太陽能光熱發(fā)電商業(yè)化前景

以上三種系統(tǒng)性能比較。三種系統(tǒng)只有槽式線聚焦系統(tǒng)實現(xiàn)了商業(yè)化，其他兩種處在示范階段，有實現(xiàn)商業(yè)化的可能和前景。三種系統(tǒng)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(zhì)氣等）互補系統(tǒng)是其突出的優(yōu)點。

就幾種形式的太陽熱發(fā)電系統(tǒng)相比較而言，槽式熱發(fā)電系統(tǒng)是最成熟，也是達到商業(yè)化發(fā)展的技術，塔式熱發(fā)電系統(tǒng)的成熟度不如拋物面槽式熱發(fā)電系統(tǒng)，而配以斯特林發(fā)電機的拋物面盤式熱發(fā)電系統(tǒng)雖然有比較優(yōu)良的性能指標，但主要還是用于邊遠地區(qū)的小型獨立供電，大規(guī)模應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(fā)電技術同樣受到世界各國的重視，并正在積極開展工作。2100433B

一般來說，太陽能光熱發(fā)電形式有槽式、塔式，碟式（盤式）三種系統(tǒng) 。

太陽能光熱發(fā)電槽式系統(tǒng)

槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)全稱為槽式拋物面反射鏡太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，是將多個槽型拋物面聚光集熱器經(jīng)過串并聯(lián)的排列，加熱工質(zhì)，產(chǎn)生高溫蒸 汽，驅(qū)動汽輪機發(fā)電機組發(fā)電。

20世紀80年代初期，以色列和美國聯(lián)合組建了LUZ太陽能熱發(fā)電國際有限公司。從成立開始，該公司集中力量研究開發(fā)槽式拋物面聚光反射鏡太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。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(fā)電站，總裝機容量353.8MW，并投入網(wǎng)營運。經(jīng)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(fā)電成本從24美分/KWh降到8美分/KWh。

為繼續(xù)推動太陽能熱發(fā)電的發(fā)展，以色列、德國和美國幾家公司進行使用，他們計劃在美國內(nèi)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(lián)合循環(huán)電站。在西班牙和摩洛哥分別建造135MW和18MW 太陽能熱發(fā)電站各一座。

建于西班牙的Acurex槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，借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(nèi)熱載體將太陽光聚焦反射到接收聚熱管上，通過管內(nèi)熱載體將水加熱成蒸汽，推動汽輪機發(fā)電。作為太陽能量不足時的備用，系統(tǒng)配備有一個輔助燃燒爐，用天然氣或燃油來產(chǎn)生蒸汽。

要提高槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)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(jù)統(tǒng)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回路的溫度與壓力，滿足汽輪機的要求實現(xiàn)系統(tǒng)的正常發(fā)電。針對這兩個控制問題，國內(nèi)外學者都展開了研究，取得了一定的研究進展。

德州華園新能源應用技術研究所與中科院電工所、清華大學等科研單位聯(lián)手研制開發(fā)的槽式太陽能中高溫熱利用系統(tǒng)，設備結構簡單、而且安裝方便，整體使用壽命可達20年，可以很好的應用于槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。由于太陽能反射鏡是固定在地上的，所以不僅能更有效地抵御風雨的侵蝕破壞，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。采用菲涅爾凸透鏡技術可以對數(shù)百面反射鏡進行同時跟蹤，將數(shù)百或數(shù)千平方米的陽光聚焦到光能轉(zhuǎn)換部件上（聚光度約50倍，可以產(chǎn)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(tǒng)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采取國產(chǎn)化市場化生產(chǎn)，降低了成本，并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(nèi)大規(guī)模應用的技術障礙，為實現(xiàn)太陽能中高溫設備制造標準化和產(chǎn)業(yè)化規(guī)?；\作開辟了廣闊的道路。

太陽能光熱發(fā)電塔式系統(tǒng)

1973年，世界性石油危機的爆發(fā)刺激了人們對太陽能技術的研究與開發(fā)。相對于太陽能電池的價格昂貴、效率較低，太陽能熱發(fā)電的效率較高、技術比較成熟。許多工業(yè)發(fā)達國家，都將太陽能熱發(fā)電技術作為國家研究開發(fā)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(fā)電試驗電站余座，其中主要形式是塔式電站，最大發(fā)電功率為80MW。由于單位容量投資過大，且降低造價十分困難，因此太陽能熱發(fā)電站的建設逐漸冷落下來。

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

太陽能光熱發(fā)電碟式（盤式）系統(tǒng)

盤式（又稱碟式）太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是世界上最早出現(xiàn)的太陽能動力系統(tǒng)。近年來，盤式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)主要開發(fā)單位功率質(zhì)量比更小的空間電源。盤式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)應用于空間，與光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，具有氣動阻力低、發(fā)射質(zhì)量小和運行費用便宜等優(yōu)點，美國從1988年開始進行可行性研究，計劃在近期進行發(fā)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(fā)電系統(tǒng)，其聚光器直徑為11m，最大發(fā)電功率為24.6 kW，轉(zhuǎn)換效率為29%。1992年德國一家工程公司開發(fā)的一種盤式斯特林太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電功率為9kW，到1995年3月底，累計運行了17000h，峰值凈效率20%，月凈效率16%，該公司計劃用100臺這樣的發(fā)電系統(tǒng)組建一座MW的盤式太陽能熱發(fā)電示范電站。

