孟建軍

(新疆太陽能科技開發公司  新疆  830011)

摘要: 太陽能是用之不竭的可再生清潔能源，有效利用太陽能光熱發電可減少對煤炭、石油、天然氣等化石能源的依賴。目前中國的太陽能利用形式主要為中低溫熱利用和光伏發電，中高溫熱利用起步較晚，尚未完成商業化。太陽能熱發電是利用大規模太陽鏡場將太陽能聚集起來，產生高溫蒸汽驅動汽輪機發電的技術，相比于其它太陽能利用形式，能較好地解決太陽能不穩定、不持續的弱點，有利于太陽能的大規模利用。按照太陽能鏡場的集熱方式，太陽能熱發電主要分為拋物槽式太陽能熱發電、塔式太陽能熱發電和碟式太陽能熱發電，此外還可將太陽能熱發電技術與常規能源集成，目前有太陽能燃煤互補電站和太陽能燃氣互補電站。太陽能光熱發電技術是太陽能利用的重要方式，在未來有廣闊的發展前景。

關鍵詞: 太陽能;光熱發電;技術發展

1.光熱發電的工作原理

太陽能光熱發電的基本原理與常規火力發電相似，它主要利用大規模陣列鏡面聚太陽熱能，通過換熱裝置加熱產生蒸汽，然后驅動熱發電的工作原理太傳統的汽輪發電機產生電能。光熱發電涉及光一熱一電之間的轉換，包括以下幾個過程:光的捕獲與轉換過程、熱量吸收與傳遞過程、熱量儲存與交換過程、熱電轉換過程。相比光伏發電而言，太陽能光熱發電技術不需要昂貴的晶硅光電轉換工藝，同時具有較高的發電效率。另外，利用相對成熟的熱存儲技術，可以存儲部分熱能，到了晚上，利用蓄熱發電。

2國內外太陽能光熱發電產業現狀

西班牙Andasol槽式光熱電站是歐洲第一個商業化光熱發電站，由3個50MW裝機的項目組成，目前已經全部建成投運。于2011年建成的全球首個20MW塔式熔鹽電站Gemasolar電站，首次實現了24h全天候發電，取得了很好的示范效果，美國能源部SunShot計全大候劃對光熱發電的研發目標是到2020年實現75%的成本削減，將發電價格降至6美分/(kW·h)甚至更低的水平，這個價格將使太陽能光熱發電擁有與傳統火電相競爭的能力。中國正處于光熱發電的起步階段，大多電站尚處于科學實驗階段，距離商業化并網運行還有一段距離。亞洲首座塔式太陽能熱發電站位于八達嶺長城腳下，是中科院電工研究所延慶八達嶺塔式太陽能聚光光熱發電實驗電站，實驗不斷取得積極進展，已于2012年8月9號成功進行了發電實驗。自此，我國成為繼美國、德國、西班牙之后第四個掌握大型太陽能熱發電站有關技術的國家。2013年7月，我國首座太陽能光熱發電站在青海并網發電，標志著我國自主研發的太陽能光熱發電技術進入初級商業化運行階段。2014年8月3號，敦煌開建亞洲首座熔鹽塔式光熱電站，項目總裝機110MW。此次開工建設的為一期10MW示范電站，配15h超長儲熱系統，預計年發電小時數達000h以上。該項目的建設，將為熔鹽塔式技術在中國的大規模商業化應用奠定重要基礎。

3.技術類型、特點與存在問題

3.1槽式系統

槽式系統主要是把太陽光聚焦到管狀集熱器，加熱帶有真空玻璃罩的管內介質(多為導熱油)。工質在吸收足夠熱量之后，在經過油水換熱器時與其中的水進行換熱，將水加熱成為過熱蒸汽，產生的蒸汽在汽輪機中做功并帶動發電機轉動發電。拋物面槽式聚光集熱器是一種線聚焦集熱器，聚光比通常在10～100之間，集熱器中的介質溫度通常在600℃以下。其優勢在于集熱裝置規模相對較小，且布置在地面上，安裝和維護都較為方便。目前國內關于槽式太陽能熱發電系統的研究主要集中在聚光裝置跟蹤控制技術和系統性能研究方面。

3.2塔式系統

塔式太陽能集熱系統在集熱塔安裝集熱器，通過集熱塔周圍的定日鏡將太陽能聚集到集熱塔頂部集熱器腔體內，加熱工質產生高溫蒸汽推動汽輪機做功發電。由于塔式發電系統中定日鏡數量很大，其聚光比可達到1500，集熱器腔體溫度可達到1200℃以上。由于其聚光倍數高、熱轉化效率高等優勢，塔式太陽能發電系統可實現大功率發電。目前國內關于塔式太陽能熱發電系統的研究主要集中在定日鏡場的優化和集熱器性能研究方面。

