文／全國電氣絕緣材料與絕緣技術(shù)系統(tǒng)評定標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì) 陳晨 張亮／

一、概述

能源危機(jī)是今后人類生存面對的一個(gè)相當(dāng)大的問題，一味的燃燒化石能源，不僅僅地球資源會(huì)枯竭，還會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳等溫室氣體的排放，導(dǎo)致氣候變化，危及人類的可持續(xù)生存和發(fā)展。2009年哥本哈根會(huì)議上，中國率先承諾到2020年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%，這給我們未來的節(jié)能減排工作帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

目前我國已經(jīng)將節(jié)能減排的目標(biāo)分配到各省市，并作為考核地區(qū)的硬指標(biāo)，繼而出現(xiàn)某些城市的拉閘限電，給企業(yè)帶來很大的損失，也給居民的日常生活帶來不便。由此可見，尋找新能源已經(jīng)成為人類面臨的迫切問題。太陽能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到人們的青睞，在人類的生活和工作中有著廣泛的應(yīng)用，其中之一就是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。利用太陽能發(fā)電主要分為太陽能光伏發(fā)電和太陽能光熱發(fā)電。太陽能光熱發(fā)電的原理是利用集熱器把太陽輻射產(chǎn)生的熱能收集起來給介質(zhì)加熱產(chǎn)生蒸汽推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。按太陽能采集方式劃分，到目前為止，世界上主流的太陽能光熱發(fā)電站的形式主要有：塔式、槽式、碟式和線性菲涅爾式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)。

二、太陽能光熱發(fā)電的主要形式

1、塔式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)

塔式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)是在空曠的地面上建立一個(gè)高大的中央吸收塔，塔頂上安裝固定一個(gè)吸熱器，塔的周圍安裝一定數(shù)量的定日鏡，定日鏡系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對太陽的實(shí)時(shí)跟蹤，并將太陽光反射到吸熱器，位于塔頂?shù)奈鼰崞魑沼啥ㄈ甄R反射而來的高熱流密度輻射能，將通過吸收器的工質(zhì)加熱并產(chǎn)生高溫蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電，如圖1所示。塔式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)具有聚光倍數(shù)高、工作溫度高、熱傳遞路程短、熱損耗少、系統(tǒng)綜合效率高等優(yōu)點(diǎn)。但塔式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)一次性投入大，每臺(tái)定日鏡都需要一個(gè)單獨(dú)的二維跟蹤設(shè)備，裝置結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)復(fù)雜，精度要求、維護(hù)成本較高。此外，塔式太陽能光熱發(fā)電不適合大規(guī)模化運(yùn)營。

圖1 塔式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)

2、槽式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)

槽式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)全稱為槽式拋物面反射鏡太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)，是將多個(gè)槽型拋物面聚光集熱器經(jīng)過串并聯(lián)的排列，將直射太陽光聚焦到位于拋物線焦點(diǎn)的中高溫太陽能真空集熱管上，加熱工質(zhì)，產(chǎn)生高溫蒸汽，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電，如圖2所示。槽式太陽能光熱發(fā)電結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，并且可以將多個(gè)聚光吸熱裝置經(jīng)過串聯(lián)和并聯(lián)進(jìn)行排列，構(gòu)成較大的光熱發(fā)電系統(tǒng)。但存在聚光比較小、熱傳遞回路長、傳熱工質(zhì)溫度難以提高、系統(tǒng)綜合效率低等缺點(diǎn)。

圖2 槽式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)

3、碟式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)

