太阳能光热发电技术发展现状研究

太阳能光热发电技术发展现状研究

发表时间：2018-10-17T15:51:07.343Z 来源：《电力设备》2018年第19期作者：张坤

[导读] 摘要：太阳能光热发电技术是太阳能资源利用的一种规模化途径，在世界多个国家都出台了相关的发展政策，我国已经开展了第一批装机容量的项目。

（中广核新能源江苏分公司江苏南京 210000）

摘要：太阳能光热发电技术是太阳能资源利用的一种规模化途径，在世界多个国家都出台了相关的发展政策，我国已经开展了第一批装机容量的项目。目前，我国太阳能光热发电技术还存在投资成本高、效率低等问题。本文就针对太阳能光热发电技术发展现状进行深入研究。

关键词：太阳能；光热发电；发展；现状

近年来，随着全球气候变化和环境污染问题的日益严峻，与人类生存密切相关的能源环境问题在世界范围内受到了越来越多的关注。其中，风能、太阳能等可再生能源发电技术的研究与应用对减少对化石燃料等一次能源的依赖、节能减排、保护环境具有重要的意义。太阳能具有取之不尽、用之不竭、绿色环保的优势和特点，因此，太阳能发电技术成为了目前可再生能源发电技术的主要形式之一。根据工作原理的不同，太阳能发电技术分为光伏发电和光热发电两种类型。本文将重点围绕太阳能光热发电技术的工作原理，分析太阳能光热发电技术的类型、特点与应用范围，并总结目前国内外太阳能光热发电技术的研究与应用进展。

1、简述太阳能的光热发电系统

太阳能光热发电技术包括了塔式太阳能光热发电、蝶式太阳能光热发电以及槽式太阳能光热发电。其中塔式以及槽式光热发电站已经完成了商业性示范运行，对于蝶式太阳能光热发电系统的研究还处在示范阶段。笔者针对上述简述三种发电技术。

1.1槽式发电系统

槽式发电系统指的是利用槽式抛物面中的聚光装置聚光，以此进行太阳能光热发电的一种系统。本系统通常是由热机发电装置、蓄热装置、辅助能源装置以及聚光集热装置等组合而成。槽式抛物面把太阳光聚成一条焦线，并在该焦线上配备管型集热器，用来吸收太阳能。一般情况下，所有槽式聚光器采取的是串并联成方式。此外，槽式聚光器能够跟踪太阳辐射。槽式发电系统采取的是双回路设计，动力蒸汽回路与集热油回路相分离，在通过换热器后，进行热量交换，从储油罐内将低温导热油泵入槽式集热场，进行加热处理，然后利用再热装置、过热装置、蒸发装置以及预热装置等，把采集到的所有太阳热能送至蒸汽设置中，最后进入到汽轮机内做功。在太阳能的供应量不足的情况下，用辅助加热器，加热导热油，以此保证槽式发电系统的稳定运行。

1.2塔式光热发电

塔式光热发电系统包括两部分：数以千计带有双轴太阳能追踪系统的平面镜（可将工质加热到800℃）和一座中央集热塔。中央吸收塔的塔顶上安装有一个吸收器，塔周围的定日镜将太阳光聚集到塔顶接收器的腔体内产生高温，再将通过吸收器的工质加热并产生高温蒸汽，推动汽轮机进行发电。塔式CSP电站可以用水、气体、融盐作为导热介质，驱动汽轮发电机。

1.3碟式太阳能光热发电

碟式太阳能光热发电系统利用碟式聚光器将太阳光聚集到焦点处的吸热器上，通过斯特林循环和布雷顿循环进行发电，是目前太阳能热发电效率最高的方式，最高可达到29.4%。美国和西班牙在碟式太阳能热发电和斯特林发动机研究、应用方面处于先驱地位，西班牙于2007年建设7台11.2kw电站，美国于2010年建设60台25kw，1.5MW的Maricopa示范电站。然而相对其他形式的太阳能热发电系统，该技术还处于试验阶段，规模小，成本高，难以实现大规模并网发电。

2、研究与应用进展

世界上第一座太阳能塔式电站由原苏联于1950年设计。到了20世纪70年代，由于光伏电池价格昂贵，效率较低，而太阳能光热发电技术效率较高，比较成熟，因此当时许多工业发达国家都将太阳能光热发电技术作为研究重点。据不完全统计，从1981—1991年，全世界建造的太阳能光热电站（500kW以上）约有20余座，发电功率最大达80MW。这些电站基本上都是试验性的，例如，日本按照阳光计划建造的一座7MW塔式电站、一座7MW槽式电站，美国建造的10MW太阳1号塔式电站。我国在太阳能光热发电技术领域起步较晚，近年来逐步加大投入，取得了显著进步。目前，国内的研发力量有中科院电工所、清华大学、东南大学、南京工业大学、山东力诺光热、北京桑达太阳能等研究机构和企业，国内典型的光热发电示范工程有北京八达岭1MW塔式光热电站、南京江宁70kW塔式光热电站等。

3、太阳能光热发电技术商业化面临的问题

太阳能光热发电技术商业化发展的主要矛盾是成本问题。建立高效率、大容量、高聚光比的太阳能光热发电系统是降低发电成本的主要研究方向。为推动太阳能光热发电技术的商业化，必须考虑太阳辐照的不连续性，可采取与化石燃料互补的联合发电途径。

3.1建设成本

有关统计数据表明，塔式太阳能光热发电站初次投资成本比例为：定日镜占47%，蓄热占20%，发电机组、电气设备等占30%，建设成本约3～3.2万元/kW。槽式太阳能光热发电站初次投资成本比例为：聚光、吸热部分占55%，蓄热占20%，发电机组、电气设备等占25%，建设成本约2.5万元/kW。与常规火电机组建设相比，尽管考虑环境污染以及能源供给等因素，太阳能光热发电的建设成本仍然较高且难以降低，无法形成大规模投资建设的形势。

3.2槽式太阳能光热发电技术

即使是目前已经商业示范运行的槽式系统，尽管光热发电成本已经低于光伏发电成本，却没有出现和光伏发电市场一样的快速增长。太阳能光热发电的产业化还有待关键技术的更大突破，比如提高真空集热管的效率，开发先进的热存储技术等。目前，槽式太阳能集热管主要使用直通式金属—玻璃管，集中体现了吸收膜层技术、玻璃与金属封接技术和波纹管技术等尖端科技。国内高效能的真空金属—玻璃管真空集热管只能应用在小容量热力系统中，最大加工长度仅2m，这是大容量、高参数机组的投产应用的障碍。

3.3塔式太阳能光热发电技术。

尽管塔式太阳能光热发电技术起步较早，人们也一直希望通过尽可能多的定日镜将太阳能量集聚到几十MW的水平，但塔式太阳能光热发电系统的造价较高。在塔式系统中，各定日镜相对于中心塔有着不同的朝向和距离。因此，每个定日镜的跟踪都要进行单独的二维控制，且各定日镜的控制各不相同，极大增加了控制系统的复杂性和安装调试特别是光学调整的难度，同时光学设计的复杂性大大增加了建