太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展

太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展摘要：太陽(yáng)能是用之不竭的可再生清潔能源，有效利用太陽(yáng)能光熱發(fā)電可減少對(duì)煤炭、石油、天然氣等化石能源的依賴。目前中國(guó)的太陽(yáng)能利用形式主要為中低溫?zé)崂煤凸夥l(fā)電，中高溫?zé)崂闷鸩捷^晚，尚未完成商業(yè)化。太陽(yáng)能熱發(fā)電是利用大規(guī)模太陽(yáng)鏡場(chǎng)將太陽(yáng)能聚集起來(lái)，產(chǎn)生高溫蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電的技術(shù)，相比于其它太陽(yáng)能利用形式，能較好地解決太陽(yáng)能不穩(wěn)定、不持續(xù)的弱點(diǎn)，有利于太陽(yáng)能的大規(guī)模利用。按照太陽(yáng)能鏡場(chǎng)的集熱方式，太陽(yáng)能熱發(fā)電主要分為拋物槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電、塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電和碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電，此外還可將太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)與常規(guī)能源集成，目前有太陽(yáng)能燃煤互補(bǔ)電站和太陽(yáng)能燃?xì)饣パa(bǔ)電站。太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)是太陽(yáng)能利用的重要方式，在未來(lái)有廣闊的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；光熱發(fā)電；技術(shù)發(fā)展

1.光熱發(fā)電的工作原理

太陽(yáng)能光熱發(fā)電的基本原理與常規(guī)火力發(fā)電相似，它主要利用大規(guī)模陣列鏡面集聚太陽(yáng)熱能，通過(guò)換熱裝置加熱產(chǎn)生蒸汽，然后驅(qū)動(dòng)傳統(tǒng)的汽輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。光熱發(fā)電涉及光—熱—電之間的轉(zhuǎn)換，包括以下幾個(gè)過(guò)程：光的捕獲與轉(zhuǎn)換過(guò)程、熱量吸收與傳遞過(guò)程、熱量?jī)?chǔ)存與交換過(guò)程、熱電轉(zhuǎn)換過(guò)程。相比光伏發(fā)電而言，太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)不需要昂貴的晶硅光電轉(zhuǎn)換工藝，同時(shí)具有較高的發(fā)電效率。另外，利用相對(duì)成熟的熱存儲(chǔ)技術(shù)，可以存儲(chǔ)部分熱能，到了晚上，利用蓄熱發(fā)電。

2.國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

西班牙Andasol槽式光熱電站是歐洲第一個(gè)商業(yè)化光熱發(fā)電站，由3個(gè)50MW裝機(jī)的項(xiàng)目組成，目前已經(jīng)全部建成投運(yùn)。于2011年建成的全球首個(gè)20MW塔式熔鹽電站Gemasolar電站，首次實(shí)現(xiàn)了24h全天候發(fā)電，取得了很好的示范效果。美國(guó)能源部SunShot計(jì)劃對(duì)光熱發(fā)電的研發(fā)目標(biāo)是到2020年實(shí)現(xiàn)75%的成本削減，將發(fā)電價(jià)格降至6美分/（kW?h）甚至更低的水平，這個(gè)價(jià)格將使太陽(yáng)能光熱發(fā)電擁有與傳統(tǒng)火電相競(jìng)爭(zhēng)的能力。中國(guó)正處于光熱發(fā)電的起步階段，大多電站尚處于科學(xué)實(shí)驗(yàn)階段，距離商業(yè)化并網(wǎng)運(yùn)行還有一段距離。亞洲首座塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電站位于八達(dá)嶺長(zhǎng)城腳下，是中科院電工研究所延慶八達(dá)嶺塔式太陽(yáng)能聚光光熱發(fā)電實(shí)驗(yàn)電站，實(shí)驗(yàn)不斷取得積極進(jìn)展，已于2012年8月9號(hào)成功進(jìn)行了發(fā)電實(shí)驗(yàn)。自此，我國(guó)成為繼美國(guó)、德國(guó)、西班牙之后第四個(gè)掌握大型太陽(yáng)能熱發(fā)電站有關(guān)技術(shù)的國(guó)家。2013年7月，我國(guó)首座太陽(yáng)能光熱發(fā)電站在青海并網(wǎng)發(fā)電，標(biāo)志著我國(guó)自主研發(fā)的太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)進(jìn)入初級(jí)商業(yè)化運(yùn)行階段。2014年8月30號(hào)，敦煌開建亞洲首座熔鹽塔式光熱電站，項(xiàng)目總裝機(jī)110MW。此次開工建設(shè)的為一期10MW示范電站，配15h超長(zhǎng)儲(chǔ)熱系統(tǒng)，預(yù)計(jì)年發(fā)電小時(shí)數(shù)達(dá)5000h以上。該項(xiàng)目的建設(shè)，將為熔鹽塔式技術(shù)在中國(guó)的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用奠定重要基礎(chǔ)。

