分布式太陽能熱發(fā)電

早在1973年石油危機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，石油危機的爆發(fā)觸發(fā)了可再生能源的近代發(fā)展。最早的試驗是19世紀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)動了一臺熱風機。接著在20世紀初，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，申報了一項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在這個專利的基礎(chǔ)上設(shè)計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年德國議會還批準撥款20萬馬克，在西南非洲領(lǐng)地進行槽式拋物面太陽能集熱裝置示范試驗，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)，阻礙了這項計劃的實現(xiàn)。

1977年發(fā)生石油危機以后，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。國際能源機構(gòu)(IEM)的9個成員國共同參與了一項總功率為500kW示范試驗，該示范試驗項目于1981年投入運營；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)電站的運營成功，促進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劃的開展。1998年以來，由歐盟支持的DISS (Direct Solar Steam)計劃和Euro Trough 計劃，以及西班牙和摩洛哥研究計劃，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)電實施一項3年投資計劃，計劃資金的三分之二用于槽式拋物面太陽能熱發(fā)電項目。

隨著制造工藝的不斷改進，建造費用由5976美元/KW降低到3011美元/kW，發(fā)電成本由26.3美分/KWh降低到了12美分/kWh。當發(fā)電成本降到8美分/KWh時，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80MW的發(fā)電站的光電轉(zhuǎn)換效率達到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)，同時它也為獨立的太陽能發(fā)電提供了保障。

當前正在發(fā)展的技術(shù)方向為直接蒸汽（DSG）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。

人類利用太陽能雖然已有3000多年的歷史，但把太陽能作為一種能源和動力加以利用，卻只有不到400年的歷史。自17世紀初以來可以按照太陽能利用發(fā)展和應用的狀況，把現(xiàn)代世界太陽能利用的發(fā)展過程大致劃分為8個階段。

近代太陽能利用的歷史，一般從1615年法國工程師所羅門，德·考克斯發(fā)明世界上第一臺利用太陽能驅(qū)動的抽水泵算起；1901～1920年這一階段世界太陽能研究的重點，仍然是太陽能動力裝置。但采用的聚光方式多樣化，并開始采用平板式集熱器和低沸點工質(zhì)；1921～1945年由于化石燃料的大量開采應用及爆發(fā)了第二次世界大戰(zhàn)的影響，此階段太陽能利用的研究開發(fā)處于低潮，參加研究工作的人數(shù)和研究項目及研究資金大為減少；1946～1965年這一階段，太陽能利用的研究開始復蘇，加強了太陽能基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)材料的研究，在太陽能利用的各個方面都有較大進展；1966～1973年此階段由于太陽能利用技術(shù)還不成熟，尚處于成長階段，世界太陽能利用工作停滯不前，發(fā)展緩慢；1973～1980年這一時期爆發(fā)的中東戰(zhàn)爭引發(fā)了西方國家的“石油危機”，使得越來越多的國家和有識之士意識到，現(xiàn)時的能源結(jié)構(gòu)必須改變，應加速向新的能源結(jié)構(gòu)過渡，客觀上使這一階段成了太陽能利用前所未有的大發(fā)展時期；1981～1991年由于世界石油價格大幅度回落，而太陽能產(chǎn)品價格居高不下，缺乏競爭力，太陽能利用技術(shù)無重大突破；1992年至今為第八階段，1992年6月聯(lián)合國“世界環(huán)境與發(fā)展大會”在巴西召開之后，世界各國加強了對清潔能源技術(shù)的研究開發(fā)，使太陽能的開發(fā)利用工作走出低谷，得到越來越多國家的重視和加強。

分布式太陽能熱發(fā)電又叫槽式發(fā)電，是最早實現(xiàn)商業(yè)化的太陽能熱發(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)電機內(nèi)進行發(fā)電。槽式拋物面太陽能發(fā)電站的功率為10~1000 MW，是所有太陽能熱發(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。當太陽光不穩(wěn)定的時候，化石燃料發(fā)電機補充發(fā)電，來保證發(fā)電的穩(wěn)定性和實用性。一些國家已經(jīng)建立起示范裝置，對槽式發(fā)電技術(shù)進行深入的研究。

實驗電站

亞洲首座太陽能熱發(fā)電實驗電站——歷經(jīng)6年科研攻關(guān)和施工建設(shè)，我國首個、亞洲最大的塔式太陽能熱發(fā)電電站——八達嶺太陽能熱發(fā)電實驗電站在延慶建成，并于2012年8月成功發(fā)電。這也使我國成為繼美國、西班牙、以色列之后，世界上第四個掌握太陽能熱發(fā)電技術(shù)的國家。

作為國家“863”計劃重點項目，整個項目研發(fā)從2006年年底啟動，實驗電站部分于2009年7月破土動工。由于國內(nèi)沒有先例，項目開始時沒有技術(shù)參數(shù)、設(shè)計規(guī)范，光是定日鏡的設(shè)計，就經(jīng)歷了四代研究才最后定型。

該實驗電站位于八達嶺鎮(zhèn)大浮坨村，熱發(fā)電實驗基地占地208畝，基地內(nèi)包括一個高119米的集熱塔和100面共1萬平方米的定日鏡。此次集熱塔正式竣工后，原來被放置在鋼塔上的吸熱器被成功安裝到集熱塔塔頂，正式投入使用。

2013年6月，該電站發(fā)電可并入國家電網(wǎng)。下半年，電站還將開始建設(shè)1兆瓦槽式熱發(fā)電系統(tǒng)，投入使用后，發(fā)電量將進一步增加。 2100433B