太阳能光热发电与光伏发电对比分析

传统的火力发电是通过燃烧，把化石中储存的能量，转化为热能，再转化为电能。而太阳能光热发电则是通过数量众多的反射镜，将太阳的直射光聚焦采集，通过加热水或者其他工作介质，将太阳能转化为热能，然后利用与传统的热力循环一样的过程，即形成高温高压的水蒸气推动汽轮机工作，最终将热能转化成为电能，典型太阳能光热发电热力循环系统原理如图所示。

太阳能光热发电热力循环系统原理图

正是通过这样的环节，太阳能光热发电技术和传统技术顺利地集成在一起。由于火力发电技术早已非常成熟，从而降低了太阳能光热发电整体技术开发的风险。

中国产业信息网发布的《》指出：技术主要包括太阳能光伏发电和太阳能光热发电两种，光伏发电的原理是当太阳光照射到上时，电池吸收光能，产生光生伏打效应，在电池的两端出现异号电荷积累。若引出电极并接上负载，便有功率输出。光伏发电是目前太阳能发电产业的主流技术，较为成熟，国家已明确其上网电价（不同地区在~1 元/度范围变化），发电成本也下降至元/度左右；光热发电在我国发展时间较短，在太阳能聚光方法及设备、高温传热储热、电站设计等集成以及控制方面，已经取得实质性进展，但商业化业绩较小，上网电价政策尚未落实，发电成本也较高，约为元/度左右。但太阳能光热发电与光伏发电相比具有以下优点：

1）太阳能光热发电输出电力稳定，电力具有可调节性，易于并网

目前太阳能光热发电系统可以通过增加储热单元或通过补燃或与常规火电联合运行改善出力特性。而受日光照射强度影响较大，上网后给电网带来较大压力，其发电形式独特，和传统电厂合并难度大。

通过储热改善光热发电出力特性（槽式和塔式光热发电）。白天将多余热量储存，晚间再用储存的热量释放发电，这样可以实现光热发电连续供电，保证电流稳定，避免了光伏发电与风力发电难以解决的入网调峰问题。根据不同储热模式，可不同程度提高电站利用小时数和发电量，提高电站调节性能。

通过补燃或与常规火电联合运行改善光热发电出力特性。太阳能热可利用化石燃料补燃或与常规火电联合运行，使其可以在晚上或连续阴天时持续发电，甚至可以以稳定出力承担基荷运行，从而使年发电利用得到7000 小时左右。 2）太阳能光热发电无污染

光热发电是清洁生产过程，基本采用物理手段进行光电能量转换，对环境危害极小，太阳能光热发电站全生命周期的CO2 排放仅为13~19g/kWh。而技术存在致命弱点为在生产过程中对环境的损耗较大，是高能耗、高污染的生产过程。业内专家认为，太阳能电池在生命周期所能节约的能源与生产太阳能电池本身所要消耗的资源相比，并不经济。

和光热发电对比

资料来源：中国产业信息网整理根据聚光方式的不同，光热发电技术主要分为：塔式、槽式、碟式和线性菲涅尔。其共同点是利用不同技术加热工质，再驱动汽轮机发电，也可以在转成电能的环节上采用斯特林发动机。槽式和塔式光热电站目前均已实现了大规模商业化运行，而碟式及线性菲涅尔式则分别处于系统示范阶段。其中目前应用较为广泛的三种光热发电系统比较见下表。

三种光热发电系统比较

资料来源：中国产业信息网整理 1、槽式太阳能热发电

槽式太阳能集热系统如下图所示

在太阳能集热器上利用抛物线式反射板将太阳光聚焦到中心焦点线上。在对日跟踪系统的作用下，阳光会被连续地聚集在焦点线位置的上。在集热管中流动的热流体将热量连续不断地输送到高压蒸汽发生器中，通过换热器进行热量交换，产生热蒸汽。若产生的蒸汽用于发电或供热，则热蒸汽做功或放热完成后经过压缩冷凝回流到热蒸汽发生器中，

