主要由儲熱工質熔鹽、熔鹽儲罐、熔鹽泵、熔鹽閥、蒸汽發生器、電加熱器和電伴熱器等組成。為實現不間斷發電,需要儲熱工質在太陽光充足的時
76、期將熱能通過比熱容高的儲熱工質進行存儲,在需要發電時,再利用高溫工質產生高溫高壓的蒸汽,驅動汽輪發電機組發電。2.2.1.熔鹽 傳統的儲熱工質包括熔鹽、導熱油、混凝土、水蒸汽等。但鑒于塔式光熱發電系統中傳熱介質的溫度較高,而導熱油和混凝土使用溫度低、水蒸汽傳熱能力差,所以一般采用傳熱性能好、工作溫度高、低粘度的熔鹽作為光熱發電的儲熱工質。目前,光熱發電系統通常采用二元熔鹽(60%NaNO3+40%KNO3)作為儲熱工質,其熔點為 220,最高工作溫度可達 600。25/38 表表 11:熔鹽和其它傳儲熱介質對比:熔鹽和其它傳儲熱介質對比 傳熱工質傳熱工質 優點優點 缺點缺點 熔鹽熔鹽 傳熱性好
77、,溫度高,使用壽命長 凝固點高、需要考慮防凝問題,某些熔鹽腐蝕性強 導熱油導熱油 傳熱性好,凝固點低,流動性好 成本高,使用溫度低,存在泄露風險,污染環境 水蒸汽水蒸汽 可直接帶動汽輪機做功發電,省去換熱環節 傳熱能力差 混凝土混凝土 成本低,結構簡單,使用壽命長,運維方便 使用溫度低 數據來源:光熱發電儲能技術及系統分析,東北證券 熔鹽的價值量約占光熱電站總價值量的 15%左右。根據以下公式,在其他參數一定的情況下,光熱發電系統所需熔鹽的質量跟以儲熱時長滿功率做功釋放的電能(即光熱電站發電功率和儲熱時長的乘積)有關。從已建成的光熱電站來看,同技術路徑的光熱電站測算系數是接近的,故在測算光熱項
78、目的熔鹽用量時可采用已建成項目測算系數的均值進行估計。圖圖 19:熔鹽質量換算公式:熔鹽質量換算公式 質量質量=功率功率 儲熱時長儲熱時長轉換效率系數轉換效率系數 比熱容比熱容 溫度溫度=測算系數測算系數 功率功率 儲熱時長儲熱時長 數據來源:CSPPLAZA,東北證券 國內的熔鹽玩家包括山西沃錦新材料股份有限公司(又稱“并盛化工”)、新疆硝石鉀肥有限公司(簡稱“新疆硝石”)、青海聯大化工科技有限公司(簡稱“聯大化工”)、上海鹽湖文通化工有限公司(簡稱“鹽湖文通”)。其中,新疆硝石是國內目前工業其中,新疆硝石是國內目前工業化、規?;_到穩定生產太陽能光熱發電熔鹽級硝酸鈉的龍頭企業,在行業中享有
79、化、規?;_到穩定生產太陽能光熱發電熔鹽級硝酸鈉的龍頭企業,在行業中享有優異口碑優異口碑;聯大化工目前年產硝酸鉀和硝酸鈉 25 萬噸,其自主研發的顆粒狀硝酸鉀產品填補了國內空白;鹽湖文通則運用圖特的高塔高溫熔融造粒技術,填補了國內圓型造粒硝酸鉀的空白,其所生產的顆粒硝酸鈉硝酸鉀的造粒工藝均為高塔高溫熔融造粒,具有性能穩定、含水量低、流動性好、不易結塊等優點。26/38 表表 12:熔鹽主要玩家:熔鹽主要玩家 廠商廠商 主要情況主要情況 主要業績主要業績 山西沃錦新材料股份有限公司 專業研發、設計、制造、銷售、回收于一體的熔鹽核心原材料制造服務商,旗下含有“并盛”、“沃錦金甲”、“沃豐?!钡绕放?/p>
80、硝酸鉀、硝酸鈉、硝酸熔鹽等產品。首航高科 100MW 敦煌塔式光熱熔鹽電站;中船重工烏拉特中旗100MW 槽式光熱電站;中電工程哈密 50MW 塔式光熱電站;魯能海西州 50MW 塔式光熱電站;蘭州大成敦煌 50MW 菲涅爾式光熱電站;紹興綠電能源有限公司熔鹽儲能項目 新疆硝石鉀肥有限公司 新疆硝石是國內目前工業化、規?;_到穩定生產太陽能光熱發電熔鹽級硝酸鈉的龍頭企業.生產的硝酸鈉(鉀)產品具有純天然、不結塊、純度高、氯離子和重金屬低的特點,被廣泛應用于光熱發電用熔鹽儲能、手機玻璃蓋板強化等領域。其熔鹽級硝酸鈉供應總量已超其熔鹽級硝酸鈉供應總量已超11 萬噸,占國內已建成光熱電站熔萬噸,占國
