太阳能热发电技术综述

太阳能热发电技术综述

1:技术和原理

有三种方式，都是用反射镜聚焦阳光加热水产生蒸汽、通过汽轮机带动发电机发电，区别在于蒸汽产生方式上。

1.1:抛物槽型热发电系统

聚光集热系统（由抛物槽式聚光镜＋接收器＋跟踪装置组成）＋换热系统（由予热器＋蒸汽发生器＋过热器和再热器组成）＋发电系统（同常规发电设备）＋蓄热系统（显式、潜式、化学储热三种）＋辅助能源系统（夜间和阴天用辅助发电设备）。一般建大于350MW电厂

1.2:塔式热发电

平面镜反射阳光到中心接收塔顶收集器，大量能量在高温下熔化一种盐、并将热盐储存罐中、当要发电时打开产生蒸汽驱动透平发电机。产生蒸汽后低温盐回到冷盐储存罐中并用泵打到塔顶再次加热以为下一热循环用（Ⅱ型）。一般建几千MW电厂。

特点：聚光倍数高易达到高温、反射光线一次完成简单高效、光热转换效率高、成本低

1.3:蝶型热发电

蝶型抛物镜/斯特林系统适用边远地区独立电站，光学效率高、启动损失小。用于小型独立电站。2:比较

电站初期投资1.42亿元，其中定日镜52%、发电设备18%、蓄热装置10%、接收器5%、塔3%、管道及换热器8%、其它4%。可以看出定日镜价格贵，但隋制镜技术提高成本大幅下降，预计到2020年发电成本会达到30-60美元/Mwh（即3-6美分/度）。在大规模发电方面，塔式太阳能热发电将是所有太阳能发电中成本最低的一种方式。

太阳能热发电投资成本为煤电的8倍左右，但因其不需燃料则用电成本比煤电低20-40倍，隋技术发展太阳能热发电成本进一步下降，有环保意识的用户更倾向于绿色能源，而煤电将隋通货膨胀而上升

3条件

3.1:土地：建一个200MW（20万KW）太阳能热发电厂需占地3000英亩，但太阳能热发电与光伏和风力发电比较不宜模块化，估计要在100-300MW以上时才比较经济

3.2:光照：太阳光全照射功率大于1kw/m²，每年大于2000kwh/m²才是经济的

3.3:投资：一个中等的100MW发电厂投资成本3-5美元/W，发电成本10-15美分/度

4:国内外发展情况

4.1:国外

至2004年全世界已装太阳能发电系统总收集阳光面积9500万平方米，以光照1kw/m、照射时间50%、平均转化率20%，则差不多可获电能10GW，但大部分是在低温下使用（如水加热等），高温使用（如热电厂等）只有500Mw，不过正地快速增长。

07-08二年中，世界上太阳能热发电的在建装机容量是07年之前20年中的8倍，太阳能热发电技术已进入快速发展期。

太阳能热发电在可再生能源发电技术中具有成本低、节能减排作用显著、无污染等特点而具有明显的市埸前景。

09年6月29日，国际能源署SolarPACES组织、欧洲太阳能热发电协会（ESTELA）和绿色和平组织联合公布了三方共同撰写的《聚光型太阳能热发电展望2009》。报告预测到2030年聚光型太阳能热发电（简称CSP）将能满足全球7%的电力需求，到2050年可提高到25%。报告认为槽式CSP已经是可靠且得到示范证明的技术，在建和运行的发电站装机容量已接近2000 MW，主要位于西班牙和美国。

CSP发电站具有调度能力，并且可以通过结合新的储能技术和其他可再生能源或传统能源的混合运行概念予以加强。这一特点可解决可再生能源存在的一个最重要的缺点：变化大、不可预测且不可调度。

未来十年里CSP在世界一些日照最强的地区有望得到发展。到2014年在建和拟建CSP发电站容量可达到15 000 MW。然而，CSP仍有一些缺陷尚待解决：首先是成本，需要从系统到部件的创新以及制造技术的改进。效率上也仍有很大的提高空间（更高的工作温度，更好的集热器性能等）。发电站的最佳规模应比现有的要大（目前受制于监管和金融因素），与此相关的储能能力还需要从容量、温度和成本等方面加以提高。最后，还需要从建造和降低运营维护成本中产生学习效应。

美国、以色列、澳大利亚、德国等是太阳能利用的技术强国,在阿尔及利亚、澳大利亚、埃及、希腊、印度、以色列、意大利、墨西哥、摩洛哥、西班牙、美国等已建有13个太阳能热电厂。德国将在西班牙建二个50MW并网的太阳能热电，投资4亿美元（8美元/W），用非跟踪式抛物型聚能器。

