太陽能光熱發(fā)電技術及其發(fā)展綜述

張金平，周強，王定美，李津，劉麗娟

（國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學研究院，蘭州 730070）

0 引言

近年來，化石能源日益枯竭、環(huán)境污染不斷加劇，風電、光伏發(fā)電滲透率不斷提高，擠占了部分常規(guī)機組空間，削弱了電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力［1］。為保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定和清潔高效運行，迫切需要靈活性電源參與電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰，提升電力系統(tǒng)的靈活性［2］。

光熱發(fā)電集發(fā)電與儲熱為一體，具有出力靈活可控等優(yōu)勢，可快速深度參與電網(wǎng)調(diào)峰，宜與風電、光伏等新能源發(fā)電互補運行［2-3］，是極具發(fā)展前景的可再生能源發(fā)電技術，受到世界各國的重視，得到了積極研究和推廣應用。截至2021年年底，全球光熱電站累計裝機容量為6 692 MW，我國首批示范項目中有7 座塔式、1 個槽式、1 個線性菲涅式光熱電站并網(wǎng)投產(chǎn)，共計550 MW。但與風電、光伏發(fā)電相比，光熱發(fā)電規(guī)?；l(fā)展任重道遠。深入分析多重不確定性下光熱發(fā)電運行特性，研究光熱發(fā)電靈活參與電網(wǎng)的運行策略和效益評估，對助力光熱發(fā)電成為我國電源結構中的重要組成具有重要意義［4］。

本文分析國內(nèi)外現(xiàn)有光熱發(fā)電技術現(xiàn)狀，介紹光熱發(fā)電基本原理、常見類型及其系統(tǒng)組成；討論不同類型光熱發(fā)電運行特性以及優(yōu)缺點；分析光熱發(fā)電技術研究進展；展望光熱發(fā)電技術的發(fā)展方向。

1 光熱發(fā)電技術原理及系統(tǒng)組成

太陽能熱發(fā)電（Concentrating Solar Power， CSP）的基本原理是通過大量反射鏡或聚光鏡將電站周圍的太陽輻射能聚焦于集熱區(qū)，集熱區(qū)加熱工質(zhì)吸收太陽輻射能產(chǎn)生高溫蒸汽，驅(qū)動汽輪發(fā)電機組發(fā)電，從而將太陽能轉(zhuǎn)化為電能［5-7］。光熱發(fā)電站一般由集熱系統(tǒng)、儲熱系統(tǒng)、蒸汽產(chǎn)生系統(tǒng)及發(fā)電裝置組成，如圖1所示［8］。

圖1 光熱發(fā)電系統(tǒng)組成示意Fig.1 Composition of the CSP system

1.1 聚光與集熱系統(tǒng)

聚光與集熱系統(tǒng)是太陽能熱發(fā)電的基礎，主要由聚光鏡場、吸熱器等構成。聚光鏡場由數(shù)量巨大的同型聚光裝置（如槽形拋物面反射鏡、平面定日鏡等）按照一定規(guī)律布局而成。目前，聚光鏡場的投資在各類太陽能發(fā)電系統(tǒng)中占整個系統(tǒng)投資的60%以上［9］。聚光鏡場吸收的太陽能除了受鏡場布局、反射率等因素的影響外，還與外界環(huán)境息息相關，如鏡場所處位置天氣狀況、太陽輻射度等。集熱器將聚光鏡場聚集的太陽輻射能直接轉(zhuǎn)為熱能，加熱導熱油、熔鹽等工質(zhì)。吸熱器的性能直接決定了吸熱介質(zhì)的出口溫度。受太陽能熱源的間歇性和介質(zhì)熔鹽的腐蝕性等因素影響，吸熱器對選材、優(yōu)化設計和可靠性方面的技術和工藝要求很高。

1.2 儲熱系統(tǒng)

儲能系統(tǒng)是實現(xiàn)光熱出力靈活可調(diào)、光熱發(fā)電24 h 連續(xù)穩(wěn)定運行的關鍵，其儲熱量與電場年發(fā)電量、聚光鏡場規(guī)模及電站總投資息息相關。因此，儲能系統(tǒng)的設計需綜合考慮儲熱容量、儲熱周期與發(fā)電經(jīng)濟性等因素［10］。

