太陽能光熱發(fā)電類型分析與發(fā)展趨勢(shì)展望

李文通

摘 要：發(fā)展太陽能技術(shù)進(jìn)行發(fā)電是當(dāng)前節(jié)能減排、開發(fā)新能源以及保護(hù)生態(tài)環(huán)境的重要途徑，而光熱發(fā)電作為太陽能發(fā)電模式之一，已經(jīng)越來越被人們所熟知、所重視。鑒于此，文章詳細(xì)闡述了太陽能光熱發(fā)電的主要類型，在此基礎(chǔ)上針對(duì)太陽能光熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：太陽能；光熱發(fā)電；類型；展望

通過太陽光來進(jìn)行發(fā)電，不但能夠有效保護(hù)廣大人類的生存空間，同時(shí)能夠有效節(jié)約極為有限的各種資源，為世界各國能源實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展做出巨大的貢獻(xiàn)，對(duì)于我國這種能源大國而言自然也不例外。我國當(dāng)前西北區(qū)域仍然大片的未利用土地，比如廢棄鹽堿地、荒漠、戈壁灘以及沙地等，在這些區(qū)域上面建設(shè)太陽能光熱發(fā)電廠，不但能夠?qū)⑻柲艹浞掷闷饋?，為廣大居民提供良好的電力，同時(shí)也能夠?qū)χ苓厖^(qū)域的群眾進(jìn)行供暖。太陽能作為一種綠色、清潔的可再生資源，其屬于今后低碳社會(huì)發(fā)展的理想能源之一，同時(shí)也屬于未來最持久、最理想、最綠色、最安全、最可靠、最合適的替代能源，針對(duì)太陽能光熱發(fā)電技術(shù)研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義與經(jīng)濟(jì)意義[1]。

1 光熱發(fā)電主要類型分析

1.1 槽式太陽能發(fā)電系統(tǒng)

所謂槽式太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其全稱為槽式拋物面反射鏡太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其主要是把若干個(gè)槽型拋物面聚光集熱器實(shí)施串并聯(lián)形式的排列，通過太陽能來針對(duì)熱管當(dāng)中的工質(zhì)進(jìn)行加熱，使得內(nèi)部生成高溫蒸汽，以此來推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組來實(shí)現(xiàn)發(fā)電的功能。

槽式太陽能聚光系統(tǒng)的聚光比通常在10～100之間，其以油為導(dǎo)熱流體（工質(zhì)）的聚熱溫度最高能夠到達(dá)400℃，而以混合硝酸鹽（工質(zhì)）為導(dǎo)熱流體最高能使集熱溫度達(dá)到550℃，相對(duì)來說，后面這種方式的發(fā)電效率顯然較高[2]。除此之外，因?yàn)樘柟庹沾嬖跁r(shí)間不均勻的特征，這就需要應(yīng)用其他染料亦或是構(gòu)建蓄熱系統(tǒng)來進(jìn)行有效的補(bǔ)充。

1.2 線性菲涅耳反射器系統(tǒng)

最近幾年以來，線性菲涅耳反射器系統(tǒng)開始逐漸興起，這種系統(tǒng)主要是從最早的槽式太陽能發(fā)電系統(tǒng)不斷改進(jìn)優(yōu)化后研發(fā)的。線性菲涅耳反射聚光器主要包括跟蹤裝置、反射鏡場(chǎng)以及接收器這三個(gè)部分。所謂主反射鏡場(chǎng)，其主要是依靠若干個(gè)平面鏡條共同組成的一種平面鏡陣列，平面鏡自身的轉(zhuǎn)動(dòng)軸（長軸）處在相同的平面中，通過跟蹤裝置的設(shè)定，使得平面鏡能夠繞著轉(zhuǎn)動(dòng)軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)成跟隨太陽轉(zhuǎn)動(dòng)的目標(biāo)。當(dāng)平面鏡接受的發(fā)射光聚集在接收器的受光口以后，而接收器則主要接受主反射鏡當(dāng)中的反射光，通過針對(duì)吸收鋼管流動(dòng)工質(zhì)進(jìn)行加熱，就能夠?qū)⒐鉄徂D(zhuǎn)化成熱能。線性菲涅耳反射器系統(tǒng)主要是利用菲涅耳結(jié)構(gòu)當(dāng)中的聚光鏡來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的拋物面鏡，而其結(jié)構(gòu)當(dāng)中的集熱管也具備二次反射的作用，聚光效率能夠達(dá)到常規(guī)拋物面型集熱器的3倍左右，而建設(shè)費(fèi)用則能夠減少一半[3]。

