太陽能光熱發(fā)電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀研究

戴佳栩 周姣

摘 要：能源短缺是當(dāng)前世界各國面對的共同難題，近年來科研人員致力于研究如何充分利用可再生能源實(shí)現(xiàn)低成本、高效率的運(yùn)行模式，其中太陽能光熱發(fā)電技術(shù)就是一項(xiàng)具有良好發(fā)展前景的研究熱點(diǎn)。本文對太陽能光熱發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了簡要介紹，并對其發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展方向進(jìn)行了分析，以期能為相關(guān)研究人員提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：太陽能光熱發(fā)電;分類;發(fā)展現(xiàn)狀;發(fā)展方向

我國長期以煤炭為能源產(chǎn)生的來源，這使得我國能源緊缺和環(huán)境污染問題日益加重，嚴(yán)重影響了我國可持續(xù)發(fā)展的進(jìn)程。因此利用太陽能等可再生資源、優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)是現(xiàn)階段正大力實(shí)行和推廣的環(huán)保舉措。太陽能光熱發(fā)電擺脫了對光照條件的依賴性，即使在夜晚弱光情況下也可以持續(xù)發(fā)電，并且依靠著與電網(wǎng)的高匹配度和輸出電能的高穩(wěn)定度，成為了現(xiàn)代具有良好發(fā)展前景的研發(fā)項(xiàng)目之一。

一、太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)簡介

（一）光熱發(fā)電技術(shù)原理

太陽能光熱發(fā)電是通過聚熱器把太陽輻射的熱能采集起來并匯聚到聚熱裝置，對該裝置中的傳熱介質(zhì)進(jìn)行加熱，然后換熱的裝置利用熱量把水加熱成蒸汽，而這種具有高溫高壓特征的蒸汽能夠驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。上述光能向熱能、機(jī)械能、電能的轉(zhuǎn)化過程就是太陽能光熱發(fā)電技術(shù)的原理，從原理上來說與化石燃料的發(fā)電基本相同，不同的是光熱發(fā)電利用的是可再生且清潔的太陽能。

（二）太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)分類

太陽能光熱發(fā)電技術(shù)按集光形式可分為非集光型和集光型兩種。其中，非集光型是傳統(tǒng)的平板式，這種技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單且運(yùn)行平穩(wěn)，但是產(chǎn)生的溫度和效率都非常低【1】。本文主要探討三種常見的集光型光熱發(fā)電技術(shù)，即塔式光熱發(fā)電、槽式光熱發(fā)電以及碟式光熱發(fā)電。

1.槽式發(fā)電系統(tǒng)

槽式發(fā)電系統(tǒng)是一種線式聚焦集熱系統(tǒng)，也可以稱作槽式鏡像系統(tǒng)。它利用槽式拋物狀反射鏡把光輻聚焦到焦線上的集熱器中，將熱能轉(zhuǎn)化為電能。槽式聚光器可以跟蹤太陽輻射，產(chǎn)生中高溫的熱力。研究人員可以將其進(jìn)行串并聯(lián)，使其發(fā)電容量無限續(xù)增。這種集熱裝置占地空間小，系統(tǒng)簡單便于維護(hù)，在現(xiàn)有的光熱發(fā)電站中，超過80%的都運(yùn)用了這種技術(shù)。但槽式發(fā)電系統(tǒng)存在聚光比率較低、熱量損耗大等弊端。

2.塔式發(fā)電系統(tǒng)

塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)有著大規(guī)模的可以對太陽輻射進(jìn)行追蹤的定日鏡陣列，能夠把熱輻射精確地傳射到高塔頂部的集熱器中，通過加熱介質(zhì)產(chǎn)生的熱量一部分被存儲起來，另一部分用來發(fā)電，存儲起來的熱量可以在沒有陽光時(shí)繼續(xù)供電。塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的溫度比較高，聚光能力也較強(qiáng)，且在傳熱過程中的熱量損耗小，適合大規(guī)模生產(chǎn)，這也是近年來新建的光熱發(fā)電項(xiàng)目中塔式光熱系統(tǒng)數(shù)量明顯增多的原因。但是這種系統(tǒng)也存在前期投資成本高、系統(tǒng)復(fù)雜難維護(hù)以及占地空間大等缺點(diǎn)。

