塔式光热发电技术发展现状及前景

李远芝 王 远（西南林业大学机械与交通学院 昆明 650224）

塔式光热发电技术发展现状及前景

李远芝 王 远
（西南林业大学机械与交通学院 昆明 650224）

本文主要介绍塔式光热发电原理，并与另外三种光热发电方式特点进行了对比。介绍了美国的Ivanpah电站，西班牙的PS10、PS20以及GemaSolar电站、2016年2月刚投入运营的南非Khi Solar One塔式电站、新月沙丘电站以及中国中控德令哈50MW一期10MW项目。最后阐述了塔式热发电技术的发展前景。

光热发电 塔式热发电 能源战略 新能源

太阳能热发电是利用聚光太阳能集热器把太阳能辐射能聚集起来，加热工质推动原动机发电的一项太阳能利用技术。按太阳能采集方式不同，主要分为塔式、槽式、碟式、线性菲涅尔式四种。其中，塔式太阳能光热发电以其在规模化、光电转化效率以及投资成本等多方面具有槽式、蝶式以及线性菲涅耳式等难以媲美的综合优势，而具有更好的发展前景，目前各国都越来越关注塔式光热发电技术的发展和研究。［1］

一、塔式光热发电技术介绍

1.基本原理

塔式系统主要由多台定日镜组成定日镜场，将太阳能反射集中到镜场中间高塔顶部的高温接收器上，转换成热能后，传给工质升温，经过蓄热器，再输入热力发动机，驱动发电机发电。塔式光热发电系统由聚光子系统，集热子系统，发电子系统，蓄热子系统，辅助能源子系统五个子系统组成。其中，聚光子系统与集热子系统为其组成核心技术。

2.塔式光热发电的优势

由于槽式聚光器的几何聚光比低及集热温度不高，使得抛物槽式太阳能光热发电系统中动力子系统的热转功效率偏低，通常在35%左右。因此，单纯的抛物槽式太阳能光热发电系统在进一步提高热效率、降低发电成本方面的难度较大；线性菲涅尔式太阳能热发电系统效率不高；碟式太阳能热发电系统单机规模受到限制，造价昂贵。与另外三种光热发电方式相比，塔式塔式太阳能热发电系统可通过熔盐储热，且具有聚光比和工作温度高、热传递路程短、热损耗少、系统综合效率高等特点，可实现高精度、大容量、连续发电，是最为理想的发电方式。

二、太阳能光热发电发展现状

日前，全世界已建成十余个塔式太阳能光热发电试验示范电站。代表性的塔式光热电站有美国的Ivanpah电站，西班牙的PS10、PS20以及GemaSolar电站、2016年2月刚投入运营的南非Khi Solar One塔式电站、新月沙丘电站。我国光热发电技术研究起步相对较晚，目前没有投入运营的商业电站，截止至目前为止， 仅有几个示范项目。我国具有代表性的示范项目为德令哈50MW项目的 一期10MW项目。［2］

1.美国Ivanpah太阳能热发电站

Ivanpah发电站位于加利福尼亚的Mojave 沙漠，占地面积为14.2万平方千米，项目总规划容量为392MW，占全美太阳能发电总量的30%。可满足14万户用户用电需求，每年减少40万吨二氧化碳排放。最终因天气问题及初期设备运转问题导致发电量达不到预期。

2 .西班牙PS10&20塔式电站

西班牙PS10和PS20塔式电站阿本戈开发，2007年西班牙11MW 的PS10电站投入运行，标志着塔式光热发电技术进入商业化示范阶段；2009年4月，PS20并网发电，成为当时世界上最大规模的塔式电站。均已投运。其中，西 班牙PS10塔式电站容量为11MW，西班牙PS20塔式电站的容量为20MW，两者均配一小时蒸汽储热，采用的定日镜的尺寸均为120 平方米。

3.西班牙Gemasolar太阳能热电站

西班牙Gemasolar塔式熔盐电站位 于塞维利亚，由Torresol Energy开发，于2011年5月竣工，同年10月投运，总投资2.3亿欧元，占地面积195公顷装机容量20MW，带15小时储热，可24小时发电，是全球首个可24小时持续发电的太阳能电站。

4.南非Khi Solar One塔式电站

南非Khi Solar One塔式电站是南非第一个实现商业化运行的大规模塔式光热电站，于2016年2月5 日并网投运。Khi Solar One塔式电站控制系统为施耐德电气的DCS控制系统，空冷系统采用SPX公司空冷系统，共计安装了约4530套定日镜，采用Rioglass南非工厂生产的超薄微弧平面反射镜单台定日镜，采光面积约120平方米，总采光面积约576800平方米。属于南非可再生能源独立发电采购计划REIPPPP计划第一阶段两大光热发电项目之一，此塔式光热电站的投运标志着REIPPPP计划第一阶段的光热发电项目全部完成。

5.新月沙丘电站

熔盐型塔式电站地点在美国内华达州，2016年2月正式并网发电，该电站采用先进的塔式熔盐技术，并搭配10小时的储热系统，实现110MW的满功率输出，是全球装机规模最大的塔式熔盐光热电站。熔盐型塔式电站可以满足75000个家庭的用电需求，首次在百兆瓦级规模上成功验证塔式熔盐技术的可行性。

6.中控德令哈10MW塔式熔盐项目

中控德令哈50MW塔式熔盐项目一期10MW项目由中控太阳能技术有限公司投资建设，定日镜单体面积2平方米，总共29000台，于2011年启动，是我国首座大规模应用的太阳能热发电站。项目采用企业自主研发的技术及装备，定日镜聚光精度均值小于2mrad，可抗八级大风与零下30度低温环境，对我国塔式太阳能热发电聚光集热技术、发电技术、系统集成、工程及国产化装备制造能力等方面起到了重要的示范作用。［3］

三、塔式光热发电技术发展前景

太阳能光热发电方式具有与现有电网匹配性好、光电转化率高、可连续稳定和调峰发电的能力、发电设备生产过程绿色环保等其他发电方式不可比拟的优势，因此成为近年来新能源领域开发应用的热点，各国都出台了相应的经济扶持和激励政策，全球总装机规模持续上升，呈现出一种蓬勃发展的景象。

太阳能光热发电技术在未来的研发和应用中，将朝着“高参数、大容量、连续发电”这三个技术方面发展。塔式太阳能热发电可以采用熔岩储热，可以实现随时取用的功能，并且随着电站规模的扩大，成本能够进一步降低，是大型太阳能发电中前景最好的发电形式。总得来说太阳能热发电技术将会向着低成本、大规模的塔式光热发电方向快速发展，将在人类未来的能源结构中占有举足轻重的地位。

［1］李琼慧.太阳能光热发电发展现状与市场前景［J］.电器工业，2011（8）：28-31.

［2］黄裕荣，侯元元，高子涵.国际太阳能光热发电产业发展现状及前景分析［J］.科技和产业，2014（9）:54-56.

［3］陈 昕，范海涛.太阳能光热发电技术发展现状［J］.能源与环境，2012（1）:90-92.