1.3 蒸汽發(fā)生系統(tǒng)

蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的主要功能與常規(guī)火電廠相似，即實現(xiàn)高溫流體介質(zhì)（導熱油、熔鹽）與水工質(zhì)之間的熱交換，產(chǎn)生過熱蒸汽以驅(qū)動汽輪機做功；不同之處在于，光熱電站蒸汽發(fā)熱系統(tǒng)升溫速率快，最高可達到10 ℃/min，可實現(xiàn)汽輪機快速啟動［11-12］。

1.4 發(fā)電系統(tǒng)

發(fā)電系統(tǒng)的性能直接關系到太陽能光熱發(fā)電經(jīng)濟性。此系統(tǒng)配置裝備同火電機組類似，但與燃煤機組相比，光熱電站的發(fā)電系統(tǒng)具有更好的調(diào)節(jié)性能，這就要求汽輪機具有頻繁啟停、快速啟動、低負荷運行、高效等特點［8，13］。

2 光熱發(fā)電技術分類及特性分析

按照聚能方式及結構，太陽能光熱發(fā)電技術可分為塔式、槽式、碟式和菲涅爾式四大類。

2.1 塔式太陽能光熱發(fā)電

塔式發(fā)電是一種集中型太陽能熱發(fā)電技術：在成千上萬個獨立控制的定日鏡所組成的圓周形鏡場中心位置矗立一個高達幾百m 的吸熱塔，獨立跟蹤太陽的定日鏡場將陽光聚集到塔頂部的接收器上以產(chǎn)生高溫，加熱工質(zhì)，產(chǎn)生的過熱蒸汽驅(qū)動汽輪機發(fā)電［14-16］。塔式光熱發(fā)電如圖2所示。

圖2 塔式光熱發(fā)電裝置Fig.2 Tower solar thermal power generator

2.2 槽式太陽能光熱發(fā)電

槽式光熱發(fā)電利用拋物面的光學聚焦原理，將平行于槽形拋物面主軸線的太陽輻射聚焦到集熱管。實際應用中，將多個槽形拋物面聚光集熱器經(jīng)過串并聯(lián)組合構成聚光集熱系統(tǒng)，用來吸收太陽輻射能，以產(chǎn)生過熱蒸汽驅(qū)動發(fā)電機組發(fā)電［5，17］。槽式光熱發(fā)電裝置結構如圖3所示。

圖3 槽式光熱發(fā)電裝置Fig.3 Trough solar thermal power generator

2.3 碟式太陽能光熱發(fā)電

碟式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)的采用碟式聚光系統(tǒng)，太陽輻射反射面布置為碟（盤）形，通過碟型拋物面反射鏡將太陽光反射聚焦到接收器上，產(chǎn)生的熱能通過安裝在焦點處的斯特林機推動熱動力發(fā)電機組發(fā)電，工作流程如圖4 所示。碟式發(fā)電采用點聚焦，具有高聚光比、高集熱溫度、集熱器熱損失小的特點，目前峰值光電轉(zhuǎn)換效率可達30%左右，但其單機容量受制于價格因素，單體發(fā)電容量規(guī)模較小，適用于分布式發(fā)電［5，18］。

圖4 碟式光熱發(fā)電裝置Fig.4 Dish-type solar thermal power generationor

2.4 菲涅爾式太陽能光熱發(fā)電

菲涅爾式太陽能光熱發(fā)電系采用線性菲涅爾式太陽能聚光器。線性菲涅爾式聚光系統(tǒng)由拋物面式聚光系統(tǒng)演化而來，其工作原理與槽式光熱發(fā)電相似，不同的是線性菲涅爾鏡面布置無需保持拋物面形狀，太陽直射輻射通過一次平面反射鏡聚焦到塔桿頂后經(jīng)二次反射鏡到線性集熱器上，加熱工質(zhì)，產(chǎn)生蒸汽，推動汽輪機發(fā)電［5，9］。線性菲涅爾式光熱發(fā)電裝置如圖5所示。