3.碟式發(fā)電系統(tǒng)

碟式發(fā)電系統(tǒng)是世界上最早發(fā)明的太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)，它的反射鏡是一種旋轉(zhuǎn)鏡面，可以將光輻射集中至一點(diǎn)上，這一點(diǎn)就是接收器的焦點(diǎn)。通過這一點(diǎn)對光熱輻射的接收，接收器內(nèi)的傳熱介質(zhì)可以被加熱至750攝氏度，可見聚光比和溫度都很高。但是這種系統(tǒng)存在著成本高、無法儲熱、設(shè)計(jì)復(fù)雜等缺點(diǎn)，比較適合應(yīng)用于邊遠(yuǎn)地區(qū)獨(dú)立的電站建設(shè)項(xiàng)目中。

二、太陽能光熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

（一）國外發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)階段歐美發(fā)達(dá)國家投建的太陽能光熱發(fā)電站效率更高，參數(shù)也更大。從18世紀(jì)八十年代開始，國外就有了對太陽能光熱發(fā)電的相關(guān)研究，直到20世紀(jì)初期這項(xiàng)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域開始被運(yùn)用。建于1985年的美國SEGS電站是目前國際上最大的太陽能光熱發(fā)電站，也是全球第一個(gè)商業(yè)槽式光熱發(fā)電站。該電站配備了9臺槽式發(fā)電系統(tǒng)，總裝機(jī)容量達(dá)到350MW。之后美國借鑒SEGS電站的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，又建設(shè)了另一座槽式發(fā)電站，新建的這座發(fā)電站在運(yùn)行效率和機(jī)組可靠性方面都有了明顯提升。按照國際能源目前的部署方案，全球各個(gè)國家應(yīng)該采取槽式技術(shù)和塔式技術(shù)建設(shè)更多供能穩(wěn)定的太陽能光熱發(fā)電站【3】。

（二）國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，中國的太陽能光熱發(fā)電項(xiàng)目集中在人口密度小且光照充足的地區(qū)。我國從20世紀(jì)七十年代開始研究太陽能光熱發(fā)電技術(shù)，但當(dāng)時(shí)由于科技水平不足，很多技術(shù)難題得不到有效解決，導(dǎo)致太陽能光熱發(fā)電技術(shù)的研發(fā)進(jìn)程過于緩慢。直到九十年代，在中科院電工所以及清華大學(xué)等高校的積極研究下，我國太陽能光熱發(fā)電技術(shù)才取得了比較可觀的發(fā)展成績。我國第一座槽式發(fā)電站建設(shè)在內(nèi)蒙古的鄂爾多斯市，其總裝機(jī)容量是50MW，這座發(fā)電站的建立標(biāo)志著我國太陽能光熱發(fā)電技術(shù)正式進(jìn)入商業(yè)化道路。

隨著我國太陽能光熱發(fā)電技術(shù)的不斷提高，市場需求也在不斷上升。現(xiàn)今我國許多大型電力企業(yè)都在積極參與對太陽能光熱發(fā)電技術(shù)的研究，而且初步形成了產(chǎn)業(yè)鏈，目前以每年350MW至550MW的速度不斷增長。雖然中國的光熱發(fā)電技術(shù)距離國際領(lǐng)先水平還有一定的差距，但作為我國可再生能源研究領(lǐng)域的重要部分，光熱發(fā)電技術(shù)無疑會為我國的可持續(xù)發(fā)展起到重要的支撐作用，在未來有著追平或超越國際領(lǐng)先水平的可能性。