3.技術(shù)類型、特點(diǎn)與存在問(wèn)題

3.1槽式系統(tǒng)

槽式系統(tǒng)主要是把太陽(yáng)光聚焦到管狀集熱器，加熱帶有真空玻璃罩的管內(nèi)介質(zhì)（多為導(dǎo)熱油）。工質(zhì)在吸收足夠熱量之后，在經(jīng)過(guò)油水換熱器時(shí)與其中的水進(jìn)行換熱，將水加熱成為過(guò)熱蒸汽，產(chǎn)生的蒸汽在汽輪機(jī)中做功并帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電。拋物面槽式聚光集熱器是一種線聚焦集熱器，聚光比通常在10～100之間，集熱器中的介質(zhì)溫度通常在600℃以下。其優(yōu)勢(shì)在于集熱裝置規(guī)模相對(duì)較小，且布置在地面上，安裝和維護(hù)都較為方便。目前國(guó)內(nèi)關(guān)于槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的研究主要集中在聚光裝置跟蹤控制技術(shù)和系統(tǒng)性能研究方面。

3.2塔式系統(tǒng)

塔式太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)在集熱塔安裝集熱器，通過(guò)集熱塔周圍的定日鏡將太陽(yáng)能聚集到集熱塔頂部集熱器腔體內(nèi)，加熱工質(zhì)產(chǎn)生高溫蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)做功發(fā)電。由于塔式發(fā)電系統(tǒng)中定日鏡數(shù)量很大，其聚光比可達(dá)到1500，集熱器腔體溫度可達(dá)到1200℃以上。由于其聚光倍數(shù)高、熱轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)勢(shì)，塔式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)大功率發(fā)電。目前國(guó)內(nèi)關(guān)于塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的研究主要集中在定日鏡場(chǎng)的優(yōu)化和集熱器性能研究方面。

3.3碟式系統(tǒng)

碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)也稱為盤式系統(tǒng)。采用碟狀拋物面聚光集熱器，將太陽(yáng)能匯聚到接收器中，一般在焦點(diǎn)中安裝斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電。碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)屬于點(diǎn)聚焦集熱器，其聚光比可以高達(dá)3000以上。目前碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)是目前效率最高的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，系統(tǒng)占地面積小，運(yùn)行靈活。但由于斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)難度大、投資成本高等原因，目前仍處于試驗(yàn)示范階段，目前碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)應(yīng)用的主要難點(diǎn)在于斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的研制和生產(chǎn)，核心是斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)。

4.光熱發(fā)電發(fā)展策略分析

4.1加強(qiáng)研發(fā)投入，掌握光熱發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)

積極參與國(guó)際交流，學(xué)習(xí)國(guó)外尤其是美國(guó)、西班牙等國(guó)家對(duì)于大規(guī)模光熱電站運(yùn)營(yíng)維護(hù)的技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)嘗試商業(yè)化運(yùn)營(yíng)，實(shí)現(xiàn)光熱發(fā)電規(guī)模化，建造中等甚至大規(guī)模光熱電站，探索開發(fā)、設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，為我國(guó)未來(lái)建設(shè)大規(guī)模光熱電站做好技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)備。從國(guó)際研發(fā)熱門技術(shù)來(lái)看，控制系統(tǒng)、涂層、輻射吸收材料、聚光鏡、熱循環(huán)等技術(shù)是專利申請(qǐng)數(shù)量較多的研究熱點(diǎn)，因此建設(shè)關(guān)鍵設(shè)備檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室，如集熱管熱學(xué)測(cè)試集熱管光學(xué)性能測(cè)試、聚光鏡光學(xué)性能測(cè)試、鏡面對(duì)焦精度測(cè)試等是目前適應(yīng)科研及市場(chǎng)需求的重要一步。

4.2采用光熱與光伏、光熱與燃煤燃?xì)庀嘟Y(jié)合方式

我國(guó)燃煤電廠承擔(dān)了很大一部分發(fā)電任務(wù)，而部分燃煤電廠機(jī)組落后，發(fā)電效率較低。與單一形式太陽(yáng)能發(fā)電相比，聯(lián)合太陽(yáng)能發(fā)電形式能夠體現(xiàn)出更高的運(yùn)行效率，減少更多的二氧化碳排放量。部分有條件的發(fā)電企業(yè)可以采用光熱-燃?xì)狻⒐鉄?煤電、光熱-光伏等多種光熱聯(lián)合發(fā)電形式。

