什么是太陽(yáng)能光熱發(fā)電

　　太陽(yáng)能光熱發(fā)電是指利用大規(guī)模陣列拋物或碟形鏡面收集太陽(yáng)熱能，通過(guò)換熱裝置提供蒸汽，結(jié)合傳統(tǒng)汽輪發(fā)電機(jī)的工藝，從而達(dá)到發(fā)電的目的。

　　采用太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)，避免了昂貴的硅晶光電轉(zhuǎn)換工藝，可以大大降低太陽(yáng)能發(fā)電的成本。而且，這種形式的太陽(yáng)能利用還有一個(gè)其他形式的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，即太陽(yáng)能所燒熱的水可以儲(chǔ)存在巨大的容器中，在太陽(yáng)落山后幾個(gè)小時(shí)仍然能夠帶動(dòng)汽輪發(fā)電。

　　光熱發(fā)電原理

　　光熱發(fā)電技術(shù)，是不同于光伏發(fā)電的全新的新能源應(yīng)用技術(shù)。它是一個(gè)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能，再將熱能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程。利用聚光鏡等聚熱器采集的太陽(yáng)熱能，將傳熱介質(zhì)加熱到幾百度的高溫，傳熱介質(zhì)經(jīng)過(guò)換熱器后產(chǎn)生高溫蒸汽，從而帶動(dòng)汽輪機(jī)產(chǎn)生電能。此處的傳熱介質(zhì)多為導(dǎo)熱油與熔鹽。通常我們將整個(gè)的光熱發(fā)電系統(tǒng)分成四部分：集熱系統(tǒng)、熱傳輸系統(tǒng)、蓄熱與熱交換系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)。

　　集熱系統(tǒng)：集熱系統(tǒng)包括聚光裝置、接收器、跟蹤機(jī)構(gòu)等部件。如果說(shuō)集熱系統(tǒng)是整個(gè)光熱發(fā)電的核心，那么聚光裝置就是集熱系統(tǒng)的核心。聚光裝置即為聚光鏡或者定日鏡等。其反射率、焦點(diǎn)偏差等均能影響發(fā)電效率。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的聚光鏡，效率可以達(dá)到94%，與國(guó)外生產(chǎn)的聚光鏡效率相差不大。集熱系統(tǒng)采集太陽(yáng)能，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能。

　　熱傳輸系統(tǒng)：熱傳輸系統(tǒng)主要是傳輸集熱系統(tǒng)收集起來(lái)的熱能。利用傳熱介質(zhì)將熱能輸送給蓄熱系統(tǒng)。傳熱介質(zhì)多為導(dǎo)熱油和熔鹽。理論上，熔鹽比導(dǎo)熱油溫度高，發(fā)電效率大，也更安全。熱傳輸系統(tǒng)一般有預(yù)熱器、蒸汽發(fā)生器、過(guò)熱器和再熱器等組成。熱傳輸系統(tǒng)的基本要求是：傳熱管道損耗小、輸送傳熱介質(zhì)的泵功率小、熱量傳輸?shù)某杀镜?。在熱傳輸過(guò)程中，傳熱管道越短，熱損耗就越小。

　　蓄熱與熱交換系統(tǒng)：個(gè)人認(rèn)為，光熱發(fā)電技術(shù)在蓄熱與熱交換系統(tǒng)中充分體現(xiàn)了對(duì)比光伏發(fā)電技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。即將太陽(yáng)熱能儲(chǔ)存起來(lái)?？梢栽谝归g發(fā)電，也可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐挠秒娯?fù)荷，適應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度發(fā)電。蓄熱裝置常由真空絕熱或以絕熱材料包覆的蓄熱器構(gòu)成。蓄熱系統(tǒng)中對(duì)儲(chǔ)熱介質(zhì)的要求為：儲(chǔ)能密度大，來(lái)源豐富且價(jià)格低廉，性能穩(wěn)定，無(wú)腐蝕性，安全性好，傳熱面積大，熱交換器導(dǎo)熱性能好，儲(chǔ)熱介質(zhì)具有較好的黏性。目前我國(guó)正在研究蓄熱的各種新技術(shù)新材料，更有專家提出用陶瓷等價(jià)格低廉的固體蓄熱，以達(dá)到降低發(fā)電成本的效果。

