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1、太阳能光热发电研究进展王振动摘要： 介绍太阳能光热发电技术系统：塔式、槽式、碟式和菲涅尔式 4 种太阳能光热发电 系统。阐 述 4 种太阳能光热发电技术的发展现状及其存在的问题。说明国内外相关产业的 发展现状以及太阳 能光热发电的广阔应用前景 。关键词： 太阳能、光热发电技术、发电系统 引言：太阳能是一种清洁的可再生能源，利用太阳能发 电是开拓新能源和保护环境、节能 减排的有效途径。欧美一些发达国家已经开始关注具有更高能源 利用率的太阳能光热发电 技术，并相继建立了不同形式的示范装臵。利用太阳能发电，特别是光热 发电是解决当前 能源、资源和环境等问题的有效途径和方法。1、太阳能光热发电系统简介

2、 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收集装臵， 利用太阳能加 热收集装臵内的传热介质（液体或气体） ，再加热水形成蒸汽带动或者直接带动发电 机发 电。与现在较为盛行的太阳能光伏发电技术相比，可得到以下几点结论： （1）在生产技术 方面， 光伏发电是目前太阳能发电产业的主流技术，较为成熟。光热发电在我国发展时间 较短，在太阳能 聚光方法及设备、高温传热储热、电站设计等集成以及控制方面，已经取 得实质性进展，但商业化 业绩较小 1。（ 2）在节能环保方面，光热发电优势明显，有望成 为解决能源匮乏、应对气候变暖 的有效手段。1.1 太阳能光热发电系统分类太阳能光热发电系统主要由聚光

3、系统 （ 聚热式没有 ）、集热系统、热传输系统、蓄热贮 存系 统、汽轮机等组成。集热器接收聚光器聚集的太阳能，通过管内热载体将水加热成蒸 汽，推动汽轮机发电 2 。由于地球表面接收太阳能辐射分散( IOOOW /m )，利用太阳能发电时通过镜场聚光， 把分散的太阳能集中在一起，变成高品质热能提高其利用效率。目前，太阳能光热发电技 术分为槽式太 阳能光热发电、塔式太阳能光热发电、碟式太阳能光热发电和菲涅尔式太阳 能光热发电。目前槽式 和塔式太阳能光热发电站实现了商业化示范运行，而碟式发电系统 仍处于示范阶段。1.2 槽式太阳能光热发电系统 利用槽式抛物面聚光器聚光的太阳能光热发电系统简称分散型系

4、统。该 系统一般由聚 光集热装臵、蓄热装臵、热机发电装臵和辅助能源装臵(如锅炉)等组成。槽式抛物面 将 太阳光聚在一条线上， 在这条焦线上安装管状集热器，以吸收聚焦的太阳辐射能，常将 众多的 槽式聚光器串并联成聚光集热器阵列。槽式聚光器对太阳辐射进行一维跟踪。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。1.3 塔式太阳能光热发电系统塔式太阳能光热发电系统也称为集中式太阳能光热发电， 利用定日镜将太阳光聚焦 在中心吸 热塔

5、的吸热器上，聚焦的辐射能转变成热能，然后传递给热力循环的工质，再驱 动汽轮机做功发 电。塔式太阳能光热发电系统主要分熔盐系统、空气系统和水 /蒸汽系统 无论采用哪种工质，系统的蓄热至关重要。由于太阳能的间隙性，必须由蓄热器提供足够 的热能来 补充乌云遮挡及夜晚时太阳能的不足，否则发电系统将无法正常工作。1.4 碟式太阳能光热发电系统碟式太阳能光热发电系统是利用旋转抛物面反射镜，将入射阳光聚集在焦点上，放臵 在焦点处的太阳能接收器收集较高温度的热能，加热工质以驱动汽轮机，从而将热能转化 为电能。 整个系统包括：旋转抛物面反射镜、接收器、跟踪装臵和蓄热系统。1.5 三种太阳能热电技术的比较上述3种

6、主要太阳能热发电方式（塔式、槽式以及蝶式）各有优点，就理论而言，塔 式太阳能发电由于聚光比高、运行温度高、系统容量大以及热转换效率高等特点，较适合 大规模生产；槽式 太阳能发电因其系统结构相对简单以及技术较为成熟，成为了第一个进 入商业化生产的热发电方 式；而碟式太阳能发电因其热效率最高、结构紧凑、安装方便等 特点，非常适合分布式小规模能源 系统。另一方面，前期投入过高且难以降低成本使得塔式太阳能发电始终没有广泛投入商业 化生产； 聚光比小、系统工作温度低、核心部件真空管技术尚未成熟、吸收管表面选择性 涂层性能不稳定等 问题，阻碍了槽式太阳能发电的推广；碟式发电系统中，斯特林热机关 键技术难度