4.3加強(qiáng)光熱電站的規(guī)劃

未來(lái)光熱發(fā)電裝機(jī)容量必將逐年增加，電能的大規(guī)模存儲(chǔ)尚未解決，僅僅靠光熱電站單方面的儲(chǔ)能設(shè)備難以將大量的電能完全存儲(chǔ)，所以，必須加強(qiáng)科學(xué)統(tǒng)一規(guī)劃。電力部門需要做好發(fā)電預(yù)測(cè)工作，考慮負(fù)荷的變化曲線與變化趨勢(shì)，制定有實(shí)際可操作性的光熱發(fā)電近期、中期和長(zhǎng)期規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)高參數(shù)、大容量、連續(xù)發(fā)電，在保證電能質(zhì)量的同時(shí)，減少對(duì)光熱發(fā)電及其他新能源發(fā)電的浪費(fèi)。在光熱電站選址問(wèn)題上，優(yōu)先考慮年日照小時(shí)數(shù)大于2500h的西北部地區(qū)，這些地區(qū)日照充足，而且人口密度較小，地勢(shì)以高原盆地為主，聚光鏡產(chǎn)生的光照散射對(duì)建筑、環(huán)境影響不大。但風(fēng)沙的侵蝕可能會(huì)對(duì)聚光鏡面和控制設(shè)備造成一定的影響，在這些地區(qū)建設(shè)光熱電站時(shí)，應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)丨h(huán)境因素，提供專門的防風(fēng)沙保護(hù)措施，提高電站使用壽命。

4.4完善輸電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

我國(guó)目前正在大力建設(shè)能夠遠(yuǎn)距離、大容量輸送電能的特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)，其目的就是為了解決我國(guó)能源資源與用電負(fù)荷分布不均衡，推動(dòng)能源的高效開發(fā)與利用。到2020年，將以“三華”特高壓同步電網(wǎng)為中心，為大型可再生能源基地提供可靠的電力輸送通道。在加強(qiáng)建設(shè)特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，國(guó)家電網(wǎng)公司也在進(jìn)行各級(jí)電網(wǎng)的改造升級(jí)，提供滿足時(shí)代需求的現(xiàn)代化堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。這對(duì)將來(lái)大規(guī)模清潔能源的發(fā)展無(wú)疑是巨大的利好，現(xiàn)階段矛盾突出的棄光棄電現(xiàn)象將得到有效緩解。

4.5開放市場(chǎng)，引入競(jìng)爭(zhēng)，完善電價(jià)機(jī)制

目前，各國(guó)光熱電價(jià)均為政府指導(dǎo)電價(jià)，尚未形成市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)電價(jià)。中國(guó)光熱發(fā)電尚處于起步階段，尚未達(dá)到一定規(guī)模，所以開發(fā)建設(shè)成本相對(duì)較高。在這種情況下，在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)光熱電價(jià)必將高于現(xiàn)有其他形式電價(jià)，這就使得政府的作用更加重要。政府可以出臺(tái)補(bǔ)貼政策以扶持光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)，如按發(fā)電量給予定額補(bǔ)貼等，這在光伏產(chǎn)業(yè)已經(jīng)有一些成功的先例。此外，光熱的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于清潔環(huán)保，在現(xiàn)有電價(jià)機(jī)制中，沒有體現(xiàn)新能源尤其是風(fēng)電、光電的環(huán)保特性。因此，可以將光熱發(fā)電的環(huán)保價(jià)值折算在電價(jià)中，這樣可充分發(fā)揮光熱發(fā)電的競(jìng)爭(zhēng)力。

5.結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，隨著全球氣候變化和環(huán)境污染問(wèn)題的日益嚴(yán)峻，與人類生存密切相關(guān)的能源環(huán)境問(wèn)題在世界范圍內(nèi)受到了越來(lái)越多的關(guān)注。其中，風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源發(fā)電技術(shù)的研究與應(yīng)用對(duì)減少對(duì)化石燃料等一次能源的依賴、節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境具有重要的意義。太陽(yáng)能具有取之不盡、用之不竭、綠色環(huán)保的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，因此，太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)成為了目前可再生能源發(fā)電技術(shù)的主要形式之一。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳海飛.高