近日，嘉程创业流水席第221席【探讨热能利用的前沿技术和创业趋势】，邀请了西安热工研究院有限公司储能所所长韩伟分享，主题是《低成本高效全光谱太阳能利用技术及应用场景分析》。

我是西安热工研究院储能所所长韩伟，非常高兴有机会与大家分享太阳能热利用领域的一些新技术。

目前，我们在这个领域拥有一项全光谱太阳能利用技术，这是一种创新的太阳能综合利用技术。它与传统的光热发电和现有的光伏发电都不同，其核心技术在于将太阳光分成不同的谱段进行利用。

• 从行业背景来看，这项技术代表了可持续的绿色能源技术，这个方向无疑是国家能源战略的主流方向，总装机容量已超过50%，每年约有3万亿度电由可再生能源产生。

• 就太阳能而言，其可持续性、环境友好性，以及对能源革命的推动作用，都具有重大意义。

• 从国家战略的角度出发，无论是太阳能光伏还是太阳能热能，近年来都是国家的重点发展方向。在这个领域，我们也享受了市场的多项优惠政策，包括补贴和政府的各种政策支持，这些都极大地促进了技术的发展和应用。

当前，国家在太阳能、风能、水电方面的总装机容量达到了6.09亿千瓦，新能源装机容量已经相当高，可再生能源的总装机容量超过了50.39%。白皮书预测，到2027年，国家在新型储能的累计规模下，将能够达到97GW。因此，从行业角度来看，这是一个市场空间较大的领域。

当然，在这个领域，常规的光热项目也遇到了一些瓶颈。

例如，大家熟知的光热技术存在一个问题，那就是度电成本相对较高。整体的光电转化效率大约只有百分之十几，全年效率约为16%，而设计点的额定光电转化效率也仅约为24%，并不算高。相比之下，光伏的光电转化效率基本上在20%左右，这是目前所有技术中的普遍现象。

我向大家介绍的是太阳能分频利用的热电联产技术，它类似于将光热电站和光伏电站结合在一起，通过分频流体让光进行分频，将适合光伏发电的光直接照射到光伏板上发电，而适合光热发电的部分，则将其热量集中起来，达到高参数，用于发电或供热，实现高效的能源综合利用。通过这种方式，太阳能的综合利用效率可以超过65%，效率非常高。除了发电部分，还有通过分频流体集热管后被分频流体吸收的热能，其温度可达200至300度，这是一种综合利用效果非常好的技术。

这里有一项非常关键的技术——分频流体。常规的分频方法众多，包括早期的分频膜、纳米流体等，这些都能实现对光谱频率的有效分离。然而，从工业化的角度来看，分频膜的成本较高，且对光线的入射角度有严格要求。无论是成本还是使用条件的苛刻性，都使得其工业化量产变得困难。

另一项核心技术是纳米流体技术，通常是在水基溶液中加入纳米颗粒来实现光谱分离。但由于其为水系物质，其温度上限受限，一旦温度升高，就必须承受较大压力以保持其液态。如果不使用压力来维持这种状态，则只能实现低温下的聚光集热，无法达到高参数发电的目标。此外，纳米流体本身存在一个问题：在常规容器中长时间静置会导致分离和沉淀，从而失去其效能。

我们开发的流体特点是均质性强，没有分层或分解现象，能在300度以内稳定运行，这为我们目前的成果奠定了基础。利用这种流体，大约40%的光线能穿过分频流体，照射到下方的光伏板上，效率可达57%至89%。剩余的热量由集热管回收，可产生近300度的热量，相应的发电效率也可达到30%左右。因此，整个系统的光电转化效率理论上可达到35%以上，这还未对系统进行完全优化。若对系统进行进一步优化，或寻找其他方法提高温度参数，以达到更高的热电效率，系统的光电转化效率将非常高，超过35%绝非难事。

第二个优点是成本低廉。前面提到的分频膜或纳米颗粒成本较高，而分频流体成本极低，能为系统带来良好的能源收益。目前许多人正在做PVT，光伏发电部分的收益是确定的，但供热部分（T部分）在非供暖季节几乎无收益，即使在供暖季，收益也相对有限。然而，我们的热电联供技术不同，其中不到20%的产出是电力，可直接销售，价格较高。另外，还能将约40%的能量转化为高参数蒸汽，这部分蒸汽可按工业蒸汽价格销售，目前工业蒸汽的价格约为每吨300元，甚至更高，它的售价比发电更划算。这意味着这套系统的产出中，约65%的能量能带来高价值的回报，这是这项技术目前的一个重大优势。

因为它的综合利用效率高，即使是小型工业园区，例如之前需要200度的电和400多千瓦时的热量，需要两倍或三倍面积的光伏才能提供足够电力。但现在，只需1/3的面积就能同时产电和供热，满足整个场站的能源需求。

这项技术具有显著的竞争优势。与光伏相比，我们的综合能效更高，能实现高达65%的热电综合销售回报率。

在光热领域，成本优势尤为突出。首先，目前光热的综合系统效率无法达到我们系统的效率；其次，它的占地面积远大于我们的。例如，聚光光热和聚光热电联产技术——CPVT技术——需要使用砷化镓电池，且不能将聚光倍数提得太高，否则过高的热量会导致砷化镓电池失效。因此，从成本和综合收益来看，我们的技术比光热电站和光伏电站都要优越，特别是在供热参数和成本方面，优于常规CPVT技术，竞争优势非常明显。