81、內已建成光熱電站熔鹽硝酸鈉總供應量的鹽硝酸鈉總供應量的 87%。首航一期 10MW 塔式光熱發電項目;中廣核 50MW 槽式光熱發電項目;首航二期 100MW 塔式光熱發電項目;中電工程哈密 50MW 塔式光熱發電項目;魯能海西州 50MW塔式光熱發電項目;蘭州大成敦煌50MW 線性菲涅爾式光熱發電項目;中船重工烏拉特 100MW 槽式光熱發電項目;玉門鑫能 50MW 二次反射塔式光熱發電項目 青海聯大化工科技有限公司 聯大化工設計生產能力為年產 20 萬噸硝酸鹽(熔鹽)、年產 80 萬噸新型鎂基建材及年產 5 萬噸氫氧化鎂,項目新增年銷售收入 148725 萬元。2013 年 7 月一期生產
82、線已經建成投產,硝酸鹽年產量達到 10 萬噸,將成為中國最大的硝酸鉀生產企業。目前年產硝酸鉀和硝酸鈉目前年產硝酸鉀和硝酸鈉 25萬噸。萬噸。中廣核青海太陽能熱發電技術試驗基地項目(一期);青海中控太陽能發電有限公司德令哈 50MW 太陽能熱發電項目(一期)熔鹽改造工程;中電建青海共和 50MW 塔式光熱發電項目;青海中控太陽能發電有限公司德令哈 50MW 太陽能熱發電項目工程 蘭州大成科技股份有限公司拉薩柳梧新區 1 兆瓦聚光太陽能分布式熱電聯供示范項目;上海晶電新能源有限公司江蘇鹽城 300KW 二次反射塔式光熱發電系統示范項目 上海鹽湖文通化工有限公司 鹽湖文通生產基地位于國內最大的鉀鹽生
83、產基地察爾汗鹽湖,依托鹽湖股份公司多元化的產品優勢,生產原材料全部由鹽湖股份各分子公司、控股公司內部供應,成本優勢明顯。擁有兩套各擁有兩套各 20 萬噸萬噸/年的生年的生產裝置,是目前國內最大的硝酸鹽產裝置,是目前國內最大的硝酸鹽生產企業。生產企業。中廣核太陽能德令哈有限公司50MW 槽式光熱發電項目 敦煌首航節能新能源有限公司10MW 塔式光熱發電項目 數據來源:CSPPLAZA,東北證券 2.2.2.熔鹽儲罐 熔鹽儲罐是儲能性光熱電站的核心,具備高儲熱能力和高穩定性。在光熱電站中,可采用單罐、雙罐和多罐系統。相比于冷熱熔鹽共處一室的單罐,光熱電站儲熱系統在設計時通常會優先選擇雙熔鹽罐系統。
84、在雙熔鹽罐系統中,高溫熔鹽罐起著蓄熱、緩沖的作用。當陰天或者太陽光照不強時,可以利用罐內的熔鹽維持系統繼續運行幾個小時;另一方面,當有云層經過集光器上面時,太陽能高溫吸熱器將停止工作,在重新啟動前的幾分鐘時間里面,可 27/38 以利用高溫罐內的熔鹽維持系統正常運行。低溫熔鹽罐通常起著熔化固體鹽、儲存液態熔鹽等作用。它將固態的鹽熔化為液態熔鹽,以便于用泵輸送并在整個系統管路中循環;在系統停止運行時,全部熔鹽要回到熔鹽罐,要求熔鹽罐能有好的保溫效果,使熔鹽始終處于液體狀態,以便更好的讓熔鹽重新進行循環。在雙罐的基礎上,還可進一步增加儲罐數量,形成多罐系統,增大儲熱量。如哈密50MW 熔鹽塔式光熱
85、發電項目首創了雙熱罐、一冷罐的系統配置,提高了機組的可靠性和靈活性。就具體的運行過程來說,在熔鹽塔式光熱電站中,低溫熔鹽罐內的熔鹽通過冷熔鹽循環泵將罐內熔鹽送至吸熱塔內進行吸熱,吸熱至所需溫度后,熔鹽回流至熱熔鹽罐進行儲存。此后通過熱熔鹽循環泵將將高溫熔鹽輸送至蒸汽發生系統進行做功生產電力。而熔鹽槽式光熱電站的不同之處則在于,冷熔鹽循環泵將低溫熔鹽罐內的熔鹽送至熔鹽換熱器進行吸熱。在儲熱系統中,如果出現熔鹽管道保溫設備不科學、施工不當、管路局部位置散熱過大、溫度過低或停運時疏鹽不及時等問題時,熔鹽管道會出現凝固、凍堵現象。凍堵問題會影響集熱器內熱量的傳輸,進而影響光熱電站的運行;發生凍堵的設備
