槽式太陽能熱發(fā)電

槽式發(fā)電是最早實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。右圖為一個(gè)槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。它采用大面積的槽式拋物面反射鏡將太陽光聚焦反射到線形接收器（集熱管）上，通過管內(nèi)熱載體將水加熱成蒸汽，同時(shí)在熱轉(zhuǎn)換設(shè)備中產(chǎn)生高壓、過熱蒸汽，然后送入常規(guī)的蒸氣渦輪發(fā)電機(jī)內(nèi)進(jìn)行發(fā)電。槽式拋物面太陽能發(fā)電站的功率為10~1000 MW，是目前所有太陽能熱發(fā)電站中功率最大的。通常接收太陽光的采光板采用模塊化布局，許多采光板通過串并聯(lián)的方式，均勻的分布在南北軸線方向。為了保證發(fā)電的穩(wěn)定性，通常在發(fā)電系統(tǒng)中加入化石燃料發(fā)電機(jī)。當(dāng)太陽光不穩(wěn)定的時(shí)候，化石燃料發(fā)電機(jī)補(bǔ)充發(fā)電，來保證發(fā)電的穩(wěn)定性和實(shí)用性。一些國家已經(jīng)建立起示范裝置，對槽式發(fā)電技術(shù)進(jìn)行深入的研究。西班牙50MW槽式熱發(fā)電站早在1973年石油危機(jī)的前幾百年就開始了利用太陽光開發(fā)可再生能源的研究工作了，石油危機(jī)的爆發(fā)觸發(fā)了可再生能源的近代發(fā)展。最早的試驗(yàn)是19世紀(jì)60年代，Auguste Mouchout的以太陽能為動力的第一輛汽車，在一玻璃封閉的鐵釜內(nèi)生產(chǎn)蒸汽來驅(qū)動汽車。19世紀(jì)80年代，美國人John Ericsson采用槽式拋物面太陽能集熱裝置驅(qū)動了一臺熱風(fēng)機(jī)。接著在20世紀(jì)初，AubreyEneas的第一輛商業(yè)化的太陽能汽車出現(xiàn)了。1907年，德國阿倫的Wilhelm Meier博士和斯圖加特的Adolf Remshardt，申報(bào)了一項(xiàng)用槽式拋物面太陽能集熱裝置生產(chǎn)蒸汽的專利，他們采用拋物槽式接受器吸收太陽輻射，直接產(chǎn)生蒸汽來發(fā)電。1912年Shumann和Boys在這個(gè)專利的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一臺用槽式拋物面太陽能集熱裝置生產(chǎn)蒸汽驅(qū)動45kW的蒸汽馬達(dá)泵，集熱裝置長62m，光線總通徑寬度4m，總通徑面積1200 m.1916年德國議會還批準(zhǔn)撥款20萬馬克，在西南非洲領(lǐng)地進(jìn)行槽式拋物面太陽能集熱裝置示范試驗(yàn)，遺憾的是由于第一次世界大戰(zhàn)的爆發(fā)和近東地區(qū)石油的發(fā)現(xiàn)，阻礙了這項(xiàng)計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)。

1977年發(fā)生石油危機(jī)以后，對槽式拋物面太陽能集熱裝置的興趣被重新激起。在這期間，美國能源部（DOE）和聯(lián)邦德國研究和技術(shù)部都在資助裝有槽式拋物面太陽能集熱器的加熱裝置和水泵系統(tǒng)的發(fā)展。國際能源機(jī)構(gòu)（IEM）的9個(gè)成員國共同參與了一項(xiàng)總功率為500kW示范試驗(yàn)，該示范試驗(yàn)項(xiàng)目于1981年投入運(yùn)營；Acurex公司的10000m系統(tǒng)也于1977年至1982年在美國的一臺示范裝置上裝機(jī)使用。

1991年加利福尼亞的槽式拋物面太陽能熱利用發(fā)電站的運(yùn)營成功，促進(jìn)了南歐和其他擁有豐富太陽輻射的發(fā)展中國家太陽能熱利用計(jì)劃的開展。1998年以來，由歐盟支持的DISS（Direct Solar Steam）計(jì)劃和Euro Trough計(jì)劃，以及西班牙和摩洛哥研究計(jì)劃，啟動了歐洲槽式拋物面太陽能技術(shù)的發(fā)展。2000年德國聯(lián)邦議會決定，為太陽能發(fā)電實(shí)施一項(xiàng)3年投資計(jì)劃，計(jì)劃資金的三分之二用于槽式拋物面太陽能熱發(fā)電項(xiàng)目。

隨著制造工藝的不斷改進(jìn)，建造費(fèi)用由5976美元/KW降低到3011美元/kW，發(fā)電成本由26.3美分/KWh降低到世界槽式太陽能熱發(fā)電站列表了12美分/kWh.當(dāng)發(fā)電成本降到8美分/KWh時(shí)，太陽能熱發(fā)電可與常規(guī)礦物能源發(fā)電相媲美。隨著熱能存儲設(shè)備的加入，可使槽式發(fā)電的效率比最初提高7%，可使一個(gè)80MW的發(fā)電站的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到13.8%.熱能存儲設(shè)備可以存儲剩余的熱量，保證發(fā)電的平穩(wěn)，同時(shí)它也為獨(dú)立的太陽能發(fā)電提供了保障。

當(dāng)前正在發(fā)展的技術(shù)方向?yàn)橹苯诱羝―SG）技術(shù)。典型的PTC發(fā)電廠動力范圍30-150MW，工作溫度約為400°C.如圖所示為2013年世界上太陽能槽式發(fā)電站列表。

與國外對槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)在材料、設(shè)計(jì)、工藝及理論方面進(jìn)行了長達(dá)20多年的研究相比，我國太陽能熱發(fā)電起步較晚。在太陽能熱發(fā)電領(lǐng)域中，涉及槽式太陽能熱發(fā)電中的關(guān)鍵技術(shù)是聚光集熱裝置，其中聚光鏡片、跟蹤驅(qū)動裝置、線聚焦集熱管是實(shí)現(xiàn)槽式太陽能順利發(fā)電的三項(xiàng)核心技術(shù)。在我國，大力發(fā)展槽式太陽能熱發(fā)電是當(dāng)前階段比較符合國內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向。我國是世界上最大的低溫?zé)崴魃a(chǎn)大國，在真空管的技術(shù)上已經(jīng)掌握了國際領(lǐng)先技術(shù)，玻璃熱彎與鍍銀技術(shù)處于世界先進(jìn)水平。槽式熱發(fā)電的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)已經(jīng)存在，上下游產(chǎn)品供應(yīng)也可以得到保障。其中由德州華園新能源應(yīng)用技術(shù)研究所掌握核心技術(shù)參與的，包括國內(nèi)外數(shù)個(gè)熱發(fā)電站依照規(guī)格合計(jì)可達(dá)900MW，這些國內(nèi)外項(xiàng)目的成功實(shí)施，也必將為我國其它地區(qū)實(shí)施太陽能熱發(fā)電站提供經(jīng)驗(yàn)，為我國更多更快建設(shè)太陽能熱發(fā)電站作出貢獻(xiàn)。