沙特特殊氣候環境下的光伏和光熱電站開發
發布者：本網記者Crystal Robin | 來源：CSPPLAZA光熱發電網 | 0評論 | 7377查看 | 2013-10-30 15:42:00
——光熱和光伏的權衡 沙特如何選擇？系列報道之二
CSPPLAZA光熱發電網報道：本文接上文就“沙特該如何選擇光伏和光熱”這一問題進行全面分析，在本系列報道的第一篇中，我們就在沙特開發光伏和光熱發電兩種電站的效率和LCOE進行了對比；第二篇中，我們重點以沙特的太陽能電站開發環境為分析基礎，來探討光伏和光熱的對比選擇。
特殊的氣候環境
沙特位于亞洲西南部的阿拉伯半島，東瀕海灣，西臨紅海，是世界上最熱的地區之一，西部高原屬地中海氣候，其他大部地區屬熱帶沙漠性氣候。干燥少雨，日照強烈，沙特的夏季從4月起至10月結束，酷熱時間長達7個月，氣溫最高時可達50℃以上。十一月至三月，氣候轉涼，偶有降雨。年平均降雨不超過200毫米。沙特國土面積225萬平方公里，或由于全球氣候變暖的影響，近年來偶爾也會出現極端性反常氣候。如2013年5月份、2009年，沙特都曾出現特大暴雨，并持續數日，在沙特北部接壤約旦和伊拉克的地區甚至出現過大雪天氣。
除了位于西南海岸線的Asir省，沙特大部分地區的氣候干燥酷熱，晝夜溫差也較大，溫度和濕度變化較快。在沙特的沿海和內陸地區可明顯感受到兩種不同的氣候。
在內陸省份Riyadh，夏季很輕易地就能突破50℃高溫，空氣異常干燥，平均的夏季氣候約45℃，有時會達到54℃的高溫。每天早晨太陽升起后在很短時間內就可以達到很高的氣溫，并持續至太陽落山。夜間的氣溫則相對涼爽很多。在冬季，氣溫很少可以達到0℃以下，但因缺乏濕空氣，高風寒指數讓人依然感覺十分寒冷。在春季和秋季，氣溫較為適中，平均在29℃左右。
在沿海區域，雖然依舊屬于高溫氣候，但空氣濕度較大，東部省份比西部沿海區域的氣溫更高，并伴隨頻繁的沙塵暴。這種氣候環境對光伏電池板和光熱反射鏡等都會造成惡劣影響。
誰更適宜沙特氣候？
高溫氣候是在沙特開發太陽能電站必須考慮的一個重要影響因素，其對技術的可行性、能量輸出額度和太陽能組件的老化壽命都有重要影響。顯然，光伏和光熱兩種發電技術都要受到這種惡劣環境的影響。
對于光伏而言，溫度過高將直接影響光伏電池板的輸出功率。下表是光伏系統廠商First Solar提供的各種光伏發電系統的溫度系數，溫度系數表征了溫度每升高1℃對系統發電輸出功率的影響。
溫度過高對光伏組件的老化速度也有一定的影響。高溫天氣首先會對光伏組件的熱膨脹造成一定壓力，加快其降解速度，測試表明，溫度每增加10℃，光伏組件的衰減老化速度將增加一倍。同時，光伏組件的封裝材料和線纜也會受到高溫的影響而加快老化。
高溫氣候對光熱電站的影響則主要體現在利好和利害兩個方面，一是對光場集熱系統的利好影響，二是對發電冷卻系統的利害影響。對光場集熱系統的影響主要體現在降低集熱和管路系統的熱損方面。環境溫度越低，則槽式電站集熱管或塔式電站吸熱器與空氣的對流熱損就越高，管道保溫系統等的熱損也會增加，因此從這個角度來看，沙特的高溫天氣反而可以增加可用集熱量，有利于光熱電站的運行。但另一方面，溫度過高對光熱電站發電系統的冷卻會造成不利影響，無論采用水冷還是空冷系統，環境溫度過高都將造成冷卻效率的下降，從而導致發電效率的下降。通過模擬計算表明，高溫氣候環境對發電系統效率的削減影響要高于其對光場有效集熱量的增加影響。整體來看，環境空氣溫度每升高1℃，光熱電站的發電效率要下降0.01%。
綜合來看，無論是光伏還是光熱發電，沙特的高溫天氣對其的影響都是不利的。但總的來看，高溫氣候對光熱發電的影響要小于對光伏發電的影響，溫度每升高1℃，光伏發電的發電效率要下降0.2~0.4%。另外從組件加速老化的角度來看，光伏電池板因高溫而加速老化而失效，光熱的反射鏡或集熱管等組件因高溫而加速老化的速率要低于光伏發電。
除了高溫的氣候環境，其它一些環境因素對太陽能發電的技術可行性、運行效果和老化速度也會造成影響。其中最重要的當屬沙塵，地處沙漠地帶，環境中較多的沙塵顆粒或沙塵暴對兩種電站都將造成不利影響。
沙塵附著于光伏電池板或光熱發電的反射鏡上，將造成其發電或光學效率下降。沙塵首先會對太陽能直射輻射（DNI）造成影響，空氣中的氣凝膠濃度也將上升，這主要會對光熱發電特別是塔式光熱發電技術造成影響。
其對光伏的影響大小主要取決于光伏電池板的陣列傾角，傾角越大則沙塵附著越少。NEO公司在沙特當地進行的測試表明，光伏電池板如果超過3個月不予清洗，則太陽能轉化效率要降低30%~45%，如果遇到沙塵暴，其效率則會直接下降60%之多。
對于光熱發電來說，沙塵對其集熱效率的影響會因技術路線的不同而有所差別。其對槽式電站的影響要大于對塔式電站和菲涅爾電站的影響。但目前還沒有研究證明沙特的沙塵環境對光熱電站的光學集熱效率的具體影響有多少。但基本可以確定的是，如果遭遇沙塵暴，對光熱發電的影響要甚于對光伏發電的影響。因為光熱發電利用的是太陽光直接輻射，而光伏發電利用的是全輻射。沙塵暴將造成DNI大幅削減，GHI值受此的影響要相對小些。
沙塵環境和較頻發的沙塵暴對太陽能電站造成的影響雖然可以采用更高頻率的清洗次數來解決，但這也將帶來水資源的消耗，而沙特作為一個缺乏淡水的國家，水資源成本極高。
無論是光伏還是光熱，高溫和沙塵對其而言都是較大的不利影響因素。我們尚需要對“氣候環境對光熱和光伏發電的影響”進行更深入的研究。不同的光熱發電技術所受到的影響是不盡相同的，了解哪一種具體技術更適宜沙特的本土氣候環境是預知未來沙特太陽能市場發展的關鍵。
在第三篇中，我們將重點分析沙特自身的能源需求，來權衡哪種太陽能發電技術更適合沙特的電力環境。第三篇隨后刊出。
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