86、會縮短使用壽命,進而增加電站設備投入;此外,凍堵問題發生需要盡快處理,這就意味著需要專業的運維人員進行維護,從而增加運維成本。圖圖 20:熔鹽罐示意圖:熔鹽罐示意圖 數據來源:CSPPLAZA,東北證券 2.2.3.電加熱器 電加熱器在光熱系統的快速啟動以及解決熔鹽凍堵問題上發揮著重要的作用。由于陰雨天氣或設備檢修等因素,光熱電站長期運行中會不可避免的出現啟停情況。電站啟動運行前,電加熱提前加熱熔鹽可為系統順利啟動創造條件。電站停止運行后,由于集熱島暫無熱量輸送至熔鹽罐,熔鹽罐罐壁溫度逐漸下降,罐內熔鹽溫度也將隨之減低。電加熱設備可保證熔鹽溫度始終在凝固點之上,避免設備出現凍堵問題,提高電站抗
87、風險能力。在哈密熔鹽塔式 50MW 光熱發電項目中,電加熱系統應維持熔鹽管道、閥門和罐體的溫度在 290C 以上。電加熱器還有助于提高光熱電站的旋轉備用能力。在風光熱儲一體化、新型電力系統背景下,風電等新能源電力大量入電網,對火電市場造成一定程度擠壓。而其中高比例的風電接入更導致電力系統的備用需求增加,由火電機組單獨提供的系統旋轉備用也壓縮了火電的調峰空間,從而影響了風電消納。因此如何提高電網的調峰能力、減少風電等高比例接入電網的清潔電力棄電率成為了新型電力系統亟需解決的重難點。28/38 目前,已經有相關研究(高比例風電接入系統光熱發電-火電旋轉備用優化方法)探討電加熱器消納多余的風電和光伏
88、電能,使其成為解決高比例風電接入系統光熱發電-火電旋轉備用的優化方法。光熱電站與電加熱器聯合運行結構示意圖如下圖所示,相比于傳統光熱電站,加入電加熱器后,儲熱裝置中的導熱熔鹽在由低溫熔鹽罐向高溫熔鹽罐流動過程中,除了吸收光場光熱轉換得到的熱能,還會吸收電加熱器通過風電制熱產生的熱能。所以,電加熱器能夠使光熱的旋轉備用由發電旋轉備用擴展為發電+用電的旋轉備用,有效地降低了風電的棄電率,提高了光熱電站的旋轉備用能力。圖圖 21:威能電氣生產的電加熱器:威能電氣生產的電加熱器 數據來源:CSPPLAZA,東北證券 國內電加熱器的主要玩家包括華能無錫電熱器材有限公司(簡稱“華熱”)、杭州佐帕斯工業有限
89、公司、安徽華瑞電氣有限公司等。其中,華熱自主研發生產的熔鹽儲罐具有維護方便、安全可靠、高效節能的優良品質;杭州佐帕斯自主研發生產的熔鹽儲罐用加熱器具有高度定制化、加熱穩定均勻、耐熔鹽腐蝕能力強等特性;華瑞電氣年生產工業電熱產品能力約為 4200 套/臺,作為電加熱器專業制造商,已同各家 EPC 建立合作。29/38 表表 13:電加熱器主要玩家:電加熱器主要玩家 廠商廠商 主要情況主要情況 主要業績主要業績 安徽華瑞電氣有限公司 年生產工業電熱產品能力約為 4200套/臺,作為電加熱器專業制造商。已同各家 EPC 建立合作。紹興綠電熔鹽儲能示范項目 北京熱力新型熔鹽儲能供熱系統 杭州佐帕斯工業
90、有限公司 其自主研發生產的熔鹽儲罐用大型法蘭加熱器功率為 100KW-5000KW(可定制):可根據設計安裝于儲罐內,約 12-24Pcs/項目;具有高度定制化、加熱穩定均勻、耐熔鹽腐蝕能力強等特性。此外,其熔鹽閥門用管狀加熱器及加熱圈具有高度定制化、預成型,與閥門貼合度高、加熱穩定均勻、加熱溫度高等特性。玉門鑫能 5 萬千瓦光熱發電項目首組冷熱熔鹽罐加熱器+控制系統 華能無錫電熱器材有限公司 華熱自主研發生產的熔鹽儲罐用電加熱器(可應用于冷鹽罐/熱鹽罐等)采用外護管內置電熱元件結構,不需要儲罐排空即可更換電熱元件,維護方便;外護管防熔鹽滲透強且表面功率負荷低,熔鹽不會在表面結垢、粘結、燒焦、
91、碳化等,安全可靠;電熱元件散發的熱量均被會熔鹽吸收,電轉化成熱效率高,且體積小,控溫精度高,高效節能;單支 10-200kw,多支可環繞浸入,并有多種結構和安裝方式可供用戶選擇。敦煌 100MW 光熱發電項目熔鹽罐電加熱器、蒸汽電加熱器 敦煌 10MW 光熱發電項目熔鹽罐電加熱器、聯箱高溫電加熱元件、管線/閥門伴熱電熱元件 數據來源:CSPPLAZA,東北證券 2.2.4.電伴熱系統 與短時間內快速加熱大量介質的電加熱器不同,電伴熱的主要目的在于持續“保溫”。它通過加裝在被伴熱介質外部(熔鹽管道、換熱器),用電能來補償介質、設備的熱損失,保持介質、設備等長時間處于工作溫度,促使熔鹽循環流動,保
