2022年光熱儲能行業(yè)研究報告

2022年光熱儲能行業(yè)研究報告

導(dǎo)語

2021年，我國光伏發(fā)電累計裝機(jī)容量達(dá)306.4GW,同比

+21%；光熱發(fā)電累計裝機(jī)容量僅538MW,同比持平。

1、光熱儲能原理：以熱能為核心

L1、光伏&光熱：同根生的兩兄弟

光伏發(fā)電和光熱發(fā)電是太陽能發(fā)電最主要的兩種形式。光伏發(fā)

電是利用半導(dǎo)體界面的光生優(yōu)特效應(yīng)，將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?/p>

的技術(shù)；而光熱發(fā)電則是通過利用大規(guī)模的集熱鏡和傳統(tǒng)的蒸

汽發(fā)電機(jī)熱力循環(huán)做功，將光能先轉(zhuǎn)化為熱能，再轉(zhuǎn)化為機(jī)械

能，并最終產(chǎn)生電能的技術(shù)。

光伏發(fā)電：光伏效應(yīng)，光能直接轉(zhuǎn)化為直流電。光伏發(fā)電系統(tǒng)

的核心為光伏組件，其由多個單晶/多晶硅成分的光伏電池片串

聯(lián)構(gòu)成。當(dāng)太陽光照射在高純硅上，使電子躍遷，形成電位

差，光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，產(chǎn)生直流電，并在逆變器、升壓系

統(tǒng)的作用下轉(zhuǎn)變成高壓交流電，最終實現(xiàn)用電、并網(wǎng)功能。光

熱發(fā)電：經(jīng)過“光能-熱能-機(jī)械能-電能”這一轉(zhuǎn)化過程，產(chǎn)生

交流電。

光熱發(fā)電通過反射鏡、聚光鏡等聚熱器將采集的太陽輻射熱能

匯聚到集熱裝置，加熱裝置內(nèi)的導(dǎo)熱油、熔融鹽等傳熱介質(zhì)，

傳熱介質(zhì)經(jīng)過換熱裝置將水加熱到高溫高壓蒸汽，進(jìn)而驅(qū)動汽

輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。除發(fā)電所用熱源不同，其后端技術(shù)路徑

與火力發(fā)電并無較大差異，且產(chǎn)生電流為交流電，可直接實現(xiàn)

并網(wǎng)。

相較于光伏，我國光熱發(fā)展相對滯后。2021年，我國光伏發(fā)電

累計裝機(jī)容量達(dá)306.4GW,同比+21%；光熱發(fā)電累計裝機(jī)容量僅

538MW,同比持平。無論從裝機(jī)總量還是裝機(jī)增速來看，光伏發(fā)

電均遠(yuǎn)高于光熱發(fā)電，其主要原因是光熱度電成本遠(yuǎn)高于光

伏，在市場化的條件下不具備競爭優(yōu)勢。

1.2、光熱儲能電站的四大系統(tǒng)組成

光熱發(fā)電大致可分為四個部分：集熱系統(tǒng)、熱傳輸系統(tǒng)、蓄熱

與熱交換系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)。集熱（聚光）系統(tǒng)：集熱系統(tǒng)是光

熱系統(tǒng)的核心，其主要由聚光裝置、接收器、跟蹤機(jī)構(gòu)等部件

構(gòu)成。而其中，聚光裝置又為集熱系統(tǒng)的核心組件，其在中央

控制系統(tǒng)操控下，可追蹤太陽位置，收集并向接收器反射最大

量的陽光。聚光裝置中的聚光鏡、定日鏡的反射率、焦點偏差

等均能影響發(fā)電效率，對設(shè)計、生產(chǎn)、安裝技術(shù)要求較高，過

去被海外廠家壟斷，而目前國產(chǎn)聚光鏡效率可以達(dá)94%,與進(jìn)口

產(chǎn)品差距較小，具備國產(chǎn)替代潛力。

吸熱系統(tǒng)：吸熱系統(tǒng)的功能為收集集熱裝置產(chǎn)生的熱能，并利

用導(dǎo)熱介質(zhì)將熱能傳送給蓄熱系統(tǒng)。儲換熱系統(tǒng)：蓄熱裝置通

常由絕熱材料包覆的蓄熱器及價格低廉、比熱容高的儲熱介質(zhì)

