聚光太陽能熱發(fā)電技術(shù)及其發(fā)展前景分析

能源是國民經(jīng)濟的命脈，在社會的可持續(xù)發(fā)展過程中起著舉足輕重的作用。太陽能作為可再生能源，以其分布廣泛、清潔、永久等特點成為最理想的替代能源，得到世界各國的廣泛重視與研究，其中太陽能發(fā)電是研究的重中之重。

太陽能發(fā)電主要分為光伏發(fā)電與熱發(fā)電兩種基本形式。熱發(fā)電又稱為聚焦型太陽能熱發(fā)電（ConcentratingSolarPower，CSP），利用鏡面的聚焦作用將太陽能的熱量收集起來，通過換熱裝置提供高溫蒸汽，推動汽輪機進而帶動發(fā)電機發(fā)電。按照太陽能采集方式，熱發(fā)電可劃分為：槽式、碟式、塔式3種。

1槽式、碟式、塔式熱發(fā)電簡介

1.1槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)

槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是將多個槽型拋物面聚光集熱器串聯(lián)或并聯(lián)排列而成，槽型拋物面反射鏡將太陽光聚焦到線性集熱管上，加熱傳導液產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，推動汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電。槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的反射鏡鏡面為單曲拋物線，聚光形式為線聚光。槽式太陽能熱發(fā)電裝置如圖1所示。

槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)與碟式、塔式相比結(jié)構(gòu)相對緊湊，集熱器等裝置一般安裝于地面，安裝維護較方便，且經(jīng)濟效益不受生產(chǎn)規(guī)模的限制，是目前最成熟的太陽能熱發(fā)電技術(shù)。據(jù)統(tǒng)計，截至2009年，全世界運行的太陽能槽式熱發(fā)電站占全部太陽能熱發(fā)電站的88%，占在建項目的97.5%.

由于槽式拋物面聚光集熱器是一種線聚焦集熱器，其主要缺點是集熱器散熱面積大，輸熱管道復雜，熱損失較大。

1.2碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)

碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是采用碟狀拋物面反射鏡，將太陽光聚焦到集熱器上，傳熱介質(zhì)流經(jīng)集熱器被加熱，驅(qū)動汽輪機運轉(zhuǎn)，進而帶動發(fā)電機發(fā)電，一般在焦點上安裝斯特林發(fā)電機發(fā)電。碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的反射鏡鏡面為雙曲拋物面，聚光形式為點聚光。碟式太陽能熱發(fā)電裝置如圖2所示。

由于槽式拋碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)為點聚光，聚光面積小，發(fā)電效率高，最高可達29.4%；系統(tǒng)占地面積小，制造成本低，單機容量一般為5～25kW，適合建立分布式能源系統(tǒng)。

碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)由于規(guī)模較小，所以初投資較高，商業(yè)化程度較低。

1.3塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)

塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是采用眾多定向反射鏡，將太陽光發(fā)射到設(shè)置于高塔頂端的集熱器上，加熱集熱器中的水產(chǎn)生水蒸氣，驅(qū)動蒸汽機啟動汽輪機進而帶動發(fā)電機發(fā)電。塔式發(fā)電系統(tǒng)的反射鏡一般為平面鏡。塔式太陽能熱發(fā)電裝置如圖3所示。

塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)反射鏡制備相對簡單，聚光倍數(shù)高，熱轉(zhuǎn)化率高，可以實現(xiàn)大功率發(fā)電。但其造價高，可靠性有待加強。

2聚光太陽能熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

2.1國外太陽能熱發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀

1950年，蘇聯(lián)設(shè)計制造了世界上第一座塔式太陽能熱發(fā)電站的小型實驗裝置；20世紀80年代～90年代初，太陽能熱發(fā)電進入發(fā)展高峰期，據(jù)統(tǒng)計，期間興建的功率大于500kW以上的太陽能熱發(fā)電站就有20多座。隨后10年，由于太陽能熱發(fā)電站建設(shè)投資大，造價高，熱發(fā)電進入低谷期；近年由于能源危機和環(huán)境惡化，太陽能熱發(fā)電又引起人們的重視，重新進入了一個研究高峰期。

2007年，西班牙設(shè)計制造的PS10太陽能熱發(fā)電塔是歐洲首座商業(yè)用塔式太陽能熱發(fā)電站，裝機容量11MW，年平均發(fā)電效率可以達到10.5%；2009年P(guān)S20太陽能熱發(fā)電站正式動工，預計2013年竣工，到時候可以滿足18萬個家庭日常需求用電量。

2.2國內(nèi)太陽能熱發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀

我國太陽能熱發(fā)電技術(shù)起步較晚，直到20世紀70年代才開始一些基礎(chǔ)研究，近些年在國家政策的扶持帶動下太陽能熱發(fā)電技術(shù)發(fā)展取得了一定的進步，但是與發(fā)達國家相比，仍存在較大差距。

2005年10月江蘇南京70kW塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)成功并網(wǎng)發(fā)電；2010年12月，我國首座兆瓦級太陽能熱發(fā)電站大唐天威10MW太陽能熱發(fā)電試驗示范項目開工；2011年2月，內(nèi)蒙古鄂爾多斯50MW槽式太陽能熱發(fā)電站完成示范招標，計劃投資16億元，年發(fā)電1.2億kW？h.目前，由中國科學院電工研究所在北京市延慶縣進行的1MW塔式太陽能熱發(fā)電項目正在實驗中。中國建筑材料科學研究總院玻璃院與西安航空動力有限公司合作的碟式太陽能熱發(fā)電示范線已經(jīng)建成，蘭州大成科技有限公司、北京電影機械研究所、益科博能源科技（上海）有限公司等一系列太陽能熱發(fā)電項目都在研究開發(fā)當中。

2.3太陽能熱發(fā)電發(fā)展趨勢

由于目前太陽能熱發(fā)電的成本和傳統(tǒng)能源發(fā)電成本相比較高，因此能否大幅度降低發(fā)電成本是其能否實現(xiàn)商業(yè)化的關(guān)鍵。隨著聚焦式太陽能熱發(fā)電技術(shù)的迅猛發(fā)展，槽式太陽能熱發(fā)電以其成熟的技術(shù)得到各大能源公司的青睞，降低成本、優(yōu)化結(jié)構(gòu)、提高效率是今后槽式熱發(fā)電技術(shù)的主要目標。

3結(jié)語

在能源日漸缺少和環(huán)境惡化的形勢下，太陽能熱發(fā)電作為一種完全清潔的發(fā)電方式必將得到大力發(fā)展。在國家政策的重視和大力支持下，隨著各種技術(shù)瓶頸的解決和成本的降低，太陽能熱發(fā)電必將得到廣泛應用。

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