太阳能热发电系列文章_4_太阳能热发电技术现状与前景

作了改进： 一是为防止两端温度过高影响封接质量， 断投入重要力量进行研究。以单块定日镜面积为例，
在局部增加了太阳辐射反射圈； 二是力求最大限度 当初美国Ｓｏｌａｒ Ｏｎｅ电站采用的定日镜面积为４０ｍ２，
减少遮光面积， 使真空管有效利用长度大于９６％； 三 已经相当大了。现在单块定日镜的面积则更大， 美国
是调整相关玻璃材料配方， 使可伐与玻璃管封接得 先进的热系统面积为１５０ｍ２， 科学应用国际公司的定
更好。两者性能数据比较见表１。
表１
日镜为１７０ｍ２， 德国Ｓｔｅｉｎｍｕｌｌｅｒ的 定 日 镜１５０ｍ２， 西 班 牙 ＧＭ－ １００ 采 用 １００ｍ２ 的 定 日 镜
项目
以 色 列 Ｓｏｌｅｌ
德 国 Ｓｃｈｏｔｔ
２００２年， 美国能源部在内华达实施１ＭＷｅ的碟 式系统； ２００４年， 美国ＳＥＳ公司在Ｓａｎｄｉａ国家实验室 建造出５套２５ｋＷｅ碟式斯特林系统； ２００５年８月， ＳＥＳ 公 司 实 施 由 ４０ 套 ２５ｋＷｅ 系 统 组 成 的 １ＭＷ碟 式 项 目 ， 并宣布与南加爱迪生电力公司签署了８５０ＭＷ的ＰＰＡ 电力购买协议。
＜０．１Ｐａ
体的热能， 其设计主要取决于流 体工作的温度和压力范围、辐射 通量。目前接收器主要有外露式 和 空 腔 式 两 种 类 型 。Ｓｏｌａｒ Ｏｎｅ 电
（ ４） ＤＳＧ技术是指直接用水作为介质的新型槽 站和Ｓｏｌａｒ Ｔｗｏ电站采用的是外露式接收器； 德国西
式发电技术。利用这一技术可以取代大量的换热器， 班牙合作项目Ｐｈｏｅｂｕｓ采用的是空腔式接收器， 其中
图３ 两种典型定日镜结构
墨西哥、西班牙、美国等太阳能资源丰富的国家。
塔式系统技术正处于商业化示范期， 西班牙有
３．项目投资与发电成本
两个项目， 分别是（ １） ＰＳ１０项目： １１ＭＷｅ， 饱和蒸汽，
据 世 界 银 行 报 告 ， 如 果 槽 式 电 站 功 率 规 模 在 ７５０００ｍ２定日镜， 蓄热３ｈ； （ ２） ＳｏｌａｒＴｒｅｓ项目： １５ＭＷｅ，
１００米
合实验室的研究表明， 到２０２０年前
后， 太阳能热发电成本约为５美分 ／ ｋＷｈ， 从而可能成为实现大功率发 电 、替 代 常 规 能 源 的 最 经 济 手 段 之
活性 中心油管和 连接 温度传感器
吸收管 （ 集热单元）
镜面板
吸收管
（ 集热单元） 镜面板
一。
世界现有的太阳能热发电系 统 大 致 有 ： 塔 式 系 统 、槽 式 系 统 和
等。图３为两种定日镜的典型结
构， 图４为２００ｍ２定日镜设计概念
图。
外观图
接收器是系统的核心部件，
其功能是将太阳能转化为工作流
玻管透光率т ≥０．９６（ 外层玻管镀减反射薄膜）
吸收率α
０．９６
发射率ε
０．１９（ ３５０℃）
真空度τ
０．０１３Ｐａ
≥０．９６（ 外层玻管镀减反射薄膜）
≥０．９５ ≤０．１４（ ４００℃）
７～１０欧分 ／ｋＷｈ； 中期： 并网ＩＳＣＣ， ６欧分 ／ｋＷｈ； 远期：
５欧分 ／ｋＷｈ。由此可见， 槽式太阳能发电技术已经取
得了突飞猛进的成果。 （ 二） 塔式系统
图４ ２００ｍ２定日镜设计概念图
２４ ２００６年 第４期
南非目前正在评估１００ＭＷｅ熔 盐 技 术 塔 式 系 统 商业化项目的可行性。 ３．项目投资与发电成本
在过去的十年里， 由多家公司研制的功率范围 在７～２５ｋＷｅ的系统样机已在美国成功运行。