1.3 塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)

塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)主要包括發(fā)電系統(tǒng)、主控系統(tǒng)、蓄熱槽、接收器以及定日鏡群這幾個(gè)結(jié)構(gòu)。通過在地面上建設(shè)一定數(shù)量的定日鏡（自動(dòng)跟蹤太陽進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的球面鏡群），而在這個(gè)定日鏡群當(dāng)中選擇合適的位置構(gòu)建一座高塔，在高塔的定點(diǎn)位置建設(shè)接收器，下面的定日鏡群能夠讓太陽光匯聚成點(diǎn)狀，集中照射到鍋爐上面，能夠讓接收器當(dāng)中的傳熱介質(zhì)到達(dá)對(duì)應(yīng)的溫度，同時(shí)利用管道傳遞到地面的蒸汽發(fā)生器，生成高溫蒸汽，最終實(shí)現(xiàn)發(fā)電的目的。相較于槽式太陽能發(fā)電系統(tǒng)而言，塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的聚光比要更高，一般為300～1500之間，而運(yùn)行溫度也達(dá)到了1000～1500℃之間。塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中，接收器是至關(guān)重要的部分，依照導(dǎo)熱介質(zhì)的類型，現(xiàn)在主要包含空腔型與外部受光型。

1.4 碟式太陽能發(fā)電系統(tǒng)

碟式太陽能發(fā)電系統(tǒng)又可以稱為盤式太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其屬于世界上最早開發(fā)的太陽能動(dòng)力系統(tǒng)。其主要是由若干個(gè)鏡子共同組成的拋物面反射鏡構(gòu)成，通過接收在拋物面當(dāng)中的焦點(diǎn)，具有非常高的聚光比，通常都能夠達(dá)到3000以上，在焦點(diǎn)位置生成的溫度非常高，通?？梢赃_(dá)到750～1500℃之間，所以碟式太陽能發(fā)電系統(tǒng)具有非常高的熱機(jī)效率。最近幾年以來，碟式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展主要集中在開發(fā)單位功率質(zhì)量比更小的空間電源。相較于許多光伏發(fā)電系統(tǒng)而言，盤式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)具備運(yùn)行費(fèi)用低、氣動(dòng)阻力小以及發(fā)射質(zhì)量小等優(yōu)勢(shì)。

與槽式發(fā)電系統(tǒng)的區(qū)別在于，碟式太陽能發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中的熱點(diǎn)轉(zhuǎn)化裝置通常都是應(yīng)用斯特林機(jī)來當(dāng)作原動(dòng)機(jī)。而斯特林機(jī)屬于一種活塞式的外染機(jī)，在內(nèi)部分別配有一個(gè)動(dòng)力活塞與一個(gè)配氣活塞。通過在氣缸側(cè)壁位置設(shè)置連接配氣活塞上下室的旁路，而內(nèi)部的循環(huán)工質(zhì)則充分利用這個(gè)旁路來分別在配氣活塞上下室進(jìn)行交替式的運(yùn)動(dòng)。