常规光热电站价格之所以高，是因为它将高能量谱带的光线全部转化为热能输出，然后通过热电转换形式发电，综合效率较低且成本高昂。光伏系统虽然简单，但其输出波动较大，占地面积也较大，由于综合效率低，降价空间有限。

以100瓦电功率和450瓦热功率来测算，常规光伏加光热的成本约为0.5至0.8元。而常规太阳能热电联产技术的成本则在0.6至1元之间，聚光光伏的价值也在这个范围内。效率方面，光伏和光热的综合效率约为18%，而聚光光伏热电联产技术的效率约为22%。

就供热温度而言，光伏加光热能达到较高温度。常规太阳能热电联产技术的供热温度约为60至80度，聚光光伏也是如此，而全光太阳能技术可以实现80至250度的温度范围。

在占地面积方面，我们的技术是最优的，因为我们实际上将光伏电站和光热电站结合在一起使用。

这项技术是否具有壁垒呢？虽然分频膜技术和纳米流体技术都能实现类似的功能，但之前提到过，它们存在诸多问题。分频膜系统虽简单，但不适合大规模应用，成本也较高；纳米流体系统虽然透光性好、成本低，但无法实现高温，这与我们的初衷相悖，此外，纳米材料在材质、稳定性和可靠性方面也更低一些。

我们开发的分频流体不同于纳米流体，它能吸收任何角度的光线并透射下去。我们进行了多项实验，其中包括使用约1000倍太阳倍数的聚光镜照射分频流体。如果没有分频流体，放置在下方的散热器会迅速被烧毁，因为温度可达近千度，但通过分频流体，热量被流体传递，照射到下方的换热器上，只要换热器设计得当，其温度不会超过60度。即使是200倍太阳倍数，也无需专门的散热器，只有一块钢板放到底下，也不会有任何超温和高温的现象，温度基本可保持在40度左右。

我们目前已经形成了专业的原型样机。与最初的技术相比，这个样机的优势在于不再需要使用槽式集热器，之前集热器面积庞大，底部的钢结构也非常重。采用最新的系统样机后，其重量不到前一装置的1%。整个系统结构轻便，效率高。无论是成本、效率还是技术先进性，都有很强的突破。

目前，我们的商业模式主要基于技术输出、设备系统总承包以及项目施工技术服务等，提供全面的技术输出。

在目标市场方面，首先考虑的是供热场景。在这一场景中，我们的技术具有显著优势，能将65%的太阳能转化为高回报率的电能和热能，从而产生营收。市场规模也很大，特别是西北和北方等地区的工业园区，它们对热电有需求，我们能够将供热价格控制在300元以下，同时提供电力供应，与其他技术相比具有竞争优势，我们提供的是完全绿色的热能和电能。

第二部分是大规模应用，直接进行太阳能发电。除了能直接照射到光伏板上发电外，还可以通过系统产生高参数的热量来直接发电。我们正在研发中，希望能够实现400度以上的高频流体，以提高热电转化效率至40%以上。其中40%的能量效率可达57%—89%，而60%的能量转化效率可达40%，这样整个系统的光电转化效率甚至可能超过40%，这已经是全球最高的系统光电转化效率，也是我们未来的重要目标。

以上就是我的分享，谢谢大家。

席友：系统在运营过程中，清洁成本占比是多少？会影响整个光热效率吗？

韩伟：清洁成本占比非常小。常规的光热电站大约每两周清洗一次，而且清洗成本并不高。我们的系统在技术上有很大的创新，有些类似于双轴跟踪的光伏板，其清洁费用甚至比光热系统还要低。因此，在整个运营周期内，清洁费用对总营收的影响几乎可以忽略不计。

席友：之前用光伏工业园区安装系统后，与之前相比，具体有哪些好处？

韩伟：以一些小规模工业园区为例，他们很多使用的是电锅炉或燃气锅炉来供热，这意味着需要消耗电力来产生热量。这些工厂可能会考虑安装光伏系统来解决高能耗问题，这通常意味着需要三块光伏板，一块供电，另外两块供热，以降低成本。如果不采取这种措施，仅使用电力供热，1000瓦时的成本可能高达0.7元到1元，这是一个相当高的成本。但是我们的系统，综合成本大约只有0.3元到0.35元。在工业园区，我们的系统可以同时供应热能和电能，电能售卖的价格可以是每千瓦时0.3元，热能也是同样的价格，这样就可以实现整个系统的经济性回收。

席友：可以通过改造现有的光伏设备来实现吗？流体设备的预期使用寿命是多久？

韩伟：现有的光伏设备无法改造，但现有的槽式光热电站可以改造。通过增加高功率的光伏板，可以使槽式光热电站的效率提高一倍。虽然投资不多，但效率可以翻倍。这种改造对常规光热电站有效，但对常规光伏电站则不可行。分频流体的稳定性非常高，我们以前做的流体，即使放置一年多时间，拿出来使用时也没有任何质量变化。

全文完