由 欧 洲 支 持 的 新 Ｅｕｒｏｄｉｓｈ 项 目 将 会 进 一 步 促 进 该技术发展； 同时， 美国的两个工业团队斯特林能源 系统公司， 科学应用国际公司已经安装了多台第二 代２５ｋＷｅ斯特林系统样机， 用于进一步测试评价， ＷＧ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ研 发 的 第 一 台 无 人 值 守 远 程 操 作 的 ９～１０ｋＷｅ碟式斯特林系统样机也已开始示范运行。 ２．现有项目
进而实现简化系统、提高效率、降低成本的目的。目 的吸热材料为金属丝网、泡沫陶瓷等； 也有采用三只
前过热蒸汽的工作参数已经达到４００℃、１０Ｍｐａ。
承压空腔式接收器串连然后与２５０ｋＷ燃气轮机结合
（ ５） 可靠性技术研究， 运动中的高温真空接收器 的技术方案。
在聚光器阵列两端与布置在地面上不动的导热油管 ２．现有项目
Ｖ型 构 架
液压驱 动系统
碟式系统三类 ， 其中槽式系统在２０
本地控制器
中间塔桩
世纪９０年代初期实现了商业化， 其
驱动塔桩
他两种目前处于商业化示范阶段，
有巨大的应用前景。 二 国外热发电技术与成本
图１ ＬＵＺ１－３型聚光器
（ 一） 槽式系统
钢结构
槽式抛物面反光器
１．技术发展
吸收管
美国ＬＵＺ公司在已经建成９座槽式太阳能 热 发
目前国内热发电技术研究成果有： 中科院电工 所的定日镜、碟式聚光器、槽式聚光器等； 中国科技 大学的新型定日镜以及槽式聚光器、接收器等； 河海 大学的系统整体控制； 南京航空航天大学的小型碟 式系统和南京工业大学的热管技术以及南京春辉公 司的各类聚光集热部件、系统整体技术以及相关工 程建设等。
国 内 首 座７０ｋＷｅ 塔 式 系 统 已 于２００５ 年１０ 月 底 成 功投入并网发电。 四 太阳能热发电前景
图２ Ｅｕｒ ｏｔｒ ｏｕｇｈ型聚光器
２３ ２００６年 第４期
（ ３） 高性能的高温真空管接收器。高温真空管接 １．技术发展
收器是整个系统的核心部件， 由以色列Ｓｏｌｅｌ公司（ 前
定日镜是塔式系统中投资最大的部件， 国际上
身为ＬＵＺ公司） 提供。德 国Ｓｃｈｏｔｔ公 司 对 高 温 真 空 管 在其光学性能、结构、控制方式及制造成本等方面不
３０～２００ＭＷｅ、 采 用 朗 肯 循 环 ， 投 资 的 近 期 目 标 是 熔盐接收器， 蓄热１６ｈ， 可２４ｈ连续运行。
３５００～２４４０欧元 ／ｋＷｅ； 如果规 模 在１３０ＭＷｅ、采 用 混
合太阳能联合循环 （ ＩＳＣＣ） ， 则近期的投资目标是
１０８０欧元 ／ｋＷｅ。发电成本的目标是近期： 朗肯 循 环
太阳能热发电系列文章（ ４） 太阳能热发电技术现状与前景
张文进 孙利国 刘晓晖 徐 宁 王 军
一 简介
璃厚度等方面不断优化，以最大限度降低整机重量。
聚光类太阳能热发电（ 以下称太阳能热发电） ，
（ ２） 极轴跟踪技术， 充分考虑方位角和高度角的
即利用聚光集热器将太阳辐射能转换成热能并通 影响， 聚光集热器阵列由原来的南北向水平放置改
由德国研发的６套９～１０ｋＷｅ处于商业化前夕的碟 式斯特林系统在西班牙ＰＳＡ获得示范， 累计运行纪录 达３万小时。为进一步降低系统成本， 德国环境部资助 的６台新碟式斯特林系统发展计划已由ＳＢＰ公司执行。 ３．项目投资与发电成本
１９９９年美国电力供应研究报告认为， 只有当碟 式斯特林系统成本在２０００～１２００美元 ／ｋＷｅ时才会产 生巨大市场。
电站的基础上， 对系统中的组件不断进行技术改
进， 在欧洲的西班牙热发电研发中心ＰＳＡ进行试验，
主要表现在几方面：
