太陽能光熱發(fā)電特點及應(yīng)用前景技術(shù)分析

何雅麗

【摘要】太陽能熱發(fā)電是利用太陽能聚光器先將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為熱能，然后經(jīng)過各種方式轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)形式。從其發(fā)電原理上來看，是一種綠色能源的綠色利用方式，且太陽能資源是世界上分布最廣泛的取之不盡、用之不竭的可再生能源。從這個意義上看，太陽能光熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展對于人類經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。未來光熱發(fā)電的發(fā)展方向是擴大單個項目規(guī)模、提高儲熱溫度、增加容量因子方向發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】光熱發(fā)電；發(fā)展方向；應(yīng)用前景；開發(fā)建設(shè)

Analysis on Characteristics of Solar Photothermal Power Generation and Application Prospect

He Ya-li

（China Energy Construction Group Yunnan Electric Power Design Institute Co.， LtdKunmingYunnan650000）

【Abstract】Solar thermal power generation is the use of solar concentrator first solar radiation energy into heat， and then after a variety of ways to convert electricity to the technical form. From the principle of its power generation point of view， is a green energy green use， and solar energy resources are the worlds most widely distributed， inexhaustible renewable energy. In this sense， solar thermal power generation technology for the sustainable economic and social development of mankind is of great significance. The future direction of photothermal power generation is to expand the size of a single project to improve the storage temperature， increase the capacity factor direction.

【Key words】Light and heat power generation；Development direction；Application prospect；Development and construction

1. 太陽能光熱發(fā)電技術(shù)的戰(zhàn)略地位

（1）光熱發(fā)電是通過"光--熱--功"的轉(zhuǎn)化過程實現(xiàn)發(fā)電的一種技術(shù)。光熱發(fā)電在原理上和傳統(tǒng)的化石燃料電站類似，兩者最大的區(qū)別在于輸入的能源不同。光熱發(fā)電利用能源為太陽能，通過聚光器將低密度的太陽能聚集成高密度的能量，經(jīng)由傳熱介質(zhì)將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，通過熱力循環(huán)做功實現(xiàn)到電能的轉(zhuǎn)換。

（2）太陽能熱發(fā)電實質(zhì)是太陽能熱利用方式之一。從其發(fā)電原理上來看，是一種綠色能源的綠色利用方式，且太陽能資源是世界上分布最廣泛的取之不盡、用之不竭的可再生能源。從這個意義上看，太陽能光熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展對于人類經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

2. 太陽能光熱發(fā)電技術(shù)的技術(shù)類型

（1）聚光光熱發(fā)電是現(xiàn)今最具商業(yè)化利用前景的技術(shù)形式。根據(jù)聚光方式的不同，聚光光熱發(fā)電可進一步分為點聚焦和線聚焦兩大系統(tǒng)。其中，點聚焦系統(tǒng)主要包括塔式光熱發(fā)電和碟式光熱發(fā)電；線聚焦系統(tǒng)主要包括槽式光熱發(fā)電和線性菲涅爾式光熱發(fā)電（光熱發(fā)電技術(shù)類型匯總表見表1）。

（2）光熱發(fā)電系統(tǒng)通過常規(guī)機組并網(wǎng)，可按照電網(wǎng)要求輸出有功和無功，在運行技術(shù)和管理經(jīng)驗等方面較為成熟，具有較好的電網(wǎng)友好性。

（3）光熱發(fā)電通過傳統(tǒng)電機并網(wǎng)，能夠很好的解決諧波、三相電流不平衡和直流分量等問題。電網(wǎng)調(diào)度與經(jīng)濟運行問題：由于光熱電站通常配置大容量儲熱裝置，或與其他常規(guī)火電機組聯(lián)合運行，克服了光伏發(fā)電的間歇性和波動性，可實現(xiàn)光熱電站發(fā)電出力的平穩(wěn)可控，接近常規(guī)機組性能，更易接受電網(wǎng)調(diào)度，并具備一定的調(diào)峰調(diào)頻能力，減輕電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻壓力。

（4）光熱電站通過常規(guī)汽輪機或燃氣輪機并網(wǎng)，具有一定的轉(zhuǎn)動慣量和阻尼特性，具備按照電網(wǎng)要求向其提供有功和無功功率的能力，同時電網(wǎng)調(diào)度有較為豐富的常規(guī)機組運行控制和管理經(jīng)驗，有助于電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

（5）光熱發(fā)電的規(guī)?；l(fā)展不僅能夠作為調(diào)峰電源，為風電等間歇性電源提供輔助服務(wù)，而且隨著未來技術(shù)的優(yōu)化提升，大型光熱電站完全有可能承擔電力系統(tǒng)基礎(chǔ)負荷。

3. 光熱發(fā)電開發(fā)建設(shè)條件

3.1主要影響因素包括太陽法向直射輻射（DNI）、地形和土地、水資源等。

（1）太陽法向直射輻射強度。

根據(jù)國外的經(jīng)驗，DNI值在1800kWh/m2/y以上的地區(qū)適宜建設(shè)光熱發(fā)電站。

（2）水資源。

根據(jù)美國能源部研究數(shù)據(jù)（2007），采用水冷技術(shù)時，碟式/斯特林發(fā)電約為0.0757立方米/MWh，塔式電站用水約為2.27立方米/MWh，槽式電站用水約為3.02立方米/MWh。槽式和塔式高于常規(guī)燃煤電站和聯(lián)合循環(huán)天然氣發(fā)電站。