2 光熱發(fā)電的發(fā)展趨勢(shì)展望

太陽能光熱發(fā)電技術(shù)（CSP技術(shù)），在今后的研究與發(fā)展當(dāng)中，必然朝著持續(xù)發(fā)電、高參數(shù)、大容量的趨勢(shì)發(fā)展，即未來的研發(fā)工作，高參數(shù)主要指的是熱點(diǎn)轉(zhuǎn)換效率高、聚光比高以及運(yùn)行溫度高。所以CSP技術(shù)必須要在太陽能熱電轉(zhuǎn)換、高熱流密度下的傳熱、高精密度跟蹤控制系統(tǒng)以及高反射率高精度發(fā)射鏡等關(guān)鍵設(shè)施與技術(shù)方面進(jìn)行科研，不斷增大研究的力度。大容量指的是發(fā)電規(guī)模必須要大，要盡可能實(shí)現(xiàn)GM級(jí)的發(fā)電水平，必須要通過在單位發(fā)電成本與攤薄投資成本實(shí)現(xiàn)突破，逐漸能夠形成與火力發(fā)電成本進(jìn)行價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)的水平。發(fā)電持續(xù)性指的是提升光熱發(fā)電技術(shù)的儲(chǔ)熱能力?，F(xiàn)階段的儲(chǔ)熱介質(zhì)主要包含熔融鹽、蒸汽以及導(dǎo)熱油等，在這當(dāng)中熔融鹽具有最佳的儲(chǔ)熱能力?，F(xiàn)階段，西班牙Andasol 1電站當(dāng)中所采用的熔融鹽最高能夠存儲(chǔ)7.5h發(fā)電量的熱量，而西班牙Andasol 電站與意大利Archimede電站最高能夠?qū)崿F(xiàn)儲(chǔ)存15h發(fā)電量的熱量[4]。隨著蓄熱技術(shù)的不斷發(fā)展，其已經(jīng)能夠保證光熱發(fā)電站能夠有效應(yīng)對(duì)天氣陰晴變化與走也變化，其持續(xù)性與穩(wěn)定性都得到了有效的保障。

從我國當(dāng)前的狀況來看，隨著我國對(duì)于可再生能源研發(fā)工作的不斷重視，光熱發(fā)電技術(shù)在我國最近幾年發(fā)發(fā)展非常迅速，我國工程熱物理所、科學(xué)院電工研究所等各個(gè)科研機(jī)構(gòu)與許多太陽能企業(yè)已經(jīng)在著手進(jìn)行太陽能光熱發(fā)電技術(shù)方面的研發(fā)工作。現(xiàn)階段，我國科學(xué)家已經(jīng)針對(duì)槽式聚光單元、碟式發(fā)電系統(tǒng)以及塔式發(fā)電系統(tǒng)等進(jìn)行了深入的研發(fā)，并且已經(jīng)有效掌握了一些太陽能光熱發(fā)電方面的核心技術(shù)，相信不久的將來，我國從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、基本材料以及主機(jī)設(shè)施集成的太陽能光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈必然能夠獲得長足的進(jìn)展。此外，特高壓電網(wǎng)建設(shè)早就已經(jīng)列入我國電網(wǎng)“一二五”規(guī)劃，在2015年就能夠構(gòu)建一條從西部、西北到華北、華東、華南的“三縱三橫”跨區(qū)域特高壓線路，從而有效保證我國西北區(qū)域的光熱電站能夠?qū)⒆陨淼碾娏斔椭翓|南部地區(qū)。

3 結(jié)束語

我國是能源需求大國，針對(duì)太陽能光熱發(fā)電技術(shù)進(jìn)行研究是我國實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要保證。從宏觀的層面來看，光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈非常產(chǎn)，其對(duì)于相關(guān)產(chǎn)業(yè)也能夠產(chǎn)生巨大的帶動(dòng)作用，不僅能夠促進(jìn)汽輪發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)熱材料、鍋爐、反光鏡以及集熱管等各種能源行業(yè)設(shè)施的進(jìn)一步發(fā)展，同時(shí)也能夠有效推動(dòng)水泥、玻璃以及鋼材等各個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其對(duì)于我國整個(gè)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展至關(guān)重要。

參考文獻(xiàn)

[1]韓雪冰，魏秀東，盧振武，等.太陽能熱發(fā)電聚光系統(tǒng)的研究進(jìn)展[J].中國光學(xué)，2011，4（3）：233-239.

[2]張明寶，張春偉，唐卉.淺析太陽能光熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展[J].鍋爐制造，2011（6）：145-146.

[3]舒悅，許強(qiáng)，胡巧巧.基于太陽能熱發(fā)電儲(chǔ)熱方案的研究[J].科技傳播，2011（4）：311-312.

[4]范兵，陳步亮.太陽能槽式熱發(fā)電技術(shù)綜述[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2010（4）：215-216+207-208.endprint