　　發(fā)電系統(tǒng)：用于太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)有汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、低沸點(diǎn)工質(zhì)汽輪機(jī)、斯特林發(fā)電機(jī)等。這些發(fā)電裝置，可根據(jù)汽輪機(jī)入口熱能的溫度等級(jí)及熱量、蒸汽壓力等情況進(jìn)行選擇。對(duì)于大型光熱發(fā)電系統(tǒng)，由于其溫度等級(jí)與火力發(fā)電系統(tǒng)基本相同，可選用常規(guī)的汽輪機(jī)；工作溫度在800℃以上時(shí)，可選用燃?xì)廨啓C(jī)；對(duì)于小功率或者低溫的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，則可選用低沸點(diǎn)工質(zhì)汽輪機(jī)或斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)。目前使用的汽輪機(jī)，空冷居多。雖然光熱技術(shù)的發(fā)電系統(tǒng)類似于火力發(fā)電系統(tǒng)，但是還是有一定的區(qū)別，這樣就要要求汽輪機(jī)具有頻繁啟停、快速啟動(dòng)、低負(fù)荷運(yùn)行、高效性等特點(diǎn)。

　　太陽(yáng)能光熱發(fā)電分類

　　依照聚焦方式及結(jié)構(gòu)的不同，光熱技術(shù)可以分為塔式、槽式、碟式、菲涅爾式四種。

　　1、塔式發(fā)電系統(tǒng)

　　塔式發(fā)電系統(tǒng)為點(diǎn)式聚焦系統(tǒng)，其利用大規(guī)模的定日鏡形成的定日鏡場(chǎng)陣列，將太陽(yáng)輻射反射到置于高塔頂部的吸熱器上，加熱傳熱介質(zhì)，使其直接產(chǎn)生蒸汽或者換熱后再產(chǎn)生蒸汽，以此驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。塔式系統(tǒng)具有熱傳遞路程短、熱損耗小、聚光比和溫度較高等優(yōu)點(diǎn)，但塔式系統(tǒng)必須規(guī)?；?，占地要求高，單次投資較大，采用雙軸跟蹤系統(tǒng)，鏡場(chǎng)的控制系統(tǒng)較為復(fù)雜。

　　2、槽式發(fā)電系統(tǒng)

　　槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)全稱為槽式拋物面反射鏡太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)，是將多個(gè)槽型拋物面聚光集熱器經(jīng)過(guò)串并聯(lián)的排列，加熱工質(zhì)，產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電。

　　3、碟式系統(tǒng)

　　碟式系統(tǒng)也是點(diǎn)式聚焦系統(tǒng)，它應(yīng)該是太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)是世界上最早出現(xiàn)的太陽(yáng)能光熱發(fā)電系統(tǒng)了。碟式系統(tǒng)也稱為拋物面反射鏡斯特林系統(tǒng)，是由許多鏡子組成的拋物面反射鏡組成，接收在拋物面的焦點(diǎn)上，接收器內(nèi)的傳熱介質(zhì)被加熱后，驅(qū)動(dòng)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行發(fā)電。碟式系統(tǒng)的聚光比非常高，從幾百至上千都可達(dá)到，聚焦溫度甚至可以達(dá)到1000℃以上，效率較高，對(duì)于地面坡度要求也更為靈活。但成本上還缺少優(yōu)勢(shì)，技術(shù)上也有待于完善。碟式系統(tǒng)較適用于邊遠(yuǎn)地區(qū)獨(dú)立電站?？梢詥闻_(tái)使用或多臺(tái)并聯(lián)使用，適宜小規(guī)模發(fā)電。

　　4、菲涅爾式發(fā)電系統(tǒng)