92、證光熱電站傳儲熱系統安全運行。電伴熱宜冗余配置。在吸熱器不能被陽光照射的部位也應設置電伴熱。在太陽能光熱發電系統中,熔鹽凝固點溫度較高,而且系統運行溫度也很高,所以,電伴熱系統的預熱溫度必須達到 260300以上。在哈密熔鹽塔式 50MW 光熱發電項目中,系統啟動前,電伴熱系統應滿足使空熔鹽管道、閥門和罐體在 24 h 內從環境溫度預熱至 290C。除此之外,電伴熱系統需要具備在 600C 以上的使用溫度下長期穩定工作的性能。因此,光熱發電系統對電伴熱系統的耐溫性能和可靠性提出了嚴格要求。選型時,電伴熱補償的熱量不小于設備和管線的實際最大散熱量。根據設備及管線的操作溫度和設計溫度,參照伴熱帶的
93、維持溫度及最高暴露溫度來選擇合適的伴熱帶,其功率宜為設備及管線理論熱損失值的 1.2 倍以上。30/38 圖圖 22:久盛電氣應用于吸熱器的伴熱電纜:久盛電氣應用于吸熱器的伴熱電纜 數據來源:久盛電氣官網,東北證券 國內電伴熱器玩家主要包括久盛電氣股份有限公司、重慶川儀自動化股份有限公司、沈陽市中色測溫儀表材料研究所有限公司、寧波奧崎自動化儀表設備有限公司等。其中,久盛電氣不僅可以提供符合中國標準(GB)生產的電纜,還可以提供電纜國際電工標準(IEC)下,美國、英國等國家的生產標準的電纜;寧波奧崎作為一家專業的電伴熱系統供應商,歷經 10 年潛心研究,通過制造工藝的不斷改進,成功研發出了 MI
94、 電纜(礦物質絕緣高溫加熱電纜)。31/38 表表 14:電伴熱器主要玩家:電伴熱器主要玩家 廠商廠商 主要情況主要情況 主要業績主要業績 久盛電氣股份有限公司 其生產的 825 合金護套系列礦物絕緣加熱電纜可以滿足高溫條件和大發熱功率(達 269W/m)需要。TEC提供的 825 合金護套加熱電纜的最高承受溫度可達 800;導體電阻值的范圍從 28000/km 到 19.2/km;825 合金護套系列礦物絕緣加熱電纜具有優良的機械強度和高質量的防腐性能。TEC 提供的串聯電阻式加熱電纜能滿足不同功率的需要。中電建共和 50MW 塔式光熱發電項目 重慶川儀自動化股份有限公司 川儀自動化鎧裝礦物
95、絕緣電伴熱線功率設計原則為化鹽槽、吸熱器集箱、吸熱器進口緩存罐、出口緩存罐不大于 125W/m;管道不大于85W/m;吸熱器面板、換熱器、儀表、閥體和閥桿不大于 100W/m。首航敦煌 10MW 光熱發電項目 沈陽市中色測溫儀表材料研究所有限公司 中色儀表生產的鎧裝礦物絕緣電加熱線采用了兩種專利技術,一種是礦物絕緣加熱電纜的接頭,另一種是預制冷端方法,使電伴熱使用壽命得到了很大的提高,故障率明顯降低,產品以質量優異、性能穩定、安全可靠的優勢取得了廣大光熱電站客戶的認可。青海中控德令哈塔式太陽能項目;華強兆陽張家口 15MW 光熱發電項目;中廣核德令哈光熱電站 寧波奧崎自動化儀表設備有限公司 作
96、為一家專業的電伴熱系統供應商,寧波奧崎歷經 10 年,潛心研究MI 電纜,通過制造工藝的不斷改進,成功研發出了 MI 加熱電纜(礦物質絕緣高溫加熱電纜)。首航節能敦煌 100MW 塔式光熱項目 數據來源:CSPPLAZA,東北證券 2.2.5.蒸汽發生器(熔鹽換熱器)光熱電站中的蒸汽發生系統(SGS)一般由預熱器、蒸發器、過熱器、再熱器、汽包等主設備和相應的汽水、熔鹽連接管道,以及配套的泵、閥門、儀表等組成,約占光熱電站總投資的 5%左右。其基本運行原理為,來自熱鹽罐的高溫熔鹽分兩路分別進入過熱器與再熱器,經換熱后在出口混合,再依次進入蒸汽發生器和給水預熱器,最后變為低溫熔鹽后返回低溫儲罐。而
