槽式太阳能热发电技术研究现状与未来发展趋势

槽式太阳能热发电技术研究现状与未来发

展趋势

1、槽式太阳能热发电技术的研发背景

能源是人类生存和发展的重要物质基础，更是社会经济发展的动力源泉。在当今世界的能源结构中，人类利用的能源是以煤炭、石油和天然气为主的化石能源。在 2008 年世界主要能源需求比例中，煤炭、石油和天然气的需求量占了能源总需求量的 75%以上。然而这些常规能源是一次性不可再生能源，其蕴藏量十分有限，随着开采量和使用量的急剧增加而逐渐枯竭，预计到2020 年世界一次能源消费总量将达到 200-250 亿吨标准煤。与此同时，化石能源燃烧不可避免地产生大量二氧化碳等温室气体，导了全球生态环境的严重污染和破坏。随着世界能源匮乏与环境恶化日益加剧，开发新的能源利用方式，充分利用清洁能源，逐步改变以煤、石油为主的能源结构，将会成为全球性的研究问题。

世界各国的煤炭需求情况，2008年中国、美国、印度、俄罗斯、欧盟和日本消耗的煤炭量占当年全球煤炭消耗总量的 83%，这六个国家CO2温室气体的排放量也占到了当年全球CO2排放量的70%。产生电力是煤炭消耗的最重要途径之一。从2008年的数据可以看出，全球电力部门发电燃烧的煤炭量将近占全年世界煤炭消耗总量的三分之二。因此，世界各国开始关注一次能源在产生电力方面的替代，并积极调整以燃煤发电为主的能源结构，大力研究开发和利用可再生

能源发电技术，新型的能源发电技术和节能技术也在全球范围内迅速发展起来，可再生能源在整个能源消耗中所占的比例必然会逐步地提高，这对人类社会可持续发展有着十分重要的意义。

对于中国来说，能源短缺与环境恶化的问题显得更为严峻。为了满足迅速膨胀的工业和城市的电力需要，我国对电力的需求量变得越来越大。据 2007年6月报道中国平均每天都有两个新电站竣工，同时国家发展和改革委员会能源局透露，2010年我国的电力装机总容量超过了8.4亿千瓦。然而，当前我国将近四分之三的电力来自燃煤的火力发电厂。由IEA提供的数据可以看出，2008年中国发电总量为 3456910 GWh，其中通过燃煤产生的电力为2733280 GWh，也就是说当年燃煤产生的电力占到了发电总量的 79%。我国人口众多，因此人均能源资源拥有量在世界上处于非常低的水平，尤其煤炭人均拥有量仅仅相当于世界平均水平的50%，这也大大制约了我国社会经济的高速发展。与此同时，大量焚烧化石燃料也带来了许多的环境问题，燃煤排放的 SO2和 NOx是我国部分地区酸雨形成的主要原因，而燃煤排放的 CO2等温室气体则是造成世界气候变暖的罪魁祸首。

当前中国已经超过美国成为CO2温室气体排放的第一大国，预计2030年我国的CO2气体排放量将达到11710 MT，这些数字令人触目惊心。为了保护我们赖以生存的家园不被破坏和毁灭，为了保证我国经济的健康可持续发展，中国必须减少电力生产对煤炭的依赖，积极寻求和开发更加安全可靠、环保的新型发电技术，逐步改变和替代以燃煤为主的能源结构。除此之外，我们还应尽可能提高能源的有

效利用率，最大限度的节约有限的常规能源。我国政府已经出台了一系列的政策法规促进和鼓励可再生能源的发展应用，预计2015年可再生能源的比例将占到15%。虽然目前我国可再生能源发电所占比例很小，但从长远来看，可再生能源发电技术以其多样化、持久化、清洁环保的特点和优势一定会逐步替代传统能源发电技术。在可再生能源发电技术方面，世界各国对利用水力能、生物能、核能、风能、地热能、太阳能等发电技术的日益重视和关注。目前尽管风力发电和小水电已经达到了商业化发电水平，但它们的资源量毕竟十分有限，即使全都开发也可能满足不了未来对能源的需求，据相关专家估算，世界上只有太阳能发电才是最有潜力的电力来源。日本经济企划厅和三泽公司合作研究认为，到2030年，全球电力生产的二分之一将依靠太阳能供给。众所周知，太阳能是一种取之不尽用之不竭、洁净无污染的可再生能源。地球每年以1.73×1011MW 的功率接受来自太阳的辐射，这相当于每秒5×106t标准煤燃烧产生的热量。因此在世界能源结构转换中，太阳能的利用开发存在巨大潜力，可以有效地缓解世界范围内的能源紧张和环境污染，因而备受世界各国关注。2009年世界可再生能源技术研发经费投入比例，可以看出当年全球投入到太阳能技术发展和研究的费用已占到了世界研究开发可再生能源技术总投入经费的 53%。

总体来说，人类对太阳能利用的历史源远流长，据记载早在 3000 多年前就开始使用太阳能。由于到达地面的太阳辐射能量密度很低，目前主要的太阳能利用方式中一半以上需要用到太阳能聚光技术，它

有效的减少了吸收面积，提高了接受面上的能量密度，实现太阳能的高质量转换，从而获得适合于使用的高品质热能，在太阳能利用领域有着十分重要的应用价值。因此世界上许多关注太阳能发电的国家纷纷把目光投向了聚焦式太阳能热发电技术。聚焦式太阳能热发电技术是太阳能聚光技术应用中最重要的形式之一。早在上个世纪七十年代，世界上一些太阳能资源丰富的发达国家已经开始对聚焦式太阳能热发电系统进行了研究，现在已有多个商业化电站在运行之中。聚焦式太阳能热发电技术主要分为塔式、槽式、碟式聚光太阳能热发电系统，其中槽式太阳能热发电系统是十分重要的一种形式，也是目前实现商业化运行的一种发电技术。根据国外多年槽式太阳能热发电站的实际运行经验，太阳能槽式热发电技术拥有较高的可靠性和系统发电效率，可实现大规模的并网发电，是最具商业化发展潜力和市场竞争力的可再生能源发电技术。世界上许多国家对槽式太阳能热发电技术的研发投入也远远超过其它两种聚焦式太阳能热发电技术。

2、槽式太阳能热发电技术研究现状

槽式太阳能热发电系统主要由槽式太阳能聚光器阵列、蒸汽发生装置、汽轮机、发电系统组成，并可辅以蓄热器和常规能源补给系统。槽式太阳能聚光器阵列由大量的槽式抛物面聚光器构成。单个聚光器则由槽式抛物反光镜面和真空吸热管组成，聚光器采用单轴跟踪方式追踪太阳运动轨迹，槽式抛物反光镜将入射的直接太阳辐射反射到安装在抛物面焦线上的吸热管上。吸热管里的工作介质在聚光器阵列里吸热后可以达到很高的温度，然后进入蒸汽发生装置放热以产生高温