太陽能光熱發電

太陽能光熱發電是新能源利用的一個重要方向。主要形式有槽式、塔式，碟式（盤式）三種系統。光熱發電最大的優勢在於電力輸出平穩，可做基礎電力、可做調峰；另外其成熟可靠的儲能（儲熱）配置可以在夜間持續發電。

基本介紹

• 中文名：太陽能光熱發電
• 外文名：Solar thermal power generation
• 形式：槽式、塔式，菲涅爾式，碟式
• 方向：新能源利用
• 優勢：儲能；電力平穩
• 特點：單獨使用太陽能運行

概述

太陽能光熱發電是指：利用大規模陣列拋物或碟形鏡面收集太陽熱能，通過換熱裝置提供蒸汽，結合傳統汽輪發電機的工藝，從而達到發電的目的。採用太陽能光熱發電技術，避免了昂貴的矽晶光電轉換工藝，可以大大降低太陽能發電的成本。而且，這種形式的太陽能利用還有一個其他形式的太陽能轉換所無法比擬的優勢，即太陽能所燒熱的水可以儲存在巨大的容器中，在太陽落山後幾個小時仍然能夠帶動汽輪發電。

形式

一般來說，太陽能光熱發電形式有槽式、塔式，碟式（盤式）三種系統 。

槽式系統

槽式太陽能熱發電系統全稱為槽式拋物面反射鏡太陽能熱發電系統，是將多個槽型拋物面聚光集熱器經過串並聯的排列，加熱工質，產生高溫蒸 汽，驅動汽輪機發電機組發電。

20世紀80年代初期，以色列和美國聯合組建了LUZ太陽能熱發電國際有限公司。從成立開始，該公司集中力量研究開發槽式拋物面聚光反射鏡太陽能熱發電系統。從1985年-1991年的6年間，在美國加州沙漠相繼建成了9座槽式太陽能熱發電站，總裝機容量353.8MW，並投入網營運。經過努力，電站的初次投資由1號電站的4490美元/KW降到8號電站的2650美元/kW，發電成本從24美分/KWh降到8美分/KWh。

為繼續推動太陽能熱發電的發展，以色列、德國和美國幾家公司進行使用，他們計畫在美國內華達州建造兩座80MW槽式太陽能熱電站，兩座100MW太陽能與燃氣輪機聯合循環電站。在西班牙和摩洛哥分別建造135MW和18MW 太陽能熱發電站各一座。

建於西班牙的Acurex槽式太陽能熱發電系統，藉助槽形拋物面聚光器將太陽光聚焦反射到接收聚熱管上，通過管內熱載體將太陽光聚焦反射到接收聚熱管上，通過管內熱載體將水加熱成蒸汽，推動汽輪機發電。作為太陽能量不足時的備用，系統配備有一個輔助燃燒爐，用天然氣或燃油來產生蒸汽。

要提高槽式太陽能熱發電系統的效率與正常運行，涉及到兩個方面的控制問題，一個是自動跟蹤裝置，要求使得槽式聚光器時刻對準太陽，以保證從源頭上最大限度的吸收太陽能，據統計跟蹤比非跟蹤所獲得的能量要高出37.7%。另外一個是要控制傳熱液體迴路的溫度與壓力，滿足汽輪機的要求實現系統的正常發電。針對這兩個控制問題，國內外學者都展開了研究，取得了一定的研究進展。

目前，德州華園新能源套用技術研究所與中科院電工所、清華大學等科研單位聯手研製開發的槽式太陽能中高溫熱利用系統，設備結構簡單、而且安裝方便，整體使用壽命可達20年，可以很好的套用於槽式太陽能熱發電系統。由於太陽能反射鏡是固定在地上的，所以不僅能更有效地抵禦風雨的侵蝕破壞，而且還大大降低了反射鏡支架的造價。更為重要的是，該設備技術突破了以往一套控制裝置只能控制一面反射鏡的限制。採用菲涅爾凸透鏡技術可以對數百面反射鏡進行同時跟蹤，將數百或數千平方米的陽光聚焦到光能轉換部件上（聚光度約50倍，可以產生三、四的高溫），改變了以往整個工程造價大部分為跟蹤控制系統成本的局面，使其在整個工程造價中只占很小的一部分。同時對集熱核心部件鏡面反射材料，以及太陽能中高溫直通管採取國產化市場化生產，降低了成本，並且在運輸安裝費用上降低大量費用。 這兩項突破徹底克服了長期制約槽式太陽能在中高溫領域內大規模套用的技術障礙，為實現太陽能中高溫設備製造標準化和產業化規模化運作開闢了廣闊的道路。

