如今太陽光電形勢正好,「過時的」聚光式太陽能將何去何從?

發佈日期: 2020 年 02 月 20 日 9:00 | 作者: | 分類: 產業資訊

聚光式太陽能(CSP)功能兼具發電與儲能,但因為成本高與占地廣,並非每個國家都會選擇這項技術,因此隨著太陽光電(PV)技術成本日漸下滑、裝置量逐漸高升, CSP 的地位已經遠不如過去,甚至還被稱為「過時」的技術。

不過 CSP 到底是什麼技術呢,為什麼可以兼具儲電與發電功能?CSP 全名聚光太陽能熱發電,使用反射鏡或透鏡,利用光學原理將陽光反射匯聚到相對細小的集光區中,將太陽熱能集中、提高集光區溫度,再用光熱原理將太陽能轉換成熱能,之後就可以透過蒸汽渦輪發動機來發電。

目前 CSP 已達商業化,也演變出不同的技術,像是拋物線槽型,就是利用彎曲的鏡面將太陽輻射聚焦到管狀收集器上,再藉由加熱管內介質產生蒸氣;斯特林碟型技術外觀則跟衛星碟形天線相似,用大型拋物線曲面聚光反射鏡,將陽光聚集在中心,再用接收器捕捉並轉換成熱量。

不過現在最為常見的 CSP 技術還是塔型太陽熱能,在一大片圓形擺設的反射鏡海中央轟立一座高塔,將陽光聚集到塔頂的集熱器,而這項技術也會搭配熔融鹽系統,熔鹽吸收底下鏡面反射的日照後,溫度會攀升至攝氏 500 度以上,流入儲存槽並儲存熱能後,就可做為蒸氣渦輪發電機組的熱源。

太陽西下後,這些熔融鹽的高溫還是可以驅動發動機,因此夜間仍有電力可以用,這也是為什麼 CSP 系統具有儲熱與發電兩功效。

不過 CSP 技術也不是無所不能,並非每個國家或地區都適合這項技術,首先 CSP 占地相當廣、成本跟啟動溫度的門檻一樣高,除了要有錢,也比較適合裝設在無雲的內陸地帶,像是加州伊萬帕(Ivanpah)、新月丘(Crescent Dunes),以及計劃中的杜拜再生能源公園 Noor Energy、澳洲奧古斯塔(Augusta)等都在乾燥的沙漠地帶。

過去太陽光電的成本較高,且陰天、夜間太陽光電也無法發電,還需要再搭配鋰離子電池、液流電池等其他儲能系統,成本自然還會再提高,因此塔型 CSP 技術既可發電又能儲能,發電也相對穩定,當時算是一個有競爭力的發電技術。

只是那是「當時」,現在太陽光電的成本已經愈來愈低。

2011 年價格暴跌的太陽光電

根據彭博能源財經(BNEF)資料,1977 年到 2015 年間,太陽能電池發電成本已從每瓦 76 美元最高點降至 0.3 美元,其中太陽能成本在 2012 年雪崩式下滑,由於產業供給過剩、營收下降,這對太陽能產也帶來嚴重影響,太陽能模組平均下滑 50%,許多廠商申請破產,當時所有廠商都在尋找如何轉虧為盈。

2012 年歐美開始向中國太陽能產品徵收雙反稅、歐債危機也影響著太陽能電廠的融資,市場發展開始放緩,也出現產能過剩的狀況,在低價競爭的狀況下,太陽能成本愈來愈低。根據 BNEF 資料,2008 年到 2012 年太陽能模組價格下降 80%,其中光是 2012 年價格就降了 20%,嚴重的融資問題造成大量公司倒閉。

近年太陽能成本也更因為裝置量攀升而持續下滑,過去高不可攀的太陽能技術,現在已親民許多了,如今太陽能電廠電池廠經濟效益已經可與化石燃料比擬,每 MWh 只要 30 美元。

而聚光式太陽能面臨強大的「外患」之餘,「內憂」也不容忽視,除了裝設地點、成本高等問題,發電效果不如預期也是主因,伊萬帕與新月丘太陽能都遇上類似問題,面臨債務違約窘境,最後黯然退場。

根據美國能源資訊局(EIA)2018 年數據,美國聚光式太陽能的容量因數僅 23.6%,還低於太陽光電的 25.1%。且 CSP 技術對環境的傷害也超乎預期,就像伊萬帕曾因為強烈的陽光反射,不僅讓路過野鳥遭殃、也被飛行員抗議。

聚光式未來會如何?

不過聚光式太陽能會就此走入歷史嗎?現在可能還不好說,國際再生能源署(IRENA)報告曾指出,聚光式太陽能安裝成本已大幅下滑,料未來還會持續下滑,至少其中一項難題正在緩解。

聚光式太陽能成本與建置成本皆逐年下滑。IRENA 根據 2010 年到 2018 年的電廠規模與使用技術資料,發現該技術 2018 年全球加權平均的電力均化成本(LCOE)為每 KWh 18.6 美分,與 2010 年相比 46%;安裝成本也比過去低許多,與 2011 年相比,2018 年的安裝成本下滑 50%,成本已降至 5,204 美元。

IRENA 報告指出,2018 年新增容量約為 500MW,市場主要集中在中國、摩洛哥與非洲,LCOE 成本降也是受益於中國的供應鏈進展快速、各界開發經驗累積以及近幾年的低價競標。

中國近年也相當看好聚光式太陽能技術,認為 CSP 系統可在甘肅、青海等地區大放異彩,由於甘肅火力發電占比高,電力系統較缺乏靈活性,電網無法消化大多再生能源。若將具有調度電力能力的 CSP 進入電網,不僅能提高綠能占比,還可以減少大量棄光與棄風效應,鄰近的化石燃料廠也不用再頻繁因應變動型能源產電波動而升降載。

也或許是因為近期 CSP 計畫多在中國、中東與北非等地,這些地區的直接日照(DNI)較高,聚光式太陽能的產能利用率也有所提高,容量因數與 2010 年相比增長 50%,在 2018 年達到最高水準的 45%,因此未來 CSP 計畫或許會逐漸轉移到日照充裕的北非、中東與南非的沙漠。

(合作媒體:科技新報。首圖來源:Flickr/Doc Searls CC BY 2.0)

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