盤式（又稱碟式）太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)（拋物面反射鏡斯特林系統(tǒng)）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(nèi)的傳熱工質(zhì)被加熱到750℃左右，驅(qū)動發(fā)動機進行發(fā)電。

美國熱發(fā)電計劃與Cummins公司合作，1991年開始開發(fā)商用的7千瓦碟式/斯特林發(fā)電系統(tǒng)，5年投入經(jīng)費1800萬美元。1996年Cummins向電力部門和工業(yè)用戶交付7臺碟式發(fā)電系統(tǒng)，計劃1997年生產(chǎn)25臺以上。Cummins預計10年后年生產(chǎn)超過1000臺。該種系統(tǒng)適用于邊遠地區(qū)獨立電站。

美國熱發(fā)電計劃還同時開發(fā)25千瓦的碟式發(fā)電系統(tǒng)。25千瓦是經(jīng)濟規(guī)模，因此成本更加低廉，而且適用于更大規(guī)模的離網(wǎng)和并網(wǎng)應用。1996年在電力部門進行實驗，1997年開始運行。

太陽能光熱發(fā)電是指：利用大規(guī)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(tǒng)汽輪發(fā)電機的工藝，從而達到發(fā)電的目的。采用太陽能光熱發(fā)電技術，避免了昂貴的硅晶光電轉(zhuǎn)換工藝，可以大大降低太陽能發(fā)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(zhuǎn)換所無法比擬的優(yōu)勢，即太陽能所燒熱的水可以儲存在巨大的容器中，在太陽落山后幾個小時仍然能夠帶動汽輪發(fā)電。

《塔式太陽能光熱發(fā)電站設計關鍵技術》許繼剛，教授高工，華中科技大學博士畢業(yè)，中國能源建設集團科技發(fā)展有限公司總經(jīng)理，中國能源建設集團有限公司工程研究院常務副院長（正院），“新世紀百千萬人才工程”國家人選，享受國務院政府特殊津貼，中國電力優(yōu)秀科技工作者，中國能源建設集團有限公司工程技術，中國電力工程顧問集團公司特。擔任全國多個專業(yè)學術團體的主任、副主任，是全國太陽能光熱發(fā)電標準化技術委員會副主任委員，全國電站過程監(jiān)控及信息標準化技術委員會副主任委員。在國內(nèi)外發(fā)表中英文論文50余篇，主持和參加編寫著作5部，共獲得各成果獎勵20余次。是國家重點研發(fā)計劃 “太陽能光熱發(fā)電及熱利用關鍵技術標準研究”（項目編號：2017YFF0208300）”項目負責人，IEC國際標準《塔式太陽能光熱發(fā)電站設計總體要求》（IEC62862-4-1）項目負責人，工程建設國家標準GB/T51307-2018《塔式太陽能光熱發(fā)電站設計標準》主編，GB50660-2011《大中型火力發(fā)電廠設計規(guī)范》常務副主編，DL/T5456-2012《火力發(fā)電廠信息系統(tǒng)設計技術規(guī)定》主編。主持完成中國能源建設集團有限公司科研項目“基于空氣工質(zhì)的塔式光熱雙循環(huán)發(fā)電技術研究”和中國電力工程顧問集團公司”太陽能熱發(fā)電應用技術研究“等光熱發(fā)電課題。2100433B

《塔式太陽能光熱發(fā)電站設計關鍵技術》依托國家標準GB/T51307—2018《塔式太陽能光熱發(fā)電站設計標準》、IEC（國際電工委員會）國際標準IEC62862-4-1《塔式太陽能光熱發(fā)電廠設計總體要求》和國家重點研發(fā)計劃“太陽能光熱發(fā)電及熱利用關鍵技術標準研究”（項目編號：2017YFF0208300）”的有關成果，結合國內(nèi)示范工程案例和國外光熱發(fā)電站設計經(jīng)驗提煉撰寫而成。

《塔式太陽能光熱發(fā)電站設計關鍵技術》圍繞塔式太陽能光熱發(fā)電站設計關鍵技術進行介紹，主要包括光熱資源評估、站址選擇、光污染分析、光熱關鍵設備部件選型設計、鏡場設計、儲熱系統(tǒng)設計、光熱工藝系統(tǒng)集成設計、控制系統(tǒng)設計、信息系統(tǒng)設計、吸熱塔結構設計、定日鏡結構設計、消防設計、鏡場清洗技術等方面。

《塔式太陽能光熱發(fā)電站設計關鍵技術》可供光熱發(fā)電站設計人員參考，也可供相關科研、裝備、安裝、調(diào)試、運行、檢修、管理、教學、培訓人員閱讀使用。