3.3碟式系統

碟式太陽能熱發電系統也稱為盤式系統。采用碟狀拋物面聚光集熱器，將太陽能匯聚到接收器中，一般在焦點中安裝斯特林發動機發電。碟式太陽能熱發電系統屬于點聚焦集熱器，其聚光比可以高達3000以上。目前碟式太陽能熱發電系統是目前效率最高的太陽能發電系統，系統占地面積小，運行靈活。但由于斯特林發動機關鍵技術難度大、投資成本高等原因，目前仍處于試驗示范階段，目前碟式太陽能熱發電技術應用的主要難點在于斯特林發動機的研制和生產，核心是斯特林發動機的控制技術。

4光熱發電發展策略分析

4.1加強研發投入，掌握光熱發電關鍵技術

積極參與國際交流，學習國外尤其是美國、西班牙等國家對于大規模光熱電站運營維護的技術與經驗。同時嘗試商業化運營，實現光熱發電規模化，建造中等甚至大規模光熱電站，探索開發、設計、施工調試、運維經驗，為我國未來建設大規模光熱電站做好技術及經驗準備。從國際研發熱門技術來看，控制系統、涂層、輻射吸收材料、聚光鏡、熱循環等技術是專利申請數量較多的研究熱點，因此建設關鍵設備檢測實驗室，如集熱管熱學測試集熱管光學性能測試、聚光鏡光學性能測試、鏡面對焦精度測試等是目前適應科研及市場需求的重要一步。

4.2采用光熱與光伏、光熱與燃煤燃氣相結合方式

我國燃煤電廠承擔了很大一部分發電任務，而部分燃煤電廠機組落后，發電效率較低。與單一形式太陽能發電相比，聯合太陽能發電形式能夠體現出更高的運行效率，減少更多的二氧化碳排放量。部分有條件的發電企業可以采用光熱-燃氣、光熱-煤電、光熱-光伏等多種光熱聯合發電形式。

4.3加強光熱電站的規劃

未來光熱發電裝機容量必將逐年增加，電能的大規模存儲尚未解決，僅僅靠光熱電站單方面的儲能設備難以將大量的電能完全存儲，所以，必須加強科學統一規劃。電力部門需要做好發電預測工作，考慮負荷的變化曲線與變化趨勢，制定有實際可操作性的光熱發電近期、中期和長期規劃，實現高參數、大容量、連續發電，在保證電能質量的同時，減少對光熱發電及其他新能源發電的浪費。在光熱電站選址問題上，優先考慮年日照小時數大于2500h的西北部地區，這些地區日照充足，而且人口密度較小，地勢以高原盆地為主，聚光鏡產生的光照散射對建筑、環境影響不大。但風沙的侵蝕可能會對聚光鏡面和控制設備造成一定的影響，在這些地區建設光熱電站時，應充分考慮當地環境因素，提供專門的防風沙保護措施，提高電站使用壽命。

4.4完善輸電網絡建設

我國目前正在大力建設能夠遠距離大容量輸送電能的特高壓輸電網絡，其目的就是為了解決我國能源資源與用電負荷分布不均衡，推動能源的高效開發與利用。到2020年，將以“三華”特高壓同步電網為中心，為大型可再生能源基地提供可靠的電力輸送通道。在加強建設特高壓輸電網絡的同時，國家電網公司也在進行各級電網的改造升級，提供滿足時代需求的現代化堅強智能電網。這對將來大規模清潔能源的發展無疑是巨大的利好，現階段矛盾突出的棄光棄電現象將得到有效緩解。

4.5開放市場，引入競爭，完善電價機制

目前，各國光熱電價均為政府指導電價，尚未形成市場競爭電價。中國光熱發電尚處于起步階段，尚未達到一定規模，所以開發建設成本相對較高。在這種情況下，在相當長的一段時間內光熱電價必將高于現有其他形式電價，這就使得政府的作用更加重要政府可以出臺補貼政策以扶持光熱發電產業，如按發電量給予定額補貼等，這在光伏產業已經有一些成功的先例。此外，光熱的另一個優勢在于清潔環保，在現有電價機制中，沒有體現新能源尤其是風電、光電的環保特性。因此，可以將光熱發電的環保價值折算在電價中，這樣可充分發揮光熱發電的競爭力。

5.結束語

近年來，隨著全球氣候變化和環境污染問題的日益嚴峻，與人類生存密切相關的能源環境問題在世界范圍內受到了越來越多的關注。其中，風能、太陽能等可再生能源發電技術的研究與應用對減少對化石燃料等一次能源的依賴、節能減排、保護環境具有重要的意義。太能發電技術成為了目前可再生能源發電技術的主要形式之太陽陽能具有取之不盡、用之不竭、綠色環保的優勢和特點，因此,太陽能發電技術成為了目前可再生能源發電技術的主要形式之一。

參考文獻:

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