美国已建成塔式7座（2437MW）、槽式9座（1614MW）、蝶式4座（1750MW），目前签订的热发电装机容量6GW，到2015年电力成本将从现有13-16美分/度降到8-11美分/度、到2020年降到7美分/度。

目前国际上最大的太阳能塔式发电站是西班牙PS20装机容量20MW。绿色和平国际与欧洲热发电工业协会预计到2010年装机容量将达1550MW可减排3.6Mt;2015年达6000MW，可减排9.12Mt;2020年达21500MW，可减排32.8Mt。西班牙Abengoa太阳能公司在太阳能热发电行业的已有20多年太阳能技术开发经验，业务覆盖西班牙和美国两国市场，并不断向其他国家和地区拓展。当前在西班牙有300MW太阳能电站正在建设，全球最早的两座商业化塔式电站（PS10和PS20）正在运行，3座50MW的槽式电站正在建设，全球最大的低倍聚光光伏电站正在运行，分别位于阿尔及利亚和摩洛哥的全球第1座、第2座太阳能/化石燃料联合循环（ISCC）电站正在建设。

比利时已开发出成本更低的平面镜聚能器，模块化设计规模达到200MW，今后太阳能发电＋化石能发电（煤、燃气等）混合发电厂将是发展方向。印度的40MW太阳能发电＋100MW燃气发电的混合电厂就是模式，2012年将建成1500MW这样的混合电厂。

4.2:国内

至2020年我国一次能源需求25-33亿吨标准煤，二十世纪九十年代中期酸雨面积达我国面积30%左右，二氧化硫和二氧化碳排放分别占世界第一、二位。而且已探明我国的煤碳在80年内、石油在15年内、天燃气在30年内将用尽，能源总量供应不足和能源结构不合理严重制约了国民经济的发展，发展可再生能源已是当务之急，到2020年我国的可再生能源将达10%、2050年将达40%甚至更高。

发展太阳能热发电技术是“国家中长期科学和技术发展规划纲要｛2006-2020年｝”规划重点研究任务。“十一五”期间国家863计划设立了“太阳能热发电技术及系统示范”重点项目，其目标是完成1MW太阳能塔式实验电站，设立了总体设计技术、高精度定日镜、高可靠吸热传热和蓄热方式研究、集中控制、实验平台建设等5个课题。太阳能热发电电站建在北京市延庆县八达岭镇大浮坨村，由太阳能吸收塔、镜埸、发电厂房、试验埸组成，占地面积236.8亩，于09年4月19日获北京市发改委立项批准，现已通过环境评价和并网批准，建成后估计年发电量195万度、与火电比较可节约标煤663吨、减排二氧化碳2236.6吨、二氧化硫17.8吨、粉尘136.3吨。中国工程院院士张耀明教授取得了自动跟踪太阳、聚光和集热等方面的技术突破，国内首座70kw塔式太阳能热发电系统于05年10月在南京江宁太阳能试验埸建成并网发电。

目前国内已拥有自主知识产权的100kw槽式太阳能热发电装置。09年华园新能源工程公司与中科院电工所、清华大学等联手研发太阳能高热利用系统，采用菲涅尔凸透镜技术可以对几百面反射镜进行同时跟踪、高温直通管实现国产化可产生550度以上高温蒸汽。

中国于09年1月启动了太阳能利用行动计划，设定2015年达分布式利用、2025年达替代式利用、2035年达规模利用的目标，并建立了太阳能技术研究中心

目前，中科院电工所的定日镜、北京天翌洁科技公司定日镜及跟踪系统、北京太阳能研究所高温集热管、成都奥能知科技公司热管太阳能热发电技术、北工大的熔盐技术、武汉理工的聚光器反射镜等技术研究都有突破。

5:选址原则

5.1:太阳能法向直射幅射数据调查（太阳能法直资源），我国现有122个测点、其中97个具有多年太阳时空幅射法直数据并制有太阳时空幅射法直分布图。特别是西北茺漠地区的太阳能资源十分丰富，太阳能热发电容量为三峡电站最高发电量的50倍

5.2:空间高分辨率的土地利用和地形（坡度和阻挡、用地成本）

5.3:水资源供给（太阳能发电介质：水、空气、熔盐）

5.4:交通和电网距离（人员和维修成本、输电成本）

5.5:消费者人口分布和经济空间分布（技术创新、基准电价、投资回收、政策税收、环境及优惠）太阳能热发电选址要反映发电技术和成本、规模和投资、回收期和政策优惠之间的关系。根据我国西北地区的太阳能优势，建商业化的太阳能热电站的用电成本在1.2元/度左右，目前的一次投资在3-3.5万元/KW。北京的延庆为2.4元/度，这主要是太阳光资源和电站容量关系引起差别。