圖5 線性菲涅爾式光熱發(fā)電裝置Fig.5 Linear Fresnel CSP arrays

2.5 各類光熱發(fā)電技術特性對比

上述4 類光熱發(fā)電技術路線由于聚光系統(tǒng)結構、光熱發(fā)電集熱方式及光熱發(fā)電系統(tǒng)各環(huán)節(jié)工作參數(shù)存在差異（見表1），它們的運行性能及推廣應用程度不盡相同［5，9］。

表1 4種光熱發(fā)電技術特點Table 1 Characteristics of four generation technologies

綜上所述，碟式和塔式發(fā)電技術聚光鏡場的光學效率較高，聚光集熱及光熱轉(zhuǎn)化過程中的能量更集中，系統(tǒng)工作溫度和效率也就高。碟式系統(tǒng)受到單機規(guī)模和造價的限制，目前在建示范項目的單臺機組容量處于kW 級別；塔式系統(tǒng)的太陽島控制系統(tǒng)復雜、維護成本高，但具有聚光倍數(shù)高、光熱轉(zhuǎn)換效率高、熱量傳遞路徑短等特點，非常適合大規(guī)模、大容量的商業(yè)化應用，因此塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)被認為是極具潛力的技術路線，目前約占全球太陽能熱發(fā)電總裝機容量的20%［19-20］。

槽式光熱是目前最為成熟、應用范圍最廣的光熱發(fā)電技術，約占裝機總量的76%［19-20］。槽式光熱發(fā)電系統(tǒng)具有聚光與集熱系統(tǒng)結構部件簡單、能量收集跟蹤控制簡便的特點，但相較于塔式，槽式的聚光較低、散熱面積較大，效率和工作溫度相應較低。

菲涅爾式光熱發(fā)電雖然采用了菲涅爾結構聚光鏡代替拋物面，降低了聚光鏡生產(chǎn)技術難度和成本，但系統(tǒng)總體效率有待提高。目前國內(nèi)已建成的線性菲涅爾光熱發(fā)電項目只有蘭州大成敦煌50 MW光熱發(fā)電項目。

3 光熱發(fā)電技術研究現(xiàn)狀

3.1 光熱發(fā)電建模及運行特性

光熱發(fā)電系統(tǒng)是太陽能集熱、傳熱蓄熱、熱交換、發(fā)電等多個系統(tǒng)的集成與協(xié)調(diào)控制的動態(tài)系統(tǒng)，因此分析系統(tǒng)能量的累積和流動及不同時間尺度下光熱發(fā)電的運行特性，是實現(xiàn)光熱優(yōu)化運行、提升光熱發(fā)電效益的基礎［4］。目前的光熱發(fā)電特性模型多考慮光熱電站內(nèi)部熱量的轉(zhuǎn)換關系，或?qū)崃颗c電量之間的關系展示為泛函數(shù)關系［21］。在研究簡化的光熱電站內(nèi)部能量流過程時，建立適用于調(diào)度運行、經(jīng)濟性分析的靜態(tài)模型。Sioshansi 等［22］通過簡化光熱電站內(nèi)部能量交換的動態(tài)過程，建立了小時級能量流靜態(tài)模型。但該模型中并未考慮棄熱以及機組的爬坡因素。針對上述未考慮爬坡、備用等因素的模型無法直接應用于含CSP電站的電網(wǎng)調(diào)度問題。陳潤澤等［23］對靜態(tài)能流模型進行了改進，并在此基礎上提出了光熱電站參與下的調(diào)度模型。張中丹等［24］對光熱發(fā)電各子系統(tǒng)自身及之間的能量流進行合理簡化，建立面向發(fā)電量優(yōu)化的靜態(tài)能量流數(shù)學模型。在建立考慮熱交換的熱力學動態(tài)模型方面，李換兵［25］以美國SEGS 電站Ⅵ號機組（SEGS Ⅵ）為對象，研究常規(guī)槽式太陽能熱電站熱力系統(tǒng)實時動態(tài)仿真模型，并基于仿真模型對該類型電站的動態(tài)特性進行分析。耿直等［26］針對帶儲熱裝置的中低溫槽式光熱發(fā)電系統(tǒng)搭建了熱力學仿真模型，對春分、夏至、秋分、冬至4個典型日進行逐時仿真。李國營［27］建立了塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的熱力學動態(tài)方程，并基于模型和實際運行數(shù)據(jù)，進一步研究了北京延慶1 MW 塔式光熱電站的整體效率。Alferidi等［8］研究開發(fā)了CSP的概率模型，以確定太陽輻射和氣溫變化對電力系統(tǒng)可靠性的影響，研究還用該模型對系統(tǒng)負荷、裝機容量、安裝場地參數(shù)等一系列因素對光熱發(fā)電容量可信度和有效承載能力的影響進行了評估。

