太阳能光热发电技术的发展

孟建军

(新疆太阳能科技开发公司  新疆  830011)

摘要: 太阳能是用之不竭的可再生清洁能源，有效利用太阳能光热发电可减少对煤炭、石油、天然气等化石能源的依赖。目前中国的太阳能利用形式主要为中低温热利用和光伏发电，中高温热利用起步较晚，尚未完成商业化。太阳能热发电是利用大规模太阳镜场将太阳能聚集起来，产生高温蒸汽驱动汽轮机发电的技术，相比于其它太阳能利用形式，能较好地解决太阳能不稳定、不持续的弱点，有利于太阳能的大规模利用。按照太阳能镜场的集热方式，太阳能热发电主要分为抛物槽式太阳能热发电、塔式太阳能热发电和碟式太阳能热发电，此外还可将太阳能热发电技术与常规能源集成，目前有太阳能燃煤互补电站和太阳能燃气互补电站。太阳能光热发电技术是太阳能利用的重要方式，在未来有广阔的发展前景。

关键词: 太阳能;光热发电;技术发展

1.光热发电的工作原理

太阳能光热发电的基本原理与常规火力发电相似，它主要利用大规模阵列镜面聚太阳热能，通过换热装置加热产生蒸汽，然后驱动热发电的工作原理太传统的汽轮发电机产生电能。光热发电涉及光一热一电之间的转换，包括以下几个过程:光的捕获与转换过程、热量吸收与传递过程、热量储存与交换过程、热电转换过程。相比光伏发电而言，太阳能光热发电技术不需要昂贵的晶硅光电转换工艺，同时具有较高的发电效率。另外，利用相对成熟的热存储技术，可以存储部分热能，到了晚上，利用蓄热发电。

2国内外太阳能光热发电产业现状

西班牙Andasol槽式光热电站是欧洲第一个商业化光热发电站，由3个50MW装机的项目组成，目前已经全部建成投运。于2011年建成的全球首个20MW塔式熔盐电站Gemasolar电站，首次实现了24h全天候发电，取得了很好的示范效果，美国能源部SunShot计全大候划对光热发电的研发目标是到2020年实现75%的成本削减，将发电价格降至6美分/(kW·h)甚至更低的水平，这个价格将使太阳能光热发电拥有与传统火电相竞争的能力。中国正处于光热发电的起步阶段，大多电站尚处于科学实验阶段，距离商业化并网运行还有一段距离。亚洲首座塔式太阳能热发电站位于八达岭长城脚下，是中科院电工研究所延庆八达岭塔式太阳能聚光光热发电实验电站，实验不断取得积极进展，已于2012年8月9号成功进行了发电实验。自此，我国成为继美国、德国、西班牙之后第四个掌握大型太阳能热发电站有关技术的国家。2013年7月，我国首座太阳能光热发电站在青海并网发电，标志着我国自主研发的太阳能光热发电技术进入初级商业化运行阶段。2014年8月3号，敦煌开建亚洲首座熔盐塔式光热电站，项目总装机110MW。此次开工建设的为一期10MW示范电站，配15h超长储热系统，预计年发电小时数达000h以上。该项目的建设，将为熔盐塔式技术在中国的大规模商业化应用奠定重要基础。

3.技术类型、特点与存在问题

3.1槽式系统

槽式系统主要是把太阳光聚焦到管状集热器，加热带有真空玻璃罩的管内介质(多为导热油)。工质在吸收足够热量之后，在经过油水换热器时与其中的水进行换热，将水加热成为过热蒸汽，产生的蒸汽在汽轮机中做功并带动发电机转动发电。抛物面槽式聚光集热器是一种线聚焦集热器，聚光比通常在10～100之间，集热器中的介质温度通常在600℃以下。其优势在于集热装置规模相对较小，且布置在地面上，安装和维护都较为方便。目前国内关于槽式太阳能热发电系统的研究主要集中在聚光装置跟踪控制技术和系统性能研究方面。

3.2塔式系统

塔式太阳能集热系统在集热塔安装集热器，通过集热塔周围的定日镜将太阳能聚集到集热塔顶部集热器腔体内，加热工质产生高温蒸汽推动汽轮机做功发电。由于塔式发电系统中定日镜数量很大，其聚光比可达到1500，集热器腔体温度可达到1200℃以上。由于其聚光倍数高、热转化效率高等优势，塔式太阳能发电系统可实现大功率发电。目前国内关于塔式太阳能热发电系统的研究主要集中在定日镜场的优化和集热器性能研究方面。