構(gòu)成，其主要作用是白天將光熱能儲存，夜間通過熱交換系統(tǒng)

將熱能釋放，并通過發(fā)電機(jī)最終轉(zhuǎn)化為電能，實現(xiàn)光伏電站的

夜間發(fā)電及調(diào)峰調(diào)頻。發(fā)電系統(tǒng)：光熱發(fā)電系統(tǒng)與火力發(fā)電系

統(tǒng)技術(shù)具有一致性，市場成熟度較高，二者均通過高質(zhì)量過熱

蒸氣推動汽輪機(jī)做功，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。

1.3、光熱系統(tǒng)：槽式現(xiàn)為主流，塔式前景廣闊

按照光能聚集的方式，光熱發(fā)電系統(tǒng)可分為塔式光熱發(fā)電、槽

式光熱發(fā)電、碟式光熱發(fā)電和線性菲涅爾式光熱發(fā)電四類。

塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)：塔式系統(tǒng)是利用眾多定日鏡，將太陽

熱輻射反射到置于高塔頂部的集熱器上，加熱傳熱流體（主要

為熔融鹽），高溫傳熱流體通過蒸汽發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)生過熱蒸汽推

動汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)：槽式系統(tǒng)將多

個槽型拋物面聚光集熱器串并聯(lián)排列，連續(xù)加熱位于焦線位置

的導(dǎo)熱流體（主要為導(dǎo)熱油），進(jìn)而產(chǎn)生過熱蒸汽驅(qū)動發(fā)電機(jī)

組發(fā)電。

圖8：2021年中國已建成光熱項目分類占比

資料來源：CSTA,光大證券研究所

碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)：碟式系統(tǒng)利用驅(qū)動裝置自動跟蹤太

陽，并用碟形聚光器將太陽光聚集到焦點處的吸熱器上，最后

通過斯特林循環(huán)或者布雷頓循環(huán)實現(xiàn)發(fā)電。由于其單體較小，

常用于空間太陽能站。線性菲涅耳式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)：菲涅

爾系統(tǒng)使用多個跟蹤太陽運動的條形平面鏡代替拋面鏡，將太

陽輻射聚集到吸熱管上，加熱傳熱流體（通常為水/蒸汽），并

通過熱力循環(huán)進(jìn)行發(fā)電。

我國新簽光熱儲能項目中，塔式光熱占比相對較高。槽式技術(shù)

成熟較早，專利多為歐美壟斷，目前歷史裝機(jī)量較大。截至

2022年年初，全球光熱電站項目中，槽式項目達(dá)82個，塔式項

目僅31個。截至2021年，我國已建成光熱項目中，塔式及槽

式的占比分別為60%及28%。

1.4、我國光熱儲能電站發(fā)展歷程

中國光熱發(fā)電“兩沉兩浮”。1）蹣跚起步。中國光熱發(fā)電初次

嘗試發(fā)生在十多年前的內(nèi)蒙古鄂爾多斯，彼時政府?dāng)M籌劃在當(dāng)