（ １） 先进的聚光器， 结构形式由轴式单元（ 图１）
发展为衍架式单元（ Ｅｕｒｏｔｒｏｕｇｈ） ， 如图２所示。聚光器
单列长度由１００ｍ增长为１５０ｍ， 这样一套驱动机构可
以带动更长的聚光器阵列； 此外， 在聚光镜材料、玻
在我国， 随着《可再生能源法》的出台、《京都议 定书》的签署， 随着我国能源形势和生态环境的发 展， 太阳能热发电作为一种更适合于大规模电力供 应的补充方式， 将会受到越来越多的重视， 也必然会 得到更大的发展。
作者单位： 南京春辉科技实业有限公司 河海大学
发展经济
保护生态 （篆刻： 黄军）
２５ ２００６年 第４期
路之间存在一个重要的活动密封连接问题， 现在一
般设计为球型关节， 这一改进， 需要综合考虑温度、
压力、密封等相关因素。
２．现有项目
由于槽式太阳能热发电技术相对成熟， 所以在
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
世界得到广泛地推广应用， 这类电站分布于阿尔及
利 亚 、澳 大 利 亚 、埃 及 、印 度 、伊 朗 、意 大 利 、摩 洛 哥 、
碟 式 系 统 因 为 体 积 小 、效 率 高 、投 资 少 、安 装 方 便， 具有比较大的发展潜力， 主要适合分布式应用。特 别是碟式斯特林系统， 由于较高的工作温度可以获得 较高的转化效率， 所以发展潜力很大， 备受关注， 目前 该系统太阳能转化电能效率达到了３０％。一般旋转抛 物面反射镜直径为５～１５ｍ， 系统功率５～５０ｋＷｅ。
目 前 ， 单 套 ９ ～１０ｋＷｅ 碟 式 斯 特 林 总 成 本 为
１００００～１４０００欧 元 ／ｋＷｅ； 年 产１００套 时 ， 可 降 低 为 ７１００欧元 ／ｋＷｅ； 发电成本的近期目标低于１５欧分 ／ ｋＷｈ， 中远期则更低。
欧 洲 Ｅｕｒｏｄｉｓｈ 系 统 的 成 本 目 标 更 乐 观 。年 产 １００ 套时， 为７１００欧元 ／ｋＷｅ； 年产１０００套时， 降到３７００欧 元 ／ｋＷｅ； 年产３０００套时， 为２４００欧元 ／ｋＷｅ， 年产 １００００套时， 仅１６００欧元 ／ｋＷｅ。 三 国内热发电技术现状
ＰＳ１０项目的投资约为２７００欧元 ／ｋＷｅ， 发电成本 估 测 为 ２０ ～１４ 欧 分 ／ｋＷｈ； ＳｏｌａｒＴｒｅｓ 项 目 总 投 资 约 ８４００万欧元， 每年运行费用２００万欧元。
据世界银行报告， 在每年太阳直射幅照度ＤＮＩ 为２７００ｋＷｈ ／ｍ２条件下， 中期发电成本为７～８欧 分 ／ ｋＷｈ （ １００ＭＷｅ， 蓄 热 ） ， 远 期 成 本 为 ５ 欧 分 ／ｋＷｈ （ ２００ＭＷｅ， 蓄热） 。 （ 三） 碟式系统 １．技术发展
太阳能热发电， 不耗用化石能源， 无任何污染排 放， 是清洁的发电技术。自２０世纪８０年代初研究试验 成功以后， 一直在不断完善和发展中， 其中槽式系统 已经成为世界范围内推进商业化应用的突破口和重 点； 塔式和碟式系统尚处于商业化试验阶段。专家预 测， ２０２０年前后， 太阳能热发电系统将在发达国家实 现商业化， 并逐步向发展中国家扩展。
过 热 力 循 环 持 续 发 电 的 技 术 。２０世 纪８０年 代 以 来 ， 为南北向的倾斜轴（ 倾斜角度与纬度有关） ， 从而更
美、以、德、意、俄 、澳 、西 等 国 相 继 建 立 起 不 同 形 式 有效地接收太阳辐射能。
的示范装置， 有力地促进了太阳能 热 发 电 技 术 的 发 展 。 美 国 Ｓｕｎｌａｂ 联