3.2 含光熱發(fā)電的電力系統(tǒng)優(yōu)化運行方法

近年來，將光熱電站作為靈活調(diào)節(jié)資源納入電力系統(tǒng)以支撐電網(wǎng)靈活性運行需求已成為研究熱點。肖白等［21］從光熱電站特性出發(fā)，分別以系統(tǒng)的收益最大、跟隨負荷能力最大、平抑風電出力波動為目標，建立光熱-風電-光伏的協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度模型，利用光熱電站靈活出力的特性，對風電和光伏發(fā)電并網(wǎng)進行削峰填谷，平滑出力曲線。此類研究實現(xiàn)了不同工況和控制模式下的光熱、風電、光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化運行［28-30］。

在源荷協(xié)調(diào)調(diào)度方面，趙昱宣［31］針對光熱光伏聯(lián)合電站，研究了光熱電站與多元源荷資源的協(xié)調(diào)調(diào)度問題和報價曲線優(yōu)化問題，提出了光熱電站與多元源荷資源的多元協(xié)調(diào)調(diào)度策略，提高了光熱電站與多元源荷資源聚合時的調(diào)度經(jīng)濟性和靈活性。劉新元等［32］針對含光熱-風電電力系統(tǒng)如何在多時間尺度下實現(xiàn)源荷靈活協(xié)調(diào)調(diào)度問題，構建了含光熱-風電的電力系統(tǒng)多時間尺度源-荷協(xié)調(diào)調(diào)度模型，在提高電力系統(tǒng)調(diào)度靈活性的同時解決了由大規(guī)模風電接入引起的電力系統(tǒng)調(diào)峰問題［33］。崔楊等［14］研究提出了一種源-網(wǎng)-荷協(xié)調(diào)調(diào)度的方法，將光熱電站作為調(diào)節(jié)資源，有效提高了本地新能源消納能力。在電力系統(tǒng)調(diào)度中考慮光熱電站參與調(diào)峰輔助服務方面，崔楊等［34］研究建立了光熱電站參與調(diào)峰服務的定價模型，基于此提出了一種火電與光熱電站共同參與調(diào)峰輔助服務的調(diào)度方法，提高電力系統(tǒng)風光消納水平的同時降低運行成本。