地建設(shè)一個50MW級光熱示范電站，并于2006年召開的中德科

技論壇上升級為中德合作項目，但受制于技術(shù)水平和發(fā)電成本

等因素，項目逐漸被擱置。2）焰火重燃。2016年，國家能源局

發(fā)布《國家能源局關(guān)于建設(shè)太陽能熱發(fā)電示范項目的通知》，

確定了首批20個太陽能熱發(fā)電示范項目，重燃市場對光熱發(fā)電

的熱情，后續(xù)中控青海德令哈項目10MW塔式、首航敦煌10MW

塔式等一系列項目拉動光熱發(fā)展進(jìn)入快車道。3）再陷低谷。隨

著18年底示范電價退坡機(jī)制的啟動，19-20年光熱項目建設(shè)再

次陷入停滯。4）峰回路轉(zhuǎn)。21年開始，隨著國家“雙碳”戰(zhàn)略

的逐步深入，光熱儲能具備比較優(yōu)勢，行業(yè)關(guān)注度逐漸回升，

有望迎再次發(fā)展。

2、光熱儲能電站將進(jìn)入發(fā)展快車道

2.1、政策鼓勵，光熱儲能綻放

2021年，在經(jīng)歷了近兩年的市場沉寂期后，中國光熱發(fā)電行業(yè)

迎來了承上啟下的新元年。隨著新能源裝機(jī)規(guī)模不斷擴(kuò)張，光

熱發(fā)電“儲發(fā)一體”優(yōu)勢凸顯，與光伏、風(fēng)電協(xié)同互補，在清

潔供電的同時保證電網(wǎng)的高效穩(wěn)定。而國家21年以來也不斷推

出涵蓋光熱發(fā)電在內(nèi)的一系列指導(dǎo)性意見，助力光熱發(fā)電與風(fēng)

電、光伏的融合發(fā)展、聯(lián)合運行，以及儲熱型太陽能熱發(fā)電的

發(fā)展。

圖11：新能源發(fā)電與居民用電存在季節(jié)性偏差

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資料來源：Wind,光大證券研究所

2.2、光熱儲能電站成本已有顯著下降

技術(shù)成熟+國產(chǎn)替代=光熱度電成本不斷下降。近年來可再生能

源發(fā)電成本不斷下降，部分已低于傳統(tǒng)化石能源發(fā)電成本，據(jù)

國際可再生能源機(jī)構(gòu)（IRENA）報告顯示：2010-2020年，全球光

伏電站發(fā)電平均成本降幅最大，達(dá)85%；光熱發(fā)電系統(tǒng)其次，約

為68%。在技術(shù)路徑不斷成熟、供應(yīng)鏈不斷完善以及核心器材國

產(chǎn)替代的綜合邏輯下，我國光熱發(fā)電有望擺脫過去經(jīng)濟(jì)性不強

的局面，疊加“風(fēng)光儲大基地”戰(zhàn)略，度電成本在未來幾年將

持續(xù)快速下降。

根據(jù)國際經(jīng)驗，技術(shù)進(jìn)步對光熱儲能電站成本降低的貢獻(xiàn)率約

42%,規(guī)模化的貢獻(xiàn)率約37%,批量生產(chǎn)的貢獻(xiàn)率約21機(jī)根據(jù)

可勝技術(shù)的數(shù)據(jù)，在理想情況下，由于規(guī)模化發(fā)展帶來的電站

總投資整體下降幅度可達(dá)18.4%?27.6%。

2.3、光熱儲能電站：穩(wěn)定發(fā)電為其核心優(yōu)勢

新能源發(fā)電痛點在于波動較大，對電網(wǎng)負(fù)荷造成沖擊在火力發(fā)

電主導(dǎo)的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，電能的供應(yīng)曲線相對穩(wěn)定，但用電

曲線在年內(nèi)、日內(nèi)存在多次峰谷波動。此前通過“了解需求

側(cè)、控制發(fā)電側(cè)”的基本策略，預(yù)判用電高峰，預(yù)設(shè)發(fā)電出力

計劃，可較好解決電能供需錯配問題。近年，隨著可再生能源

發(fā)電裝機(jī)比例的提升給發(fā)電側(cè)增添了諸多不可控、不穩(wěn)定因

素。風(fēng)電、光伏發(fā)電受制于自然條件因素，常具有波動性、隨

機(jī)性、反調(diào)峰性等特點，而其“極熱無風(fēng)、晚峰無光5”等弊病

早已是“老生常談”。據(jù)國家電網(wǎng)測算，2035年前，我國風(fēng)