97、來自高壓加熱器的給水則依次流經給水預熱器、蒸發器和過熱器,從而實現熔鹽與水工質的熱交換,產生符合汽輪機運行要求的過熱蒸汽。過熱蒸汽在汽輪機高壓缸做功后,排汽進入再熱器,經再熱器熔鹽加熱后進入汽輪機中低壓缸繼續做功,最后排入凝汽器。也就是說,蒸汽發生系統中有兩個蒸汽流進入汽輪機:主流蒸汽和再熱蒸汽。和常規電站一樣,光熱電站的蒸汽發生器的作用都是將給水加熱產生過熱蒸汽來推動汽輪機發電,但兩者仍然存在以下不同之處:32/38 表表 15:光熱電站蒸汽發生器的特性:光熱電站蒸汽發生器的特性 特點特點 內容內容 大溫差特性 光熱電站 SGS 系統中的預熱器、過熱器、再熱器等設備的進出口參數通常存在較大溫
98、差,因此對 SGS 系統的換熱設備提出了特殊要求。熱介質不同 光熱電站 SGS 系統的熱介質為熔鹽(或導熱油),常規電站加熱器的熱介質為汽輪機抽汽。由于熔鹽介質的凝固點高,并有一定腐蝕性,因此對 SGS 系統的設計提出了特殊要求。內外壓差高 光熱電站 SGS 系統熔鹽側的壓力較低,而水和蒸汽側的壓力很高,內外壓差高的特性對 SGS 系統換熱器的設計提出了特殊要求。頻繁、快速啟停 為適應電網調度需求,光熱電站 SGS 系統通常要滿足頻繁啟停的要求;同時為了延長發電時間、更充分利用光熱資源,對 SGS 系統的啟停速度也有很高要求。數據來源:CSPPLAZA,東北證券 上述差異決定了光熱電站 SGS
99、 系統在材料選擇、結構型式、安全設計、運行維護等方面均與傳統的高壓換熱器存在著顯著差異,并對蒸汽發生器的設計、加工、制造和檢驗都提出了較高的要求。需通過多途徑降低蒸汽發生器的成本。由于原材料價格上漲等因素,蒸汽發生器本體的價格可降幅度不大。但是,隨著行業的成熟,蒸汽發生器設備工藝參數會逐漸趨于統一,產品的制造成本會有一定幅度的下降,同時與蒸汽發生器相配的附件(如閥門、儀表)價格會逐漸降低。目前,各家廠商也均在積極進行優化和完善,力圖通過相應的措施促進成本下降。東方鍋爐主要采取以下措施:1)在原材料及配套件采購等方面規?;蚶φ袠?,降低設備成本。2)通過前期項目的執行,可降低后續項目的制造成本,
100、如工藝評定、工裝等費用。3)系統方面:a.在系統性能設計上,針對不同項目根據其固有條件選擇不同的系統循環方式,設計針對性的設計系統,有效降低成本;b.在系統布置上,結合電站的儲熱、鏡場等環節,采用合理優化的布置方式,節省布置空間和構架以降低成本;c.針對系統中儀表、閥門及電伴熱等附件進行系統優化,推進配套件國產化。國內蒸汽發生器的主要玩家包括東方鍋爐股份有限公司、杭州鍋爐集團股份有限公司、哈爾濱鍋爐廠有限責任公司、山東北辰機電設備股份有限公司等。其中,東方鍋爐曾負責國內多個光熱發電示范項目的蒸汽發生系統;哈爾濱鍋爐設計開發了50MW-100MW 等級的蒸汽發生器;北辰機電曾承接首航節能敦煌 1
101、00MW 塔式光熱電站的蒸汽發生系統的設計制造。表表 16:蒸汽發生器主要玩家:蒸汽發生器主要玩家 廠商廠商 主要業績主要業績 東方鍋爐股份有限公司 中電工程哈密 50MW 塔式熔鹽光熱發電項目蒸汽發生系統;玉門鑫能50MW 二次反射塔式光熱發電項目蒸汽發生系統;大成敦煌 50MW 線性菲涅爾式光熱發電項目蒸汽發生系統 杭州鍋爐集團股份有限公司 魯能海西州多能互補塔式光熱發電項目(50MW)蒸汽發生系統 哈爾濱鍋爐廠有限責任公司 設計開發了 50MW-100MW 等級的蒸汽發生器,并與山東電建三公司在浙江大學投資建設光熱試驗臺,現試驗臺已經完成安裝,目前正在調試。山東北辰機電設備股份有限公司