再次被加热成为闭环系统不断循环的热蒸汽；若生产的蒸汽是用于其它生产工艺并被消耗，则需补水。同时，通过热交换器后的热介质流体也将返回到集热场中再次被加热。为了在太阳能不足时仍能生产蒸汽，可在系统中放置储热罐，存储富余的能量，在太阳能不足时对系统进行补给，从而加大太阳能的利用效率。

2、碟式太阳能热发电

碟式又称盘式，其主要技术特征是采用盘状抛物面聚光集热器，它也是一种点聚焦集热器，其聚光比可以高达数百倍到数千倍，因而可以产生非常高的温度。在其接收器上安装热电转换装置，比如斯特林发动机或朗肯循环热机等，从而将直接转换成电能。可以单台使用或多台并联使用，适宜小规模发电，所以比较适合偏远山区远离电网地区，进行分布式离网供电。

碟式光热发电站示意图

3、菲涅尔式集热发电

菲涅尔式集热系统如图8所示，1990 年澳大利亚科学家在总结了槽式和塔式的经验基础上，提出了紧凑线性菲涅尔反射聚光器和蒸汽发生系统的构想，并于2002年由德国 FRAUNHOFER 设计，比利时索拉门多公司制作了5000 m2 的菲涅尔（Fresnel）太阳能聚光器。相比较槽式，这套系统的一个关键优势就在于菲涅尔的聚焦比大，可以获得比较高的温度，每平米镜面所需要的基础和电机很少，系统通过使用标准的平面镜代替需要特殊方法加工的曲面反射镜，让所有的镜子贴近地面，降低风载和钢的使用，从而降低成本。

菲涅尔式太阳能光热发电站基本原理图

4、塔式太阳能热发电

塔式系统如下图所示，具有规模大、热传递路程短、热损耗小、聚光比和温度较高等特点，是几种光热发电系统中可达到发电成本最低的一种。它利用众多定日镜形成的定日镜场阵列，将太阳辐射反射到置于高塔顶部的吸热器上，加热吸热工质使其直接产生蒸汽或者换热后再产生蒸汽，以此驱动汽轮机带动，从而将太阳能转换为电能。整个系统主要由 4 大基本部分构成：聚光系统、吸热系统、储热系统和发电系统。

塔式光热发电站基本原理图

目前，槽式和塔式光热发电已经实现商业化，菲涅尔和碟式技术所占的份额依旧很少，短期看也没有出现大跨步发展的迹象。世界范围内槽式光热发电系统占比最高，因为塔式光热发电系统的初始投资高、碟式发电系统能量储存困难。但塔式光热发电系统综合效率高，非常适合于大规模、大容量商业化应用，在规划建设的光热电站项目中塔式所占的比例已经超出了槽式技术。我们认为，未来塔式光热发电技术将是光热发电的主要技术流派。

四种光热发电技术的装机比例统计（截至2013 年3 月份）

现阶段被广泛商业化运行的槽式聚光系统多为管桁架式，耗用的钢材多，自重大，成本高，加之是单轴跟踪，聚光比低，光热转换效率低。而碟式聚光系统虽然具有较高的光学效率和较低的跟踪误差，并采用了高效率的集热器，从而具有较高的热电转换效率等这些优点。但是在增大聚光面积时，增加了支撑架体设计难度，由于抗风等级的要求导致用钢量大幅度提高，造成系统成本增加。作为线性菲涅尔聚光系统，虽然建设和维护成本相对来说低廉，但其普遍存在遮挡和阴影问题，造成系统效率低，聚光倍数只有数十倍。导热管路上能量损失问题也是线性菲涅尔集热器上不容忽视的问题。

相比上述不足，秦皇岛瑜阳光能科技有限公司的复合碟作为一种新型聚光系统，具有以下优点：

（1）焦点固定设计（即系统集热装置固定）——具有塔式焦点不移动的特点。本发明降低了太阳能聚光系统接收器的设计难度，解决其它系统中普遍存在的管路安装困难的问题。