電、光伏裝機(jī)規(guī)模將分別達(dá)7億、6.5億千瓦，而所帶來的日最

大波動率預(yù)計分別達(dá)1.56億、4.16億千瓦，大大超出電網(wǎng)調(diào)節(jié)

能力。我國電網(wǎng)迫切需要重新構(gòu)建調(diào)峰體系，以具備應(yīng)對新能

源5億千瓦左右的日功率波動的調(diào)節(jié)能力。

儲能系統(tǒng)具備平滑波動、削峰填谷能力，是新能源發(fā)電的重要

儲能技術(shù)是應(yīng)對以風(fēng)、光為主的新能源系統(tǒng)波動性、間歇性的

有效技術(shù)。成熟的儲能技術(shù)在發(fā)電側(cè)可平滑風(fēng)光電系統(tǒng)的波

動，從而提高并網(wǎng)風(fēng)電、光電系統(tǒng)的電能質(zhì)量和穩(wěn)定性，改善

新能源發(fā)電波動性等短板；在電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)，儲能技術(shù)可很

好地解決電能供需錯配問題，從而減少電網(wǎng)短時承壓過高或峰

時用電不足帶來的安全性、穩(wěn)定性問題，并有效消納可再生能

源，避免“棄風(fēng)棄光”現(xiàn)象。

圖13：儲能系統(tǒng)的“削峰填谷”作用

功率降侑需求每大

僅行幾小時

不配置儲能

系統(tǒng)的電力

>《?需求分布

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M*制置儲能系統(tǒng)后儲能系統(tǒng)向電網(wǎng)

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儲能維持軟率和電網(wǎng)充電

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*的電力需求分布

0上午6點正午下午6點午夜

時段

資料來源：世紀(jì)新能源網(wǎng)，光大證券研究所

儲能系統(tǒng)還可降低調(diào)峰調(diào)頻能耗，并作為備用電力保障用電安

全。傳統(tǒng)火電調(diào)峰調(diào)頻中，煤電機(jī)組為滿足調(diào)峰能力，往往增

加發(fā)電容量以具備應(yīng)對尖峰負(fù)荷的能力，但這使得火電機(jī)組經(jīng)

常無法達(dá)到滿發(fā)狀態(tài)；同時火力發(fā)電對電網(wǎng)調(diào)頻AGC信號響應(yīng)

具有滯后性，嚴(yán)重影響機(jī)組運行經(jīng)濟(jì)性。而儲能系統(tǒng)充放電靈

活、反應(yīng)速度快，可大幅降低備用火力發(fā)電機(jī)組容量，并對調(diào)

峰信號快速反應(yīng)，大大提高了電網(wǎng)運行效率。此外，儲能系統(tǒng)

還可作為應(yīng)對電力突發(fā)情況，滿足緊急用電的備用電源，具備

一定的能源安全價值。

儲發(fā)一體帶來的穩(wěn)定發(fā)電為光熱儲能電站的最大優(yōu)勢

相比于風(fēng)電-抽水蓄能、光伏發(fā)電-蓄電池蓄電等儲發(fā)分離系

統(tǒng)，光熱電站集二者于一身，可以像傳統(tǒng)火力發(fā)電廠一樣生產(chǎn)

出電網(wǎng)友好型的可調(diào)度電力，以滿足早晚高峰、尖峰時段等多

情景下的用電需求；通過人為設(shè)置儲能時長及發(fā)電機(jī)的負(fù)載功

率，可實現(xiàn)24小時連續(xù)、穩(wěn)定供電。我國2018年并網(wǎng)的3座

商業(yè)化太陽能熱發(fā)電示范項目中，太陽能熱發(fā)電機(jī)組調(diào)峰深度

最大可達(dá)80%；爬坡速度快，升降負(fù)荷速率可達(dá)每分鐘3%-6%額

定功率，冷態(tài)啟動時間1小時左右、熱態(tài)啟動時間約25分鐘，

可100%參與電力平衡，部分替代化石類常規(guī)發(fā)電機(jī)組，對保障

高比例可再生能源電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行具有重要價值。電力規(guī)

