简析太阳能光热发电的技术特点与应用

发表时间：2019-01-16T09:54:08.727Z 来源：《电力设备》2018年第26期作者：陈泽泓

[导读] 摘要：太阳能作为新型的清洁能源之一，具有巨大的发展潜能。

（中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司 410014）

摘要：太阳能作为新型的清洁能源之一，具有巨大的发展潜能。但是，太阳能的随机性和不易存储性，容易受环境等众多不利因素的影响[1]。经过国内外专家的研究，并对太阳能技术的不断开发，太阳能光热发电现其已进入商业运用阶段。本文介绍了太阳能光热发电技术的工作原理，对太阳能光热发电技术的类型、特点与应用范围进行了分析，对太阳能光热发电技术的发展趋势进行了展望。

关键词：太阳能光热发电；技术特点；应用

一、太阳能光热发电技术概述

太阳能光热发电的原理是通过反射镜将太阳光汇聚到太阳能发电的收集装置中，再利用加热收集装置里的传热介质，把热水变成水蒸气，用来驱动汽轮，机组发电，这个过程简称为光热发电技术。

二、太阳能光热发电技术的研究意义

随着国家大幅度的提升非化石能源的比例，太阳能光热发电技术也得到了快速的发展。对于近几年来光热发电装机规模的不断增长，国家也对太阳能发电技术有了更高的要求。随着太阳能发电技术的成熟，太阳能在我国能源中占据了不可替代的地位。并将逐渐代替传统能源发挥重要的作用。虽然，国家的发电技术日益成熟，但是现在还是属于依靠政府的补贴进行的。就难以得到合理的回报。我国的学者也对其作出了研究，分析我国太阳能光热发电的现状，阐述了光热发电的基本结构和工作原理，以及国内外光热发电的发展现状趋势、发电成本及投资效益，并根据不同的技术类型进行成本预算，剖析光热发电成本的影响因素及影响程度，判断未来太阳能光热发电的变化趋势。根据这些数据，可以进行制定相关的投资策略以及技术经济性分析[2]。

三、光热发电的工作原理

太阳能光热发电的原理与常规的火力发电是相似的，它主要是利用大规模的反射镜来聚集太阳能，通过换热装置将水加热成高温高压蒸汽，利用传统的汽轮发电机将其转换成电能。光热发电是把光、热、电进行转换，包括了以下过程：光能的收集与转换、热量的储存与交换、热量的吸收与传递以及热电转换过程。相比光伏发电，太阳能光热发电就不需要昂贵的晶硅材料，并且具有较高的发电效率。另外，利用相对成熟的热存储技术，光热电站可以在白天存储热能，到晚上，利用储存的热能进行发电。

四、技术类型、特点与应用范围

（一）槽式光热发电

槽式光热发电系统是借助槽式抛物面反射镜将太阳光反射并聚焦到集热管，加热集热管中的导热介质，导热介质通过蒸汽发生系统将给水加热成水蒸汽，驱动汽轮发电机组发电的清洁能源利用装置。槽式集热器的聚光反射镜从几何上看是将抛物线平移而形成的槽式抛物面，它将太阳光聚焦在一条线上，在这条线上安装有管状集热器，以吸收聚焦后的太阳辐射能。因此槽式聚焦方式亦称为线聚焦。槽式抛物面一般依其焦线按南北方向布置，因此其定日跟踪只需一维东西方向跟踪。

槽式光热发电系统主要有如下特点：

1）可通过多集热器串、并联组合，构成较大容量的光热发电系统，易于规模化应用；

2）聚光比不高，一般在60-100之间，传热介质加热温度一般在400℃左右；

3）槽式系统集热回路长、热损耗大，系统综合效率比塔式，约为11％~15％。

1）槽式光热发电系统结构简单、成本较低，是目前技术最成熟，应用规模最大的光热发电形式；

（二）塔式光热发电

塔式太阳能热发电系统主要由定日镜系统、吸热与热能传递系统、发电系统三部分组成。定日镜系统实现对太阳的实时跟踪，并将太阳光反射到吸热器。位于高塔上的吸热器吸收由定日镜系统反射来的高热流密度辐射能，并将其转化为工作流体的高温热能。高温工作流体通过管道传递到位于地面的蒸汽发生器，产生高温高压过热蒸汽，推动常规汽轮机发电。

塔式光热发电系统主要有如下特点：

1）高聚光比，塔式光热发电系统聚光比可以达到1000以上，系统运行温度高于500℃。

2）塔式光热发电系统相较于槽式及线性菲涅尔式光热发电系统，太阳岛管道少、热损耗少，综合效率更高高，目前系统光电转换效率可达到17％左右。

3）太阳能塔式发电可大规模商业化应用；

4）塔式光热发电系统一次性投入大，装置结构和控制系统复杂，成本较高。

（三）碟式光热发电

碟式太阳能热发电系统一般由旋转抛物面反射镜、吸热器、跟踪装置以及热功转换装置等组成。碟式反射镜可以是一整块抛物面，也可由聚焦于同一点的多块反射镜组成，碟式系统的吸热器一般为腔式，与斯特林发电机相连，构成一个紧凑的吸热、做功、发电装置。整个吸热器装置安装于抛物面反射镜的焦点位置，吸热器的开口对准焦点，因此碟式聚焦方式亦常称为点聚焦，其聚焦比可高达500～1000之间，焦点处可产生1000℃以上的温度。整个碟式发电系统安装于一个双轴跟踪支撑装置上，实现定日跟踪，连续发电。

塔式光热发电系统主要有如下特点：

1）由于聚焦比大，工作温度高，碟式系统的发电效率高达30%，高于塔式和槽式。

2）碟式系统单元容量较小，一般为30-50kW，比较适用于分布式能源系统，也可以将多个单元系统组成一簇，集中向电网供电。

3）目前碟式光热发电系统结构复杂，成本高于槽式及塔式光热发电系统，目前还不具备大规模商业化运行。 30%~50%

五、太阳能光热发电的发展趋势

太阳能作为可持续再生资源的重要组成部分，受到的限制因素会较少，且易于实施并应用，能够实现大容量发电技术上的优势。因为目前太阳能的光热发电与现有的电网进行配置，可以使光电的转换率提高，太阳能光热发电系统的连续稳定发电和调试发电的能力会增强，发电的设备工程也可以更加的绿色化，环保化，其过程不产生任何有毒物质。这些已经成为现在国际社会越来越重视的优势了。太阳