　　菲涅爾式發(fā)電系統(tǒng)的工作原理類似槽式光熱發(fā)電，只是采用菲涅爾結(jié)構(gòu)的聚光鏡來(lái)替代拋面鏡。這使得它的成本相對(duì)來(lái)說(shuō)低廉，但效率也相應(yīng)降低。

　　此類系統(tǒng)由于聚光倍數(shù)只有數(shù)十倍，因此加熱的水蒸氣質(zhì)量不高，使整個(gè)系統(tǒng)的年發(fā)電效率僅能達(dá)到10%左右；但由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、直接使用導(dǎo)熱介質(zhì)產(chǎn)生蒸汽等特點(diǎn)，其建設(shè)和維護(hù)成本也相對(duì)較低。

　　光熱發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)

　　1、電能質(zhì)量?jī)?yōu)良，可直接無(wú)障礙并網(wǎng)。

　　太陽(yáng)能光熱發(fā)電與常規(guī)化石能源在熱力發(fā)電上原理相同，都是通過(guò)Rankine循環(huán)、Brayton循環(huán)或STIrling循環(huán)將熱能轉(zhuǎn)換為電能，直接輸出交流電，不必像光伏或風(fēng)電一樣還需要逆變器轉(zhuǎn)換，電量傳輸技術(shù)相對(duì)較為成熟，穩(wěn)定性高，因此更方便與目前國(guó)內(nèi)的電網(wǎng)對(duì)接，且電力品質(zhì)好。

　　2、可儲(chǔ)能，可調(diào)峰，實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)電。

　　電網(wǎng)的負(fù)荷曲線形狀在白天與太陽(yáng)能發(fā)電自然曲線相似，上午負(fù)荷隨時(shí)間上升，下午隨時(shí)間下降，因此太陽(yáng)能發(fā)電是天然的電網(wǎng)調(diào)峰負(fù)荷，可根據(jù)電網(wǎng)白天和晚上的最大負(fù)荷差確定負(fù)荷比例，一般可占10-20%的比例；

　　受益于熱能的易儲(chǔ)存性，所有太陽(yáng)能光熱發(fā)電電站都有一定程度的調(diào)峰、調(diào)度能力，即通過(guò)熱的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)發(fā)電的緩沖和平滑，并可應(yīng)對(duì)太陽(yáng)能短暫的不穩(wěn)定狀況；

　　儲(chǔ)能是可再生能源發(fā)展的一大瓶頸，實(shí)踐證明儲(chǔ)熱的效率和經(jīng)濟(jì)性顯著優(yōu)于儲(chǔ)電和抽水蓄能。配備專門(mén)蓄熱裝置的太陽(yáng)能光熱發(fā)電電站，不僅在啟動(dòng)時(shí)和少云到多云狀態(tài)時(shí)可以補(bǔ)充能量，保證機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，甚至可以實(shí)現(xiàn)日落后24小時(shí)不間斷發(fā)電，同時(shí)可根據(jù)負(fù)載、電網(wǎng)需求進(jìn)行電力調(diào)峰、調(diào)度。

　　3、規(guī)模效應(yīng)下成本優(yōu)勢(shì)突出。

　　因熱電轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)與火電相同，太陽(yáng)能光熱發(fā)電也與火電同樣具備顯著的規(guī)模效應(yīng)，優(yōu)于風(fēng)電和光伏等。隨著技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴(kuò)大，太陽(yáng)能光熱發(fā)電的成本將很快接近甚至低于傳統(tǒng)化石能源發(fā)電成本。

　　4、清潔無(wú)污染，助力碳減排。

　　光伏盡管是清潔發(fā)電，但硅片生產(chǎn)環(huán)節(jié)卻高耗能高污染，而太陽(yáng)能光熱發(fā)電不需要提煉重金屬、稀有金屬和硅，生產(chǎn)與發(fā)電環(huán)節(jié)均無(wú)污染，是真正的清潔能源。