3.3 含光熱發(fā)電的多能源系統(tǒng)集成策略

配備儲能系統(tǒng)使光熱發(fā)電機組具有能量時移特性和快速調(diào)節(jié)能力［34］?，F(xiàn)階段，學者將光熱發(fā)電與風電、光伏、儲能、儲熱等系統(tǒng)合理搭配，構建了多能互補聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)。戴劍豐等［35］針對風電-光熱電站聯(lián)合系統(tǒng)提出了一種適合電網(wǎng)調(diào)度的風電與光熱電站協(xié)調(diào)控制策略，建立了含儲熱裝置的風光互補多目標優(yōu)化模型。鄭連華等［36］綜合考慮CSP電站和氫儲能協(xié)同運行對綜合能源系統(tǒng)調(diào)度的影響，提出一種含光熱電站及氫儲能的綜合能源系統(tǒng)低碳優(yōu)化運行策略，優(yōu)化了系統(tǒng)的運行靈活性，提高能源利用率。臧海祥等［37］通過研究風電-光熱-生物質(zhì)混合電站的能量耦合關系，發(fā)現(xiàn)光熱電站儲熱系統(tǒng)和生物質(zhì)鍋爐不僅提高了混合電站運行靈活性，還可通過優(yōu)化其運行策略，增加混合電站在電力市場的競標量，以獲得更高的電力市場收益。Sakellaridis 等［38］基于光熱電站和抽水蓄能電站的儲能特性和調(diào)節(jié)特性，構建了一個風電、抽水蓄能電站和光熱聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)模型，并對系統(tǒng)的運行可靠性進行評估。彭院院等［39］利用光熱電站出力可控的特點，將其聚合到風-火虛擬電廠中，并提出含光熱的光-風-火虛擬電廠雙階段優(yōu)化調(diào)度模型，以充分挖掘CSP的調(diào)節(jié)潛力，通過其內(nèi)部協(xié)同優(yōu)化，增加電廠收益。趙玲霞等［40］針對綜合能源系統(tǒng)存在的不足，研究了聯(lián)合儲能電池構建包含風電、光伏、光熱及儲能電池的多能源虛擬電廠。曾賢強等［41］針對含光熱電站參與的多能耦合區(qū)域綜合能源系統(tǒng)，構建了一個簡化的光熱電站參與的區(qū)域綜合能源系統(tǒng)，通過仿真發(fā)現(xiàn)，光熱電站的參與提高了可再生能源的利用效率和區(qū)域綜合能源系統(tǒng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化能力。

3.4 光熱電站優(yōu)化配置

儲能系統(tǒng)是保證光熱發(fā)電連續(xù)穩(wěn)定運行、具備可調(diào)節(jié)性能的關鍵。因此，儲熱系統(tǒng)容量參數(shù)優(yōu)化配置對光熱電站運行特性的影響、光熱靈活參與風電-光伏互補運行的經(jīng)濟性是當前研究的熱點問題。

Kueh 等［42-43］研究了儲熱系統(tǒng)對光熱電站運行的影響，并給出了影響儲熱容量的重要因素。Boukelia［44］等從能量效率、熱電效率、環(huán)保性、經(jīng)濟性4 個維度對比分析了基于熔鹽和導熱油2 種導熱介質(zhì)下8 種不同配置的槽式太陽能熱電廠，結果表明配置熔鹽儲熱和燃料備用系統(tǒng)的太陽能熱電廠整體效率最高。平準化電力成本（LCOE）是太陽能熱電廠經(jīng)濟研究分析中最常用的參數(shù)［45］，Praveenr等［46］以某年發(fā)電量最高時LCOE 的最低值為目標，通過改變儲熱系統(tǒng)（TES）的太陽能倍數(shù)和滿負荷小時數(shù)，優(yōu)化擬建CSP 電廠的性能。Boukelia 等［47］對阿爾及利亞的50 MW 光伏-光熱聯(lián)合發(fā)電模型中光熱系統(tǒng)的太陽倍數(shù)和儲熱容量等參數(shù)優(yōu)化進行了研究，從而使聯(lián)合發(fā)電站LCOE 最小。在研究光熱發(fā)電調(diào)度中計及調(diào)度經(jīng)濟性的儲熱容量配置方面，崔楊等［48］綜合考慮了火電機組調(diào)峰成本與儲熱成本對儲熱系統(tǒng)容量配置的影響，提出了降低火電機組調(diào)峰成本的光熱電站儲熱容量配置方法。姚元璽［49］綜合考慮火電機組發(fā)電成本、光熱發(fā)電并網(wǎng)消納的環(huán)境效益和運行維護成本、系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用成本等調(diào)度經(jīng)濟性因素，探究儲熱裝置配置成本與調(diào)度經(jīng)濟性的平衡點，確定光熱電站儲熱容量配置。Kost等［50］研究發(fā)現(xiàn)不同的補貼機制和運行策略對光熱發(fā)電最優(yōu)光電容量比和最優(yōu)儲熱容量都有影響。