3.3碟式系统

碟式太阳能热发电系统也称为盘式系统。采用碟状抛物面聚光集热器，将太阳能汇聚到接收器中，一般在焦点中安装斯特林发动机发电。碟式太阳能热发电系统属于点聚焦集热器，其聚光比可以高达3000以上。目前碟式太阳能热发电系统是目前效率最高的太阳能发电系统，系统占地面积小，运行灵活。但由于斯特林发动机关键技术难度大、投资成本高等原因，目前仍处于试验示范阶段，目前碟式太阳能热发电技术应用的主要难点在于斯特林发动机的研制和生产，核心是斯特林发动机的控制技术。

4光热发电发展策略分析

4.1加强研发投入，掌握光热发电关键技术

积极参与国际交流，学习国外尤其是美国、西班牙等国家对于大规模光热电站运营维护的技术与经验。同时尝试商业化运营，实现光热发电规模化，建造中等甚至大规模光热电站，探索开发、设计、施工调试、运维经验，为我国未来建设大规模光热电站做好技术及经验准备。从国际研发热门技术来看，控制系统、涂层、辐射吸收材料、聚光镜、热循环等技术是专利申请数量较多的研究热点，因此建设关键设备检测实验室，如集热管热学测试集热管光学性能测试、聚光镜光学性能测试、镜面对焦精度测试等是目前适应科研及市场需求的重要一步。

4.2采用光热与光伏、光热与燃煤燃气相结合方式

我国燃煤电厂承担了很大一部分发电任务，而部分燃煤电厂机组落后，发电效率较低。与单一形式太阳能发电相比，联合太阳能发电形式能够体现出更高的运行效率，减少更多的二氧化碳排放量。部分有条件的发电企业可以采用光热-燃气、光热-煤电、光热-光伏等多种光热联合发电形式。

4.3加强光热电站的规划

未来光热发电装机容量必将逐年增加，电能的大规模存储尚未解决，仅仅靠光热电站单方面的储能设备难以将大量的电能完全存储，所以，必须加强科学统一规划。电力部门需要做好发电预测工作，考虑负荷的变化曲线与变化趋势，制定有实际可操作性的光热发电近期、中期和长期规划，实现高参数、大容量、连续发电，在保证电能质量的同时，减少对光热发电及其他新能源发电的浪费。在光热电站选址问题上，优先考虑年日照小时数大于2500h的西北部地区，这些地区日照充足，而且人口密度较小，地势以高原盆地为主，聚光镜产生的光照散射对建筑、环境影响不大。但风沙的侵蚀可能会对聚光镜面和控制设备造成一定的影响，在这些地区建设光热电站时，应充分考虑当地环境因素，提供专门的防风沙保护措施，提高电站使用寿命。

4.4完善输电网络建设

我国目前正在大力建设能够远距离大容量输送电能的特高压输电网络，其目的就是为了解决我国能源资源与用电负荷分布不均衡，推动能源的高效开发与利用。到2020年，将以“三华”特高压同步电网为中心，为大型可再生能源基地提供可靠的电力输送通道。在加强建设特高压输电网络的同时，国家电网公司也在进行各级电网的改造升级，提供满足时代需求的现代化坚强智能电网。这对将来大规模清洁能源的发展无疑是巨大的利好，现阶段矛盾突出的弃光弃电现象将得到有效缓解。

4.5开放市场，引入竞争，完善电价机制

目前，各国光热电价均为政府指导电价，尚未形成市场竞争电价。中国光热发电尚处于起步阶段，尚未达到一定规模，所以开发建设成本相对较高。在这种情况下，在相当长的一段时间内光热电价必将高于现有其他形式电价，这就使得政府的作用更加重要政府可以出台补贴政策以扶持光热发电产业，如按发电量给予定额补贴等，这在光伏产业已经有一些成功的先例。此外，光热的另一个优势在于清洁环保，在现有电价机制中，没有体现新能源尤其是风电、光电的环保特性。因此，可以将光热发电的环保价值折算在电价中，这样可充分发挥光热发电的竞争力。

5.结束语

近年来，随着全球气候变化和环境污染问题的日益严峻，与人类生存密切相关的能源环境问题在世界范围内受到了越来越多的关注。其中，风能、太阳能等可再生能源发电技术的研究与应用对减少对化石燃料等一次能源的依赖、节能减排、保护环境具有重要的意义。太能发电技术成为了目前可再生能源发电技术的主要形式之太阳阳能具有取之不尽、用之不竭、绿色环保的优势和特点，因此,太阳能发电技术成为了目前可再生能源发电技术的主要形式之一。

参考文献:

[1]陈海飞.高倍聚光光伏光热综合利用系统的理论和实验研究[D].科学技术大学，2014.

[2]胡永生.太阳能与燃煤机组互补电站热力特性与集成机理研究[D].华北电力大学，2014.

[3]罗波.太阳能热发电站热力系统动态特性仿真[D].重庆大学，2014.

[4]蒋金.碟式光热发电装置反射盘加工设备的设计[D].华北电力大学，2014.