102、承接首航節能敦煌 100MW 塔式光熱電站的蒸汽發生器包括預熱器、蒸發器、過熱器、再熱器的設計制造;承接內蒙古烏蘭察布 1MW 碟式光熱示范項目的蒸汽發生器的設計制造 上海鍋爐廠有限公司 中標中電建青海共和 50MW 塔式光熱發電項目蒸汽發生器設備 丹麥奧爾堡公司 中標金釩阿克塞 50MW 熔鹽槽式光熱發電項目蒸汽發生器設備 數據來源:CSPPLAZA,東北證券 2.3.發電系統 33/38 光熱發電與火力發電的技術基本相同,均通過加熱水產生熱蒸汽推動汽輪機做功實現機械能到電能的轉化。從元件上看,光熱發電系統也主要由發電機、汽輪機等部分構成。汽輪機作為光熱發電系統的重要裝備之一,在光熱電站總投
103、資中占比在 5%左右,其性能對光熱電站的經濟性影響較大。浙江中控太陽能技術有限公司董事長金建祥曾在表示,汽輪機效率每提升 10%,成本電價下降 9%,差不多是 1 比 1。提升汽輪機效率,可以顯著提升光熱電站的投資回報率。太陽能環保高效,取之不盡,但是也受到晝夜變化、氣候問題、雨雪天氣等因素的制約,所以相比于常規火電汽輪機,光熱發電技術對其汽輪機提出了以下更高方面的要求:具備快速啟動的能力。具備快速啟動的能力。從經濟性角度考慮,啟動越快則可以在有限發電小時數內更快速達到額定發電功率,獲得更多發電量,這是實現電站收益最大化的一個關鍵影響因素。能夠頻繁啟停。能夠頻繁啟停。由于夜晚缺乏光照,一般儲熱
104、條件不足的電站會停止運行,所以對機組提出了啟停能力要求。負荷變化適應性強。負荷變化適應性強。由于光照條件會隨著時間和氣候的改變受到影響,而光熱發電汽輪機需要在運行過程中可以升降符合,所以對于光熱汽輪機的負荷波動適應能力具有較高的要求。(15%-100%)效率高、穩定性好。效率高、穩定性好。汽輪機效率從 28%提升到 38%,就可帶來差不多 30%的發電量提升。所以,汽輪機的循環效率對整個系統光電轉化效率影響顯著。圖圖 23:光熱汽輪機的結構:光熱汽輪機的結構 數據來源:上海電氣光熱汽輪機介紹,東北證券 國內的光熱汽輪機主要玩家包括東方電氣集團東方汽輪機有限公司、上海汽輪機廠、哈爾濱汽輪機廠有限
105、責任公司、杭州汽輪機股份有限公司、西門子、通用電氣(GE)等。其中,東方電氣是中國第一大工業汽輪機企業,2021 年市占率接近 40%,可提供槽式、塔式、菲涅爾式等不同技術路線 50MW、100MW、150MW、200MW 等級高效、性能穩定可靠的太陽能光熱汽輪機發電機組;哈氣公司目前具備了槽式太陽能光熱電站的整體技術能力,同時掌握了除鏡場之外的塔式太陽能光熱電站設計能力。34/38 表表 17:光熱汽輪機主要玩家:光熱汽輪機主要玩家 廠商廠商 主要情況主要情況 主要業績主要業績 東方電氣集團東方汽輪機有限公司 可提供槽式、塔式、菲涅爾式等不同技術路線 50MW 等級、100MW等級、150M
106、W 等級、200MW 等級高效、性能穩定可靠的太陽能光熱汽輪發電機組,目前已取得國家第一批示范項目汽輪機設備供貨 5項,位居行業第一。中廣核德令哈 50MW 槽式導熱油項目 中電工程哈密 50MW 塔式熔鹽項目 天津濱海光熱阿克塞 50MW 槽式熔鹽項目 常州龍騰玉門 50MW 槽式硅油項目 蘭州大成敦煌 50MW 線性菲涅爾式熔鹽項目 上海汽輪機廠 目前國內汽輪機市場占有率超過40%,其中代表行業最高水平的超超臨界機組市場占有率將近 70%,生產了超過 2000 臺汽輪機,玉門鑫能項目機組為新開發的高溫、超高壓、雙缸、雙軸、無調節級,全周進汽、軸向排汽、一次中間再熱、凝汽式直接空冷汽輪機。玉
107、門鑫能 50MW 熔鹽塔式光熱發電項目 哈爾濱汽輪機廠有限責任公司 公司目前已開發出適應我國的太陽能熱發電電站設計技術,掌握了槽式太陽能熱發電的集熱技術、換熱技術、儲熱技術、整廠控制技術、汽輪機組技術,具備了槽式太陽能光熱電站的整體技術能力,同時掌握了除鏡場之外的塔式太陽能光熱電站設計能力。中電建青海共和 50MW 塔式光熱發電示范項目 杭州汽輪機股份有限公司 公司是國內唯一能按用戶特殊需要非標設計制造工業汽輪機的廠家,生產的工業汽輪機按驅動對象不同分為工業驅動汽輪機和工業發電汽輪機兩大類。烏拉特中旗 100MW 槽式光熱發電項目 魯能格爾木 50MW 塔式光熱發電項目 摩洛哥 noor220
