太阳能光热发电系统探究及其展望

刚千惠 吴凯

摘 要：能源短缺是目前世界各國发电能源使用中遇到的最大难题，为了满足社会和经济发展对电的需求，各国科研人员致力于可再生能源的利用与研发。太阳能光热发电技术主要是利用太阳光聚热进行发电。本文主要对太阳能光热发电技术的进行了相关的分析，并同时详细阐述了槽式、塔式和碟式3种热发电系统及其存在的问题，以及对太阳能光热发电技术进行展望。

关键词：光热发电 槽式 塔式 碟式

中图分类号：TK513.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）07（b）-0032-02

随着全球环境保护的日趋强化，世界各国科研人员致力于可再生能源的利用与研发。对我国而言，能源生产结构长期维持以煤炭为主，能源短缺与环境污染问题日益突出，已经成为制约我国经济可持续发展的两大问题，因此提倡优化能源结构，大力发展太阳能等可再生能源[1]。聚光型太阳能热发电是一种新型的发电方式，是通过反光镜把太阳辐射聚集在一个点或一条线上并获得大量的热能，再通过转换把热能变为高温高压蒸汽，进而驱动汽轮机发电。与光伏发电相比，太阳能热发电技术更为节能环保，用物理的方式进行光电转换。当前聚光型太阳能热发电主要分为槽式、塔式和碟式。由于太阳能热发电技术尚未成熟，进一步优化电站设计、降低电站发电成本的潜力仍然巨大。

1 槽式太阳能热发电系统

槽式太阳能热发电系统把太阳光以线聚焦的方式反射到集热管表面，进而对管内的传热流体进行加热，足够热的传热流体再通过蒸汽发生器后将热量传递给蒸汽，通过常规热力循环进行发电。其中反射镜一般由玻璃制造，背面镀银并涂保护层，可以将数个集热器串联或并联，达到一个完整的槽式聚光集热场。槽式太阳能热发电使用的传热流体一般是导热油，但导热油的温度较低迫使发电效率较低。也有些工程利用水作为传热流体，这样可以直接把水转化为高温高压的水蒸汽进行做功发电，但使用水作为传热流体则由于管道内两相流的不稳定，会引起集热管承受压力和温度不均匀性导致集热管的变形。另外由于槽式太阳能热发电系统几何聚光比低、集热温度不高等条件的制约，导致最终发电系统热转功的效率低，通常在35%左右。

2 塔式太阳能热发电系统

塔式光热发电系统利用在发电站中安装成千上万面可以将太阳光反射到特定位置的定日镜，每面定日镜都配有自动跟踪的结构并独立进行跟踪太阳所在位置，而每天定日镜都通过反射将太阳光反射到塔顶部的集热器[2]。当塔顶部的接收器接收到的聚光倍率达到一定倍率后，其会将吸收到的太阳光转化为热能，加热后的传热工质进入热动力机并带动发电机进行发电，这使得热能最终转化为电能，塔式太阳能热发电系统的传热工质可以是空气、水/蒸汽或是熔盐等[3]。相对于传统火力发电电站，塔式光热发电系统的一次投资费用较贵，但运行成本却很低，同时搭配蓄热系统或其他化石燃料发电模式，可以提供较平稳的电力输出。

塔式太阳能热发电系统的主要不足是当定日镜场的集热功率增大时，定日镜场的集热效率会随之降低，有关实验表明，单塔的太阳能热发电系统大型化后，由反射镜反射到目标焦点上的聚光率只有82.1%，所以为了体改聚光率，只能从跟踪精度和可靠度方面进行提高。

3 碟式太阳能热发电系统

碟式太阳能热发电是通过双轴驱动跟踪装置来驱动碟式聚光器，抛物面反射镜面将太阳辐射聚焦到焦点处的集热器上，然后利用布雷顿循环将热能传给热传导工质并使之受热汽化，产生蒸汽后驱动发电机工作产生电能，其光学转化效率最高可达90%。碟式太阳能热发电系统具有结构紧凑、可与其他能源进行混合发电及占地面积小等优点，可针对分布式供电需求单机成小群组分布式安装，离网运行。

4 太阳能热发电技术展望

总体上来说，太阳能热发电处于产业化起步阶段，其发电成本高制约了此技术不能大规模进行应用。首先，太阳能能流密度低，需要大量的光能反射装置和热量接收装置，成本占据电站投资的一半左右。其次，太阳能热发电系统的发电效率低，净发电效率不超过15%，较低的发电效率需要更多的聚光集热装置，进而增加了投资成本。最后，太阳能热发电不能24h运行，需加入储热装置，增加成本。因此，太阳能热发电需要政策的支持，政府应该在某些太阳能辐射好的地区，推动一批示范性工程项目，并给与相关企业优惠政策；为了减小生产成本，可以鼓励配套产业发展。

参考文献

[1] 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）：36-39.

[2] 杨勇平，朱勇，翟融融.塔式太阳能辅助燃煤发电系统太阳能贡献度研究[J].华北电力大学学报，2012，43（3）：56-64.

[3] 汉京晓，杨勇平，侯宏娟.太阳能热发电的显热蓄热技术进展[J].可再生能源，2014，32（7）：901-905.