塔式光熱發(fā)電技術發(fā)展現(xiàn)狀及前景

李遠芝 王 遠（西南林業(yè)大學機械與交通學院 昆明 650224）

塔式光熱發(fā)電技術發(fā)展現(xiàn)狀及前景

李遠芝 王 遠
（西南林業(yè)大學機械與交通學院 昆明 650224）

本文主要介紹塔式光熱發(fā)電原理，并與另外三種光熱發(fā)電方式特點進行了對比。介紹了美國的Ivanpah電站，西班牙的PS10、PS20以及GemaSolar電站、2016年2月剛投入運營的南非Khi Solar One塔式電站、新月沙丘電站以及中國中控德令哈50MW一期10MW項目。最后闡述了塔式熱發(fā)電技術的發(fā)展前景。

光熱發(fā)電 塔式熱發(fā)電 能源戰(zhàn)略 新能源

太陽能熱發(fā)電是利用聚光太陽能集熱器把太陽能輻射能聚集起來，加熱工質推動原動機發(fā)電的一項太陽能利用技術。按太陽能采集方式不同，主要分為塔式、槽式、碟式、線性菲涅爾式四種。其中，塔式太陽能光熱發(fā)電以其在規(guī)?；?、光電轉化效率以及投資成本等多方面具有槽式、蝶式以及線性菲涅耳式等難以媲美的綜合優(yōu)勢，而具有更好的發(fā)展前景，目前各國都越來越關注塔式光熱發(fā)電技術的發(fā)展和研究。［1］

一、塔式光熱發(fā)電技術介紹

1.基本原理

塔式系統(tǒng)主要由多臺定日鏡組成定日鏡場，將太陽能反射集中到鏡場中間高塔頂部的高溫接收器上，轉換成熱能后，傳給工質升溫，經過蓄熱器，再輸入熱力發(fā)動機，驅動發(fā)電機發(fā)電。塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)由聚光子系統(tǒng)，集熱子系統(tǒng)，發(fā)電子系統(tǒng)，蓄熱子系統(tǒng)，輔助能源子系統(tǒng)五個子系統(tǒng)組成。其中，聚光子系統(tǒng)與集熱子系統(tǒng)為其組成核心技術。

2.塔式光熱發(fā)電的優(yōu)勢

由于槽式聚光器的幾何聚光比低及集熱溫度不高，使得拋物槽式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)中動力子系統(tǒng)的熱轉功效率偏低，通常在35%左右。因此，單純的拋物槽式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)在進一步提高熱效率、降低發(fā)電成本方面的難度較大；線性菲涅爾式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)效率不高；碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)單機規(guī)模受到限制，造價昂貴。與另外三種光熱發(fā)電方式相比，塔式塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)可通過熔鹽儲熱，且具有聚光比和工作溫度高、熱傳遞路程短、熱損耗少、系統(tǒng)綜合效率高等特點，可實現(xiàn)高精度、大容量、連續(xù)發(fā)電，是最為理想的發(fā)電方式。

二、太陽能光熱發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀

日前，全世界已建成十余個塔式太陽能光熱發(fā)電試驗示范電站。代表性的塔式光熱電站有美國的Ivanpah電站，西班牙的PS10、PS20以及GemaSolar電站、2016年2月剛投入運營的南非Khi Solar One塔式電站、新月沙丘電站。我國光熱發(fā)電技術研究起步相對較晚，目前沒有投入運營的商業(yè)電站，截止至目前為止， 僅有幾個示范項目。我國具有代表性的示范項目為德令哈50MW項目的 一期10MW項目。［2］

1.美國Ivanpah太陽能熱發(fā)電站

Ivanpah發(fā)電站位于加利福尼亞的Mojave 沙漠，占地面積為14.2萬平方千米，項目總規(guī)劃容量為392MW，占全美太陽能發(fā)電總量的30%。可滿足14萬戶用戶用電需求，每年減少40萬噸二氧化碳排放。最終因天氣問題及初期設備運轉問題導致發(fā)電量達不到預期。

2 .西班牙PS10&20塔式電站

西班牙PS10和PS20塔式電站阿本戈開發(fā)，2007年西班牙11MW 的PS10電站投入運行，標志著塔式光熱發(fā)電技術進入商業(yè)化示范階段；2009年4月，PS20并網(wǎng)發(fā)電，成為當時世界上最大規(guī)模的塔式電站。均已投運。其中，西 班牙PS10塔式電站容量為11MW，西班牙PS20塔式電站的容量為20MW，兩者均配一小時蒸汽儲熱，采用的定日鏡的尺寸均為120 平方米。