3.5 光熱發(fā)電綜合效益評估

光熱發(fā)電具有媲美常規(guī)電源的調(diào)節(jié)性能，可為電網(wǎng)提供調(diào)峰與備用服務并促進風光等新能源消納，因此光熱發(fā)電效益評估除了考慮自身運行效益外，還包括替代常規(guī)機組的容量效益、與其他電源多能互補發(fā)電的電量效益、提供調(diào)峰等靈活性服務的效益等客觀效益。傅旭等［51］提出一種全面評估CSP容量效益、電量效益的等值年費用法，并計及了機組啟停、儲能電源跨日調(diào)節(jié)。沙韻等［52］針對含光熱電站的高比例新能源送端經(jīng)特高壓直流連接的互聯(lián)系統(tǒng)優(yōu)化運行，從運行經(jīng)濟性、調(diào)峰效果以及綠電效益3個角度對光熱電站的靈活運行效益進行量化分析。陳潤澤等［23］分析了在完全接納光熱發(fā)電的前提下，光熱電站并網(wǎng)在發(fā)電成本、可再生能源接納和提高匯集輸電線路利用率等方面的客觀效益。

相關文獻進一步結合電力市場，研究分析了光熱電站參與電力市場的運行策略，以實現(xiàn)光熱電站的市場收益最大化。He 等［53］針對太陽能和市場價格的不確定性，建立了CSP電站聯(lián)合日前能源、備用和調(diào)節(jié)市場的最優(yōu)報價策略,以提高光熱電站的運行效益。梁政等［54］考慮光熱發(fā)電商作為市場承載主體，面向電力現(xiàn)貨市場交易，構建了基于多寡頭古諾模型的市場交易決策模型。趙昱宣等［55］考慮CSP電廠熱力生產(chǎn)的非隨機不確定性和市場價格的隨機不確定性以及相關CSP 電廠的風險，提出了光熱電站在日前和實時電力市場的最優(yōu)運行策略，提升了光熱發(fā)電經(jīng)濟效益。

基于以上文獻可知，現(xiàn)階段含光熱發(fā)電的電力系統(tǒng)優(yōu)化運行方面，學者側重對光熱電站參與風電-光伏聯(lián)合發(fā)電、應對風光電不確定性、促進高比例可再生能源電力系統(tǒng)靈活調(diào)度策略方面的研究；但從電力系統(tǒng)整體考慮的接入電網(wǎng)后光熱電站發(fā)電容量可靠性、支撐電網(wǎng)安全靈活運行方法的研究較少。在含光熱的多能源系統(tǒng)集成方面，現(xiàn)有研究探索風-光-熱-儲多能互補能源系統(tǒng)集成策略時，大多考慮光熱與光伏、風電、儲能在電源側形成“光熱+”的多能互補發(fā)電形式；然而探討光熱電站在電/熱/冷/氣多能源集成系統(tǒng)中的運行策略及為電力系統(tǒng)提供一定的容量支撐和調(diào)節(jié)能力方面需要做更進一步的探討和研究。光熱優(yōu)化配置方面，目前光熱電站優(yōu)化配置大多著眼于單個光熱電站的集熱及儲熱效率優(yōu)化，部分文獻研究了計及調(diào)度經(jīng)濟性的儲熱參數(shù)配置策略［56］，但是考慮電力系統(tǒng)效益最大化下光熱電站靈活參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)的最優(yōu)容量匹配方法鮮有報道。光熱發(fā)電綜合效益評估方面，部分文獻從光熱電站運營收益的角度出發(fā)，研究分析了特定場景中光熱電站參與電力市場的運行策略，并未全面考慮分析CSP的運行方式、儲熱時長、新能源滲透率及調(diào)峰需求和電網(wǎng)約束條件等不確定影響因素和多優(yōu)化目標下的光熱電站的效益評估方法。

4 光熱發(fā)電技術展望

太陽能光熱發(fā)電作為一種出力穩(wěn)定、可靠的新能源發(fā)電技術，是實現(xiàn)我國能源轉(zhuǎn)型目標不可或缺的重要技術手段。該技術涉及太陽能集熱、傳熱蓄熱、發(fā)電等多個系統(tǒng)的集成與協(xié)調(diào)，在未來發(fā)展中需關注以下幾方面。