劃設(shè)計總院以目前新疆電網(wǎng)為例進(jìn)行過模擬計算，假設(shè)建設(shè)100

萬千瓦~500萬千瓦不同規(guī)模的光熱儲能電站，可減少棄風(fēng)棄光

電量109r38%。

清華大學(xué)能源互聯(lián)網(wǎng)研究院研究結(jié)果顯示，如果安裝22GW光伏

和7GW風(fēng)電，青海電網(wǎng)在豐水期可連續(xù)3日全清潔能源供電

（包括省內(nèi)負(fù)荷及特高壓外送河南）；如果在此基礎(chǔ)上配置4GW

光熱儲能電站，青海省在豐水期可實現(xiàn)創(chuàng)紀(jì)錄的連續(xù)30日全清

潔能源供電。

西北風(fēng)光大基地場景，光熱儲能電站與之匹配度最高

熔融鹽是光熱儲能的首選傳熱儲熱介質(zhì)。傳熱蓄熱技術(shù)是光熱

發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)之一，而傳熱介質(zhì)的工作性能直接影響系統(tǒng)的效

率和應(yīng)用前景。目前槽式光熱電站的工作溫度一般不超過

400°C,塔式光熱電站則在550。C以上，在這一溫度區(qū)間，熔

融鹽相比水/水蒸氣、液態(tài)金屬等，具有較高的使用溫度、高熱

穩(wěn)定性、高比熱容、高對流傳熱系數(shù)、低粘度、低飽和蒸汽

壓、低價格等一系列優(yōu)點，是光熱電站傳熱和儲熱介質(zhì)的首

選。據(jù)CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)統(tǒng)計，在國內(nèi)首批20個光熱發(fā)電

示范項目中，18個采用熔鹽儲能；已備案新增92個光熱發(fā)電站

清單中，86個將采用熔鹽儲能。

圖15：全球已投運儲能項目分類占比（截至2020年）

資料來源：CNESA全球儲能項目庫，光大證券研究所

相比于其他儲能方式，熔融鹽儲能與大基地-光電系統(tǒng)匹配度最

高。光伏、光熱基地多位于干旱且平坦的戈壁、荒漠，不具備

開展抽水蓄能、空氣壓縮儲能等項目的地質(zhì)條件。大基地發(fā)電

量較大且工作環(huán)境惡劣，對造價高、壽命短、溫度敏感的電化

學(xué)儲能形成嚴(yán)峻考驗。相比之下，熔融鹽儲能既能滿足儲能容

量大、儲時長的要求，又具備經(jīng)濟(jì)性，并能在嚴(yán)酷的自然條件

下安全平穩(wěn)運行25-30年；其腐蝕性的劣勢，則通過提高熔鹽

品質(zhì)、使用防腐蝕材料等得到明顯改善。

2.4、光熱儲能還可應(yīng)用于供暖及工業(yè)蒸汽等場景

光熱制工業(yè)蒸汽，助力蒸汽價格與煤炭、天然氣價格解耦。工

業(yè)蒸汽通常是由燃燒煤炭、天然氣加熱液態(tài)水產(chǎn)生過熱蒸汽制

得，下游主要用于滿足工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)的加熱需要，其一典型應(yīng)

用是在稠油開采領(lǐng)域的應(yīng)用。稠油膠質(zhì)瀝青含量高、粘度大、

流動性差，需通過蒸汽熱采以獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。而在近年

化石能源價格大幅上漲及優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、降低能耗、減少碳排

放的政策背景下，燃燒化石能源制備工業(yè)蒸汽逐漸喪失成本優(yōu)