三、光熱發(fā)電的技術(shù)發(fā)展主要方向

（一）向高參數(shù)、大容量的方向發(fā)展

光熱發(fā)電技術(shù)利用太陽能輻射產(chǎn)生電能，能夠?qū)崿F(xiàn)長期持續(xù)發(fā)電，且在發(fā)電的同時(shí)又可進(jìn)行熱能存儲，對社會其他行業(yè)的發(fā)展有著極大的推進(jìn)作用。塔式發(fā)電技術(shù)憑借其較高的運(yùn)行溫度和較強(qiáng)的集儲熱能力，目前已被運(yùn)用到商業(yè)領(lǐng)域，并且我國已建成一些百兆瓦級別的塔式光熱發(fā)電站。由此可見，光熱發(fā)電技術(shù)已經(jīng)具備了保障商業(yè)運(yùn)行的基本能力，未來要向高參數(shù)和大容量的方向不斷發(fā)展。

（二）采用組合技術(shù)建設(shè)光熱發(fā)電站

就單一的光熱發(fā)電模式來看，槽式系統(tǒng)的技術(shù)成熟但是輸出效率不足;碟式系統(tǒng)輸出效率高但儲能效果不好;塔式輸出效率和儲能效果都不錯(cuò)，但是建設(shè)成本太高。運(yùn)用單一的技術(shù)建設(shè)太陽能光熱發(fā)電站都有一定的局限性，因此探索組合型的電熱發(fā)電技術(shù)是一種新的研究方向。根據(jù)實(shí)際情況選用合適的系統(tǒng)進(jìn)行組合，能夠在前期投入上降低成本，在后期運(yùn)作過程中提高輸出量，最終達(dá)到各取所長的效果。

（三）建設(shè)清潔能源組合發(fā)電站

隨著發(fā)電技術(shù)的不斷成熟，是否能將風(fēng)、熱、光等清潔能源進(jìn)行結(jié)合發(fā)電，從而建立一個(gè)全方位的發(fā)電機(jī)制是一個(gè)值得探討的問題。從理論上來說，這種對清潔能源全方位利用的電站具有電能生產(chǎn)的靈活性和電量輸出的龐大性，通過充分利用風(fēng)能、熱能和光能的優(yōu)勢，能夠有效解決電力的調(diào)峰問題，從總體上提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性【2】。

（四）建設(shè)光熱與化石燃料聯(lián)合電站

太陽能發(fā)電技術(shù)和傳統(tǒng)的煤電、天然氣發(fā)電技術(shù)進(jìn)行完美對接，是一個(gè)值得研究人員充分考慮的發(fā)展熱點(diǎn)。廢棄這些常規(guī)電站會產(chǎn)生大量的沉沒成本，因此可以結(jié)合光熱發(fā)電技術(shù)，將傳統(tǒng)電站改造為與光熱發(fā)電系統(tǒng)相結(jié)合的聯(lián)合式電站。這樣能夠充分利用太陽能的可再生特征和低成本優(yōu)勢，有效降低化石燃料的損耗比重，在供電的同時(shí)滿足各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的需求。

結(jié)語：

太陽能發(fā)電能夠有效解決當(dāng)前能源短缺的問題，并且為生態(tài)治理提供可行途徑。太陽能光熱發(fā)電不會產(chǎn)生廢氣和廢渣，也不會消耗稀缺資源，同時(shí)具有很高的安全性，發(fā)電站的建設(shè)和管理過程均不易對周圍環(huán)境造成嚴(yán)重的危害和影響。現(xiàn)今我國光熱發(fā)電發(fā)展的重要制約因素是成本問題，因此建立具有更高容量和低成本的太陽能光熱發(fā)電站是我國未來研發(fā)的主要方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]上官小英，常海青，梅華強(qiáng).太陽能發(fā)電技術(shù)及其發(fā)展趨勢和展望[J].能源與節(jié)能，2019（03）：60-63.

[2]張福君，李鳳梅.綜述太陽能光熱發(fā)電技術(shù)發(fā)展[J].鍋爐制造，2019（04）：33-36+46.

[3]劉逸群.太陽能光熱發(fā)電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀研究[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2015，5（07）：70-71+95.