太阳能热发电技术的发展现状

能源电价相同的水平。

国外发展的太阳能热发电系统(STPGS，solar thermal power generation system)，也称聚光太阳能系统(CSP, concentrating solar power system) 主要有三种应用形式：槽式系统、塔式系统和碟式系统。下面分别对其基本原理、技术特点和工程应用发展情况进行论述，并简单介绍国内的太阳能研究情况。

1槽式太阳能热发电系统

1.1 系统特点

槽式太阳能热发电系统是一种借助槽形抛物面反射镜将太阳光聚焦反射到聚热管上，通过管内热载体将水加热成蒸汽，推动汽轮机发电的清洁能源利用装置。槽形抛物面太阳能发电站的功率为10～100 MW，是目前所有太阳能热发电站中功率最大的。

图1-1 槽式太阳能热发电系统原理图[1]

槽式太阳能热发电系统的聚焦集热器采用分散布置，跟踪精度要求低、跟踪控制代价小，与碟式相比简化了吸收器的结构，用抛物柱面槽式反射镜将阳光聚焦到管状的接收器上，因而属于

1.2 工程应用发展

1.2.1 典型的槽式太阳能发电系统

在槽式太阳能热发电系统中，最为典型的是美国从1985年至今，在美国加州Mojave沙漠建成的9座SEGS(solar electric generation system)太阳能电站，这九座槽式太阳能热发电站，总装机容量达353.8MW。经过努力，电站的初次投资由4490美元／kW 降到2650美元／kW ，发电成本从24美分／kWh降到l2美分／kWh。第一个发电系统的平均效率为l0％，现已提高到l4％。

表1-1 美国加州SEGS槽式太阳能电站性能分析[3]

1.2．2 其它工程应用情况

由于太阳辐射强度时刻在变化，太阳能热发电系统在早晚或云遮间隙必须依靠循环系统维持系统正常运行，为了保证发电相对稳定，自2002年起在工程上开发了整体太阳能联合循环（IS CC）和储能装置，也有采用与加州SEGS电站相同的以矿物燃料为辅助的朗肯蒸汽循环技术。

表1-2 拟造的槽式电站一览

2006 年初夏，欧洲第一座商业用途的采用抛物线凹槽式接收器的太阳能电厂Andasol 1在西班牙安达卢西亚地区的格兰纳达省的Guadix高地上举行盛大的建设开工仪式。根据设计，An dasol 1太阳能电厂输出电量将达到50MW，另一座相同规模的太阳能电厂Andasol 2随后将投入建设，与加州SEGS电站相比，其特点为增加了蓄能装置，同时改进了槽式接收器提高集热效率。西班牙由于政府的大力支持，承诺太阳能上网电价为16美分/kw·h，因此，发展速度较快。

美国内华达州目前正在兴建65MW的槽式太阳能电站，占地357200m2。在加州Mojave沙漠建造553MW的槽式太阳能热发电系统，并已签署了电力购买协议。在亚利桑那州建造280MW槽式太阳能热发电站，计划在2011年投产。

槽式太阳能热发电的另一典范是希腊的克里达电站。克里达电站位于希腊风景如画的克里达岛，为了保护这里的自然环境不被现代化工业所破坏，希腊政府在岛上建了50MW的克里达槽式太阳能热发电站．设计寿命25年，在阴天或晚上采用燃烧矿物燃料方式供热。

2塔式太阳能热发电系统

2.1 系统特点

塔式太阳能热发电系统也称集中型太阳能热发电系统。塔式太阳能热发电系统的基本形式是利用独立跟踪太阳的反射镜群，将阳光聚集到固定在塔顶部的接收器上，用以产生高温，加热工质产生过热蒸汽或高温气体，驱动汽轮机发电机组或燃气轮机发电机组发电，从而将太阳能转换为电能。由集中布置的反射镜阵列、中部高塔上的接收器以及跟踪装置这几个主要部分组成。接收器中的介质被反射镜阵列所会聚的阳光加热，产生高温高压的蒸汽驱动汽轮机发电。由于聚光倍数高达1000以上，介质温度多高于350℃，总效率在15％以上，属于高温热发电。其参数可与火电厂的相同，因而技术条件成熟，设备选购方便。但是，每块镜面都随太阳运动而独立调节方位及朝向，所需要的跟踪定位机构代价高昂，限制了它在发展中国家的推广应用。目前塔式发电的利用规模可达10～20MW，处于示范工程建设阶段[4]。

图2-1 塔式太阳能热发电系统[1]

塔式太阳能集热技术的特点：

1）聚光倍数高，容易达到较高的工作温度。阵列中的反射镜数目越多，其聚光比越大，接收器的集热温度也就愈高；

2）能量集中过程是靠反射光线一次完成的，方法简捷有效；

3）接收器散热面积相对较小，因而可得到较高的光热转换效率[2]。

塔式太阳能热发电的参数可与高温、高压火电站一致，这样不仅使太阳能电站有较高的热效率，而且也容易获得配套设备。这种电站的建设费用十分昂贵，美国的Solar One电站初次投资为1.42亿美元，成本比例为: 反射镜52%，发电机组、电气设备18%,蓄热装置10%，接收器5%，塔3%，管道及换热器8%，其它设备4%。随着制镜技术的提高和规模的增大，反射镜成本将大幅度降低。以美国Sunlab为代表的研究部门以及Sargent&Lundy评估机构对塔式太阳能热发电的成本作出了预测。Sunlab基于8.7GW规模预计到2020年塔式太阳能热发电的成本最终可达到约30～40美元/MWh ,即每度电3～4美分; Sargent&Lundy基于2.6GW规模预计到2020年塔式太阳能热发电的成本最终可达到50～60美元/MWh，即每度电5～6美分。与常规化石能源发电相比，如果算上环境污染的成本，那么塔式太阳能热发电的前景将更加广阔。美国能源部主持的研究结果表明；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技术中成本最低的一种方式[2]。

2.2 工程应用发展

塔式热发电技术正处于商业化示范期，世界上已长期运行的主要塔式示范项目如表2-1。

表2-1 塔式太阳能热发电示范项目[2]

世界上投入商业运行的大型塔式电站是西班牙的PSl0项目：该项目发电功率为l1MWe，其中净功率为10MW，饱和蒸汽，75000m2反射镜，蓄热3h；另外，西班牙还在建设solarTres项目：15MWe，熔盐接收器，蓄热16h，可24h连续运行[5]。

3 碟式太阳能热发电系统

3.1 系统特点

碟式太阳能热发电系统是世界上最早出现的太阳能动力系统。

碟式电站也是点聚焦方式，但聚焦集热器分散布置，与塔式相比，跟踪控制代价低。采用抛物面聚焦，吸收器位于各抛物面的焦点处，可产生750℃左右的高温，效率达29.4％，在三种聚光式发电中是最高的。但其高温吸收器较为复杂，成本高，管道及其保温材料的费用也很可观。利用规模为5～50kW，仍处于试验模型研制过程中[4]。

碟式系统的能量转换方式主要有两种。一是采用斯特林引擎的斯特林（Stirling）循环，一是采用燃气轮机的布雷顿（Brayton）循环。其示意系统如图3-1、3-2。