108、0MW 槽式光熱發電項目 摩洛哥 noor3150MW 塔式光熱發電項目 迪拜 700MW 光熱發電項目 美國 Solana 槽式光熱發電項目 南非 xinasolarone 槽式光熱電站 南非 Bokpoort 槽式光熱電站 數據來源:CSPPLAZA,東北證券 3.產業鏈重點公司產業鏈重點公司 3.1.首航高科 首航高科作為光熱發電系統的集成商,具備光熱發電設計、材料研制、設備制造供應、光熱電站總包、光熱電站運維等全產業鏈的技術儲備和運營積累。其下屬子公司玉門首航光學有限公司,致力于為光熱項目提供高性能優質鏡片,其中平面太陽能集光鏡板生產線可年產540萬平方米,鋼化彎曲太陽能集光鏡板生產線
109、可年產200萬平方米??蔀椴凼教柲馨l電系統、塔式太陽能發電系統、太陽能熱電裝置、太陽能空調、太陽能鍋爐等太陽能中高溫應用系統,提供高性能優質太陽能集光鏡板。35/38 公司財報顯示,2022 年,公司實現營業收入 6.52 億元,其中光熱發電實現營業收入1.85 億元,收入占比 28.38%,毛利率為 44.61%。隨著光熱發電裝機實現 0-1 放量,公司營收有望隨著光熱市場擴容超預期發展。3.2.可勝技術 浙江可勝技術股份有限公司成立于 2010 年,是全球領先的熔鹽儲能光熱發電解決方案提供商。通過多年的技術攻關及工程實踐,可勝技術形成了一系列涵蓋工藝包設計、關鍵設備研發、工程設計及建設管
110、理、儲能調試及運維等專有技術,并已實現熔鹽儲能相關產品的規?;a。在工程建設上面,可勝技術曾承建我國首批光熱發電示范項目之一青海中控德令哈 50MW 塔式熔鹽儲能光熱電站,并作為主要技術提供方與聚光集熱系統供貨方參與建設中電建青海共和 50MW 塔式熔鹽儲能光熱電站。2019 年,公司還與中國能建葛洲壩國際集團組成的聯合體簽訂希臘 MINOS 50MW 光熱發電項目 EPC 合同,中國光熱發電首次以“技術+裝備+工程+資金+運營”的完整全生命周期模式走出國門。目前,就光熱發電全流程核心技術的掌握而言,可勝技術和首航高科在國內處于相對壟斷地位,形成了雙寡頭格局。而在全球范圍內,掌握光熱發電全流
111、程核心技術的公司也不超過 5 家。因此,技術和資金上的門檻使得未來可勝技術在光熱發電領域維持現有市場地位,同時將充分受益光熱增量市場。3.3.安彩高科 河南安彩高科股份有限公司曾是中國最大的電子玻璃生產基地。2022 年,公司實現營業收入 41.44 億元,同比+23%,實現歸母凈利潤 0.78 億元,同比-63.23%;2022Q4/2023Q1,公司實現營業收入 13.56/12.22 億元,同比+57.27%/57.02%,實現歸母凈利潤-0.26/0.10 億元,同比-726.89%/-47.86%。2021 年 10 月,安彩高科出資 2.12 億元向控股股東河南投資集團收購河南安彩
112、光熱科技有限責任公司 100股權。通過本次收購,公司新增白浮法玻璃、光熱玻璃等高端玻璃技術。本次收購的光熱科技,是全球第二家具備批量生產光熱玻璃技術的企業,自主研發的光熱玻璃打破技術壟斷,主要技術指標達到行業先進水平,產品批量應用于青海、甘肅、迪拜等國內外大型光熱電站項目,累計銷售光熱玻璃 130萬平米。其已與國內 100MW 光熱發電項目達成合作,正在組織第一批光熱玻璃訂單生產和交付。由于國內光熱電站項目建設尚處于起步階段,一旦大規模推進建設,具備領先優勢的安彩高科將會從中分得一杯羹。目前,公司擁有一條 600t/d 的超白浮法玻璃產線。3.4.西子潔能 西子清潔能源裝備制造股份有限公司主要