3.西班牙Gemasolar太陽能熱電站

西班牙Gemasolar塔式熔鹽電站位 于塞維利亞，由Torresol Energy開發(fā)，于2011年5月竣工，同年10月投運，總投資2.3億歐元，占地面積195公頃裝機容量20MW，帶15小時儲熱，可24小時發(fā)電，是全球首個可24小時持續(xù)發(fā)電的太陽能電站。

4.南非Khi Solar One塔式電站

南非Khi Solar One塔式電站是南非第一個實現(xiàn)商業(yè)化運行的大規(guī)模塔式光熱電站，于2016年2月5 日并網(wǎng)投運。Khi Solar One塔式電站控制系統(tǒng)為施耐德電氣的DCS控制系統(tǒng)，空冷系統(tǒng)采用SPX公司空冷系統(tǒng)，共計安裝了約4530套定日鏡，采用Rioglass南非工廠生產的超薄微弧平面反射鏡單臺定日鏡，采光面積約120平方米，總采光面積約576800平方米。屬于南非可再生能源獨立發(fā)電采購計劃REIPPPP計劃第一階段兩大光熱發(fā)電項目之一，此塔式光熱電站的投運標志著REIPPPP計劃第一階段的光熱發(fā)電項目全部完成。

5.新月沙丘電站

熔鹽型塔式電站地點在美國內華達州，2016年2月正式并網(wǎng)發(fā)電，該電站采用先進的塔式熔鹽技術，并搭配10小時的儲熱系統(tǒng)，實現(xiàn)110MW的滿功率輸出，是全球裝機規(guī)模最大的塔式熔鹽光熱電站。熔鹽型塔式電站可以滿足75000個家庭的用電需求，首次在百兆瓦級規(guī)模上成功驗證塔式熔鹽技術的可行性。

6.中控德令哈10MW塔式熔鹽項目

中控德令哈50MW塔式熔鹽項目一期10MW項目由中控太陽能技術有限公司投資建設，定日鏡單體面積2平方米，總共29000臺，于2011年啟動，是我國首座大規(guī)模應用的太陽能熱發(fā)電站。項目采用企業(yè)自主研發(fā)的技術及裝備，定日鏡聚光精度均值小于2mrad，可抗八級大風與零下30度低溫環(huán)境，對我國塔式太陽能熱發(fā)電聚光集熱技術、發(fā)電技術、系統(tǒng)集成、工程及國產化裝備制造能力等方面起到了重要的示范作用。［3］

三、塔式光熱發(fā)電技術發(fā)展前景

太陽能光熱發(fā)電方式具有與現(xiàn)有電網(wǎng)匹配性好、光電轉化率高、可連續(xù)穩(wěn)定和調峰發(fā)電的能力、發(fā)電設備生產過程綠色環(huán)保等其他發(fā)電方式不可比擬的優(yōu)勢，因此成為近年來新能源領域開發(fā)應用的熱點，各國都出臺了相應的經濟扶持和激勵政策，全球總裝機規(guī)模持續(xù)上升，呈現(xiàn)出一種蓬勃發(fā)展的景象。

太陽能光熱發(fā)電技術在未來的研發(fā)和應用中，將朝著“高參數(shù)、大容量、連續(xù)發(fā)電”這三個技術方面發(fā)展。塔式太陽能熱發(fā)電可以采用熔巖儲熱，可以實現(xiàn)隨時取用的功能，并且隨著電站規(guī)模的擴大，成本能夠進一步降低，是大型太陽能發(fā)電中前景最好的發(fā)電形式?？偟脕碚f太陽能熱發(fā)電技術將會向著低成本、大規(guī)模的塔式光熱發(fā)電方向快速發(fā)展，將在人類未來的能源結構中占有舉足輕重的地位。

［1］李瓊慧.太陽能光熱發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀與市場前景［J］.電器工業(yè)，2011（8）：28-31.

［2］黃裕榮，侯元元，高子涵.國際太陽能光熱發(fā)電產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析［J］.科技和產業(yè)，2014（9）:54-56.

［3］陳 昕，范海濤.太陽能光熱發(fā)電技術發(fā)展現(xiàn)狀［J］.能源與環(huán)境，2012（1）:90-92.