勢，使用太陽能集熱裝置來產(chǎn)生蒸汽的太陽能EOR具備廣闊前

景。

太陽能EOR的核心在于利用光熱發(fā)電的集熱技術(shù)實時產(chǎn)生過熱

水蒸氣或?qū)崮軆Υ嬖谛顭嵯到y(tǒng)備用，通過此種方式，可大幅

減少稠油開采成本并減少開采過程中的碳排放。對于光熱電站

運營商，其聚光產(chǎn)生的熱能或無需轉(zhuǎn)化為電能并網(wǎng)售賣，而是

僅通過蒸汽發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)生工業(yè)蒸汽直接售賣給消毒、紡織企

業(yè)，減少了發(fā)電過程中大量的能耗損失，增加光熱收入。

以光供暖、以光助農(nóng)，光熱發(fā)電不斷開發(fā)新型應(yīng)用場景。以光

熱大循環(huán)為主體，將產(chǎn)生的熱能儲存起來并在溫度較低時釋

放，便可用于綠色小鎮(zhèn)的清潔供暖及恒溫蔬菜大棚冬日的溫度

保持。近年國家不斷推進(jìn)北方地區(qū)清潔供暖，打響關(guān)于冬季供

暖的“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”，光熱供暖在能源價格上漲和儲能問題解

決的推動下，經(jīng)濟(jì)性、實用性凸顯；而其應(yīng)用在恒溫蔬菜大棚

供暖，可大幅降低菜農(nóng)冬日種植蔬菜成本。

圖17：2017年至今中國動力煤、LNG現(xiàn)貨價格變動情況

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資料來源：iFinD,光大證券研究所(注：截至2022年7月31日)

3、光熱儲能產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)崂?/p>

3.1、光熱儲能產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)崂?/p>

目前我國光熱發(fā)電裝備制造產(chǎn)業(yè)鏈已初步形成，涉及精密儀器

制造、系統(tǒng)設(shè)計、軟件編程、水泥、鋼鐵、玻璃等一系列產(chǎn)

業(yè)。國家首批光熱發(fā)電示范項目中，設(shè)備、材料國產(chǎn)化率超過

90%,而在青海中控德令哈50MW塔式光熱發(fā)電項目等部分項目

中，設(shè)備和材料國產(chǎn)化率已達(dá)到95%以上；2021年，我國從事

太陽能熱發(fā)電相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)品和服務(wù)的企事業(yè)單位數(shù)量近550

家，其中，太陽能熱發(fā)電行業(yè)特有的聚光、吸熱、傳儲熱系統(tǒng)

相關(guān)從業(yè)企業(yè)數(shù)量約320家，約占總數(shù)量的60%。

我們選取兩座塔式電站在制造階段的材料清單數(shù)據(jù)，主要包

括：鏡場區(qū)、吸熱器系統(tǒng)、塔、蒸汽發(fā)生系統(tǒng)、儲熱&傳熱流體

系統(tǒng)、基礎(chǔ)及輔助建筑、接線、管道（吸熱器系統(tǒng)管道以

外）。

不同形式及不同容量的光熱儲能造價結(jié)構(gòu)不一，聚光、吸熱、

儲能為核心

光熱電站各部分、各原材料成本占比并不恒定。隨著電站規(guī)模

變大/儲能時間增加，定日鏡數(shù)量/熔融鹽的用量會相應(yīng)增加，

帶動太陽島投資成本占比提升；但同時電站年利用小時數(shù)和所

發(fā)電量都會有所提升，電站整體經(jīng)濟(jì)性將會提高，拉動發(fā)電成

本下降。聚光、吸熱、儲熱子系統(tǒng)為光熱電站的核心，三者合

計成本占比超70%。在光熱系統(tǒng)專有的聚光、吸熱、儲熱子系統(tǒng)

中，據(jù)可勝技術(shù)測算，材料成本占比（30%,制造加工成本占比

>50%,包裝運輸、安裝等成本<20%；原材料中鋼材成本占比

53%,熔鹽成本占比21%,玻璃成本占比17%。

圖21：12小時儲熱100MW塔式光熱儲能電站投資組成

其他

16%

聚光系統(tǒng)