7、大、开发时间短 等原因，致使其仍处于试验示范阶段。1.6 菲涅尔式太阳能光热发电系统工作原理类似槽式光热发电，只是采用菲涅耳结构的聚光镜来替代抛面镜。这使得它 的成本相 对来说低廉，但效率也相应降低。此类系统由于聚光倍数只有数十倍，因此加热的水蒸气质量不高，使整个系统的年发 电效率仅 能达到 10% 左右；但由于系统结构简单、直接使用导热介质产生蒸汽等特点，其 建设和维护成本 也相对较低。2、太阳能光热发电研究和应用现状20 世纪初就有关于太阳能热发电的研究， 由于当时太阳能热电技术落后及能源供应相 对稳定，太阳能热利用发展缓慢。直到 20世纪 70 年代的石油危机，太阳能热电产业又被重 3新

8、激起 。1950 年，原苏联设计了世界上第一座太阳能塔式电站，建造了一个小型试验装臵 70 年代，太阳能电池价格昂贵，效率较低，相对而言，太阳热发电与光伏发电相比，效率较 高， 技术比较成熟，因此当时许多工业发达国家都将太阳热发电作为重点，投资兴建了一 批试验性太阳能热发电站。据不完全统计，从19811991年，全世界建造的太阳能热发电站（500kw以上）约有20余座，发电功率最大达80MW。按太阳能采集方式划分，太阳能热发电站主要有塔式、槽 式、蝶式和菲涅尔式四类。但这些电站基本上都是试验性的。近年来由于一系列技术成熟及各国政府支持，太阳能热电产业发展迅速。美国、澳大 利亚、德 国等发达国家

9、的光热技术相对领先。美国已经建立了完善发展规划，并成功建成 多个示范项目，如 美国内华达一号太阳能发电厂于2007年投产，可产生6400万kW h/a,美国加州LUZ槽式太 阳能热发电站成功运行引起我国的关注，并计划引进该类机组在拉萨建立一座35 MW的太阳能热电 站。 2008年,世界上第一座可储式的太阳能电站在西班牙 投入商业运营。白天凹面镜吸收的太阳能 给熔盐加热,晚上利用高温熔盐冷却释放热给水 加热产生蒸汽, 该系统可以提高太阳能热发电的效 率及稳定性。2009年西班牙又建立一座10万kW的太阳能热发电站。采用熔融盐进行蓄热，使发 电设备得到充分利用。其它一些国 家也先后建立了一些太阳

10、能热发电站。我国对太阳能热发电技术研究起步较晚,直到上世纪 70年代开始一些基础研究。近年 来我国 对太阳能热电技术给予政策扶持,使我国太阳能光热发电取得了一定的发展,如 2005年在南京建成 70 kW 塔式太阳能热发电系统,并成功投入并网发电。由中国科学院电工研究所、皇明太阳能集 团 联合实验室研制的单轴跟踪的槽式太阳能聚光器, 于2004年10月在通州实验基地开始 成功运 行。该聚光器面积30m2，传热工质输出温度达400 c，峰值热输出功率为10kW，具有自动跟踪精 度高、热流密度大等特点。与发达国家相比我国的太阳能光热发电技术仍然非常落后,我国太阳能工作者任重道远。3、太阳能光热发电

11、技术商业化面临的问题太阳能光热发电技术商业化发展的主要矛盾是成本问题。建立高效率、大容量、高聚 光比的太 阳能光热发电系统是降低发电成本的主要研究方向。为推动太阳能光热发电技术 的商业化,必须考 虑太阳辐照的不连续性,可采取与化石燃料互补的联合发电途径。与常规火电机组建设相比，尽管考虑环境污染以及能源供给等因素，太阳能光热发电 的建设成本 仍然较高且难以降低，无法形成大规模投资建设的形势。太阳能光热发电的产业化还有待关键技术的更大突破。比如槽式太阳能光热发电技术 中如何提高 真空集热管的效率，开发先进的热存储技术。塔式太阳能光热发电技术虽然起 步较早但塔式太阳能 光热发电系统的造价较高。还有热

12、储存技术，太阳能光热发电系统在 早晚或云遮间隙必须依靠储存 的能量维持系统正常运行。储能工质的工作温度范围决定了 机组初参数， 因而决定了机组的总体效 率。但目前具有良好传热特性的多种材料多相复 合的储热工质合成的材料及相变蓄热装臵的研究尚 处于起步阶段。结束语：利用太阳能发电是解决当前能源、资源和环境等问题的有效途径和方法。太阳能热电 开发所占 土地面积并不比某些常规能源大，且可在太阳能资源丰富的荒漠地区建设，这是 常规能源所不能达 到的。太阳能热力发电与火力发电相比，不会消耗资源；也不会产生废 气、废渣而污染空气、土壤 和水；也不会像核电工程如果产生核泄漏而对较大范围造成严 重而深远的放射性环境影响。太阳能 光热发电技术商业化发展的主要障碍是成本，建立高 效率、大容量、高聚光比的太阳能光热发电系 统是降低发电成本的主要研究方向。参考文献：1 张争、夏勇：太阳能光热发电的发展现状及前景分析【 A 】长江工程职业技 术学院学报 2013 年 3月，第 30 卷第 1 期。2 王相明：变流器在风电领域中的应用分析【 C】 2007。3 姚鑫、栗文艺、燕博等：小型孤立风力发电系统变流器设计与仿真【J】电器技术， 2011(01) ： 2931。