113、從事余熱鍋爐、清潔環保能源發電裝備等產品的咨詢、研發、生產、銷售、安裝及工程總承包服務,為客戶提供節能環保設備和能源利用整體解決方案。光熱發電領域中,公司在熔鹽吸熱器、熔鹽換熱器、光熱發電領域中,公司在熔鹽吸熱器、熔鹽換熱器、熔鹽儲罐等領域均有所布局。熔鹽儲罐等領域均有所布局。公司自主研發的“適用于光熱與儲熱系統的大功率熔鹽吸熱器與熔鹽蒸汽發生系統”榮獲國家能源領域首臺(套)重大技術裝備。該系統應用于青海德令哈 50MW 塔式熔鹽儲能光熱發電項目,其平均發電量達成率為全球同類型電站投運后同期的最高紀錄。36/38 公司可轉債募投項目年產 580 臺(套)光熱太陽能吸熱器、換熱器及導熱油換熱器、
114、鍋爐項目正在建設中,預計 2024 年底投入使用。2023 年 3 月 28 日,西子潔能中標中廣核阿里 50MW 光熱發電項目蒸汽發生系統。公司在 2022 年的業績說明會上表明,公司目前訂單充足,產能處于飽和狀態。隨著公司可轉債項目德清基地以及諸暨基地的投運,未來公司有望憑借在光熱發電技術領域的領先優勢,實現訂單的快速增長。3.5.久盛電氣 久盛電氣股份有限公司一家專業研究、開發、生產安全類電線電纜的股份制國家高新技術企業。主要生產礦物絕緣加熱電纜、礦物絕緣電加熱器、礦物絕緣防火電纜、低煙無鹵阻燃電纜等,是世界上最大的礦物絕緣電纜制造基地。產品廣泛應用于供熱,電力,航空,鐵路,石油,化工,
115、冶金等行業的國家重點工程,并出口到十多個國家和地區。光熱發電領域中,公司在電加熱器、電伴熱器、熔鹽管道方面均有所布局。電加熱器方面,其自主研發生產的容器防爆電加熱器發熱元件采用礦物絕緣(MI)加熱電纜,導熱性能好,發熱芯體和金屬護套之間溫差很小,整體結構小巧堅實,機械強度高。電加熱器發熱均勻,熱交換效率高。從公司電伴熱系統的相關產品來看,其生產的 825 合金護套系列礦物絕緣加熱電纜可以滿足高溫條件和大發熱功率(達269W/m)需要,且具有優良的機械強度和高質量的防腐性能。TEC 提供的 825 合金護套加熱電纜的最高承受溫度可達 800,導體電阻值的范圍從 28000/km 到19.2/km
116、;TEC 提供的串聯電阻式加熱電纜能滿足不同功率的需要。目前,公司的熔鹽管道及設備電伴熱系統已成功應用于中電建青海共和 50MW 塔式光熱發電項目、內蒙古烏拉特中旗導熱油槽式 100MW 光熱發電項目、蘭州大成敦煌 50MW 熔鹽菲涅爾式光熱電站、玉門鑫能熔鹽塔式 5 萬千瓦光熱發電項目、華能清能院三亞光熱項目、首航高科等多個光熱發電項目。公司通過參與眾多光熱示范項目的建設,產品積累了一定的場景應用經驗,在光熱電站提速建設的前景下,營收有望實現快速增長。3.6.東方電氣 東方汽輪機有限公司始建于 1966 年,隸屬于中國東方電氣集團,是我國從事電站動力設備和新能源領域開發與制造的國有大型骨干企
117、業、我國最大的發電設備制造企業之一和四川省重大技術裝備龍頭企業,名列全國機械工業企業百強。東汽于 2009年正式進軍太陽能光熱發電產業,聯合國內外專家共同致力于安全、高效的太陽能光熱發電汽輪機研發,可提供槽式、塔式、菲涅爾式等不同技術路線 50MW 等級、100MW 等級、150MW 等級、200MW 等級高效、性能穩定可靠的太陽能光熱汽輪發電機組。目前,公司在光熱發電汽輪機領域市場占有率超 50%。且已取得國家第一批示范項目汽輪機設備供貨5項(中廣核德令哈50MW槽式導熱油項目、中電工程哈密50MW塔式熔鹽項目、天津濱海光熱阿克塞 50MW 槽式熔鹽項目、常州龍騰玉門 50MW 槽式硅油項目、蘭州大成敦煌 50MW 線性菲涅爾式熔鹽項目),在行業中處于絕對領先位置。