塔式系統

1973年，世界性石油危機的爆發刺激了人們對太陽能技術的研究與開發。相對於太陽能電池的價格昂貴、效率較低，太陽能熱發電的效率較高、技術比較成熟。許多工業已開發國家，都將太陽能熱發電技術作為國家研究開發的重點。從1981-1991年10年間，全世界建造了裝機容量500kW以上的各種不同形式的兆瓦級太陽能熱發電試驗電站余座，其中主要形式是塔式電站，最大發電功率為80MW。由於單位容量投資過大，且降低造價十分困難，因此太陽能熱發電站的建設逐漸冷落下來。

但對塔式太陽能熱發電的研究開發並未完全中止。1980年美國在加州建成太陽I號塔式太陽能熱發電站，裝機容量10MW。經過一段時間試驗運行後，在此基礎上又建造了太陽II號塔式太陽能熱發電站，並於1996年1月投入試驗運行。

碟式（盤式）系統

盤式（又稱碟式）太陽能熱發電系統是世界上最早出現的太陽能動力系統。近年來，盤式太陽能熱發電系統主要開發單位功率質量比更小的空間電源。盤式太陽能熱發電系統套用於空間，與光伏發電系統相比，具有氣動阻力低、發射質量小和運行費用便宜等優點，美國從1988年開始進行可行性研究，計畫在近期進行發射試驗。例如，1983年美國加州噴氣推進試驗室完成的盤式斯特林太陽能熱發電系統，其聚光器直徑為11m，最大發電功率為24.6 kW，轉換效率為29%。1992年德國一家工程公司開發的一種盤式斯特林太陽能熱發電系統的發電功率為9kW，到1995年3月底，累計運行了17000h，峰值淨效率20%，月淨效率16%，該公司計畫用100台這樣的發電系統組建一座MW的盤式太陽能熱發電示範電站。

盤式（又稱碟式）太陽能熱發電系統（拋物面反射鏡斯特林系統）是由許多鏡子組成的拋物面反射鏡組成，接收在拋物面的焦點上，接收器內的傳熱工質被加熱到750℃左右，驅動發動機進行發電。

美國熱發電計畫與Cummins公司合作，1991年開始開發商用的7千瓦碟式/斯特林發電系統，5年投入經費1800萬美元。1996年Cummins向電力部門和工業用戶交付7台碟式發電系統，計畫1997年生產25台以上。Cummins預計10年後年生產超過1000台。該種系統適用於邊遠地區獨立電站。

美國熱發電計畫還同時開發25千瓦的碟式發電系統。25千瓦是經濟規模，因此成本更加低廉，而且適用於更大規模的離網和併網套用。1996年在電力部門進行實驗，1997年開始運行。

商業化前景

以上三種系統性能比較。三種系統目前只有槽式線聚焦系統實現了商業化，其他兩種處在示範階段，有實現商業化的可能和前景。三種系統均可單獨使用太陽能運行，安裝成燃料混合（如與天然氣、生物質氣等）互補系統是其突出的優點。

就幾種形式的太陽熱發電系統相比較而言，槽式熱發電系統是最成熟，也是達到商業化發展的技術，塔式熱發電系統的成熟度目前不如拋物面槽式熱發電系統，而配以斯特林發電機的拋物面盤式熱發電系統雖然有比較優良的性能指標，但目前主要還是用於邊遠地區的小型獨立供電，大規模套用成熟度則稍遜一籌。應該指出，槽式、塔式和盤式太陽能光熱發電技術同樣受到世界各國的重視，並正在積極開展工作。