（1）光熱高溫集熱/儲熱關鍵技術和設備研究方面。光熱發(fā)電系統(tǒng)在高溫運行參數(shù)時具有發(fā)電效率高、經(jīng)濟性高、適宜大容量發(fā)展的優(yōu)勢。因此，開展高溫集熱/儲熱技術的研究，推進光熱發(fā)電朝著高運行參數(shù)、大容量方向發(fā)展對該技術非常關鍵。

（2）光熱功率預測方面。光熱發(fā)電主要利用太陽的法向直接輻射。法向直接輻射受云的影響很大。不同自然資源環(huán)境下的輻照度等環(huán)境因素將對光熱發(fā)電集熱、儲能系統(tǒng)產(chǎn)生影響。應研究如何提升光熱功率的預測精度，以更好地為光熱儲熱系統(tǒng)高效經(jīng)濟運行和電站出力提供決策依據(jù)。

（3）光熱運行特性研究方面?！半p碳”目標的制定為風、光等新能源開發(fā)按下“加速鍵”，對電力系統(tǒng)的接納、調(diào)節(jié)等能力提出更高要求。未來應綜合考慮源-荷雙側的高度不確定性，結合實際運行情況開展各類型光熱電站在不同運行工況下的動態(tài)特性分析，構建光熱發(fā)電設備在不同時間尺度下的數(shù)學模型，分析不同類型光熱發(fā)電容量可靠性、支撐電網(wǎng)安全等運行特性，提升電網(wǎng)穩(wěn)定特性和靈活性；開展不同類型光熱發(fā)電參與高比例新能源送端電網(wǎng)接納新能源能力的協(xié)調(diào)優(yōu)化配置及調(diào)度策略研究，提升電網(wǎng)運行效率和經(jīng)濟性。

（4）光熱發(fā)電相關標準。目前光熱發(fā)電技術在我國處于初級階段，各項技術各自為政，缺乏明確的標準，未能充分對應光熱發(fā)電運行實際，難以對產(chǎn)業(yè)形成有力的支撐。未來應結合光熱運行實際，從系統(tǒng)穩(wěn)定性、動態(tài)性能、經(jīng)濟性的角度出發(fā)，深入研究不同類型光熱容量配置參數(shù)選取方法，并提出相應的不同容量占比光熱參與電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻的控制策略、“光熱+風光電”多能互補一體化運行標準。

（5）光熱發(fā)電的成本效益評估。目前光熱投資成本較高是影響太陽能光熱電站發(fā)展的主要因素，因此分析評估光熱發(fā)電經(jīng)濟性和綜合效益，是提升光熱發(fā)電的競爭力的關鍵。未來還需要從光熱電站成本優(yōu)化和光熱參與電網(wǎng)調(diào)峰、與其他電源的多能互補發(fā)電效益方面做進一步探索。一是從光熱發(fā)電技術材料、太陽島集熱系統(tǒng)規(guī)劃優(yōu)化、儲熱容量配置等光熱電站光熱中各子系統(tǒng)技術配置方面，提升光熱電站的經(jīng)濟性，降低LCOE。二是結合電力市場，考慮電網(wǎng)整體調(diào)峰等輔助服務需求，分析電力系統(tǒng)最大化效益下光熱電站靈活參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)的運營方式和與決策分析模型，挖掘光熱發(fā)電提供調(diào)峰等靈活性服務的效益及與其他電源的多能互補發(fā)電效益。

5 結束語

為了提升高比例可再生能源電力系統(tǒng)的靈活性，對4 種光熱發(fā)電系統(tǒng)進行了對比研究。光熱發(fā)電集發(fā)電與儲能為一體，具有出力靈活可控等優(yōu)勢，是極具發(fā)展前景的可再生能源發(fā)電技術。本文介紹了光熱發(fā)電技術原理及系統(tǒng)結構；綜述了現(xiàn)階段光熱發(fā)電技術的研究現(xiàn)狀；探討了未來光熱發(fā)電需關注的問題與研究方向，希望為日后研究與開發(fā)高性能光熱發(fā)電提供參考。