可采用空冷技術(shù)減少用水量，約為0.299立方米/MWh，投資成本上升約7%～9%，發(fā)電量減少約5%。對塔式熱發(fā)電運行成本的影響小于槽式熱發(fā)電方式。

為減少運行成本，通常采用水冷/空冷混合制冷方式。以槽式熱發(fā)電為例，采用這種方式可減少水耗50%，而發(fā)電量損失僅為1%左右。

（3）地形和土地。

光熱發(fā)電站的建設(shè)需要考慮地形的因素，最好選擇平坦廣闊的土地，一是由于坡地會影響入射角而導(dǎo)致電站效率的變化，二是坡地會增加土地平整的成本。不同的

光熱發(fā)電技術(shù)形式對地形的要求不盡相同。

3.2國外經(jīng)驗顯示，槽式和線性菲涅爾式發(fā)電要求地面坡度在3%以下；塔式電站可以適合5%～7%以下的地面坡度。碟式由于單機規(guī)模較小，因此對坡度的要求更低。

3.3光熱發(fā)電對土地面積要求較高，目前國際經(jīng)驗顯示，建設(shè)一座50MW無儲熱的光熱發(fā)電站（槽式或塔式）需要占地約1平方公里，一座30MW帶6小時儲熱的光熱發(fā)電站（槽式或塔式）電站同樣需要1平方公里土地。

3.4適宜規(guī)?；l(fā)展地區(qū)多遠離負荷中心。包括沒有樹木的大草原、矮樹林、戈壁灘、荒漠地、廢棄鹽堿地和沙漠等。

4. 太陽能光熱發(fā)電發(fā)展前景

（1）建造大容量太陽能熱發(fā)電站是降低太陽能熱發(fā)電成本的重要途徑。

（2）在同樣技術(shù)條件下，機組容量越大，單位kW的投資成本和年運行維護費用越低，機組本身的運行效率和電站輔助設(shè)備及管道系統(tǒng)的效率也越高，則電站綜合效率明顯提高。特別是對于塔式、槽式光熱發(fā)電站，其發(fā)電成本與裝機容量規(guī)模密切相關(guān)。

（3）將光熱發(fā)電系統(tǒng)與常規(guī)火電廠聯(lián)合運行，既可高效利用太陽能光熱系統(tǒng)提供中低溫和中低壓的水蒸汽，又具有很高的發(fā)電系統(tǒng)綜合效率，將成為今后較長一個時期內(nèi)開發(fā)利用光熱發(fā)電技術(shù)的重要發(fā)展趨勢之一。

（4）槽式光熱發(fā)電系統(tǒng)在中高溫應(yīng)用時成本較低，因此槽式光熱發(fā)電系統(tǒng)與常規(guī)火電廠聯(lián)合運行是今后首選發(fā)展方式。

（5）當電站規(guī)模較大或配備大容量儲熱系統(tǒng)時，塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)與常規(guī)火電廠聯(lián)合運行也具有很好的技術(shù)經(jīng)濟性能。

（6）光熱發(fā)電存在"熱"這種中間形式，可通過對熱的綜合利用提高能源利用效率，具體形式包括采暖制冷一體化、海水淡化等，進行綜合利用，同時滿足多種需求，對某些特殊地區(qū)，如邊防海島、沙漠等地區(qū)或災(zāi)區(qū)尤為有效。

（7）近年來一些科學家提出光熱發(fā)電技術(shù)用于煤的氣化與液化，形成氣體或液體燃料，進行遠距離的運輸。

5. 未來發(fā)展展望

（1）到2025年，各種光熱發(fā)電技術(shù)的成本都有顯著下降。

（2）為了降低成本，槽式發(fā)電將向更為簡單的系統(tǒng)發(fā)展。

（3）從技術(shù)類型來看，由于塔式發(fā)電在技術(shù)進步和效率提升方面具有很大潛力，預(yù)計在未來5年內(nèi)成本將快速下降。

（4）隨著儲熱長達15小時的GemaSolar熔融鹽塔式電站（19.9MW）投入商業(yè)化運行，預(yù)計在2013 年左右，塔式發(fā)電的度電成本有望低于槽式發(fā)電。

（5）未來光熱發(fā)電的發(fā)展方向是擴大單個項目規(guī)模、提高儲熱溫度、增加容量因子。2010～2020年：承擔腰荷和峰荷。儲熱技術(shù)進一步發(fā)展，但是只能承擔腰荷和峰荷。需要建設(shè)專用輸電線路，將光熱發(fā)電輸送至負荷中心。到2020年，全球光熱發(fā)電平均容量因子為32%。

（6）2020～2030年：承擔基荷與碳減排任務(wù)。光熱發(fā)電在承擔基荷方面與燃煤發(fā)電相比具有競爭力。大多數(shù)國家的激勵政策將逐步退出。2010年后建設(shè)的項目將在這一階段收回投資成本，進入高盈利時期。需要建設(shè)3000公里的輸電線路。到2030年，全球光熱發(fā)電平均容量因子39%。

（7）2030～2050年：電力與燃料。光熱發(fā)電與常規(guī)化石能源發(fā)電相比完全具備競爭力。到2050年，全球光熱發(fā)電平均容量因子50%。與此同時，太陽能燃料逐漸進入世界能源供應(yīng)體系。隨著電力系統(tǒng)低碳化進程加速，沼氣和太陽能燃料成為太陽能熱電站主要的備用燃料。