碟式太陽能光熱發(fā)電的基本原理是：太陽輻射能經(jīng)過聚光器匯聚之后，被集熱管吸收，轉(zhuǎn)化為熱能，并傳遞給工質(zhì)，使工質(zhì)溫度升高，形成高溫?zé)嵩矗腿霟釞C(jī)，能量在熱機(jī)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，推動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，對外發(fā)出電流，如圖3所示。碟式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)可以單機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行，具有壽命長、綜合效率高、運(yùn)行靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)電成本不依賴于工程規(guī)模，適合偏遠(yuǎn)地區(qū)離網(wǎng)分布式供電。但碟式太陽能聚焦器相對較復(fù)雜，太陽能熱利用對其光學(xué)和機(jī)械系統(tǒng)的精度要求使得無論在設(shè)計(jì)加工、運(yùn)行中都會(huì)遇到一些問題。此外，其單機(jī)規(guī)模受限，造價(jià)昂貴。

圖3 碟式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)

4、線性菲涅爾式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)

線性菲涅爾式太陽能光熱發(fā)電工作原理與槽式光熱發(fā)電系統(tǒng)類似，只是用菲涅爾結(jié)構(gòu)的聚光鏡代替拋物面鏡，利用線性菲涅爾反射聚光集熱器，將太陽能收集，產(chǎn)生高溫高壓蒸汽從而推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。相比于槽式光熱發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為簡單，且吸熱管無需真空處理，降低了技術(shù)成本和難度，但是總體效率不高。

總體來說，不同形式的太陽能光熱發(fā)電站各有優(yōu)缺點(diǎn)，目前針對每種形式的太陽能光熱發(fā)電各國都在致力于關(guān)鍵技術(shù)的攻克，希望太陽能光熱電廠能夠早日規(guī)?；\(yùn)營。

三、太陽能光熱發(fā)電國外現(xiàn)狀

當(dāng)前，太陽能光熱電廠分布于美國、西班牙、德國、印度、澳大利亞等國家。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球現(xiàn)正在運(yùn)營或正在建設(shè)的太陽能光熱發(fā)電裝機(jī)容量預(yù)計(jì)已近3,000MW。發(fā)展太陽能光熱最為積極的國家為西班牙和美國。西班牙太陽能光熱發(fā)電并網(wǎng)容量已達(dá)800MW，是世界上太陽能光熱發(fā)電量最大的國家。西班牙現(xiàn)計(jì)劃于2013年年底以前完成2,500MW太陽能光熱并網(wǎng)發(fā)電，到2020年以前將完成140,000MW太陽能光熱并網(wǎng)發(fā)電。美國太陽能光熱發(fā)電并網(wǎng)容量已達(dá)500MW，并已與電力企業(yè)簽訂了9,000MW的太陽能光熱電力采購協(xié)議。由于太陽能光熱發(fā)電的巨大市場潛力，其在各國未來能源發(fā)展路線中必將占據(jù)更大的比例。

四、太陽能光熱發(fā)電國內(nèi)現(xiàn)狀

我國也很重視太陽能光熱發(fā)電，相繼出臺(tái)相關(guān)政策支持太陽能光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。根據(jù)國家發(fā)展和改革委員會(huì)2007年發(fā)布實(shí)施的《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》（2006-2020），到2020年中國太陽能光熱發(fā)電總量達(dá)到200MW。今年6月1日，國家發(fā)改委頒布的《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄(2011年本)》正式實(shí)施，在指導(dǎo)目錄鼓勵(lì)類新增的新能源門類中，太陽能光熱發(fā)電被放在突出位置。專家預(yù)測，未來光熱發(fā)電容量將大大超過光伏，在全球低碳經(jīng)濟(jì)與新能源革命的大趨勢下，光熱發(fā)電極有可能成為我國未來份額最大的主導(dǎo)能源。太陽能光熱發(fā)電是太陽能熱利用的重要方面，具有與電網(wǎng)負(fù)荷的適配性較好、太陽能光熱發(fā)電轉(zhuǎn)化效率較高、容易產(chǎn)生規(guī)模效應(yīng)、耗材的制造過程更環(huán)保、電能調(diào)配性更好等優(yōu)勢而被認(rèn)為是未來太陽能利用的主流發(fā)展方向，也是我國發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)領(lǐng)域之一。我國計(jì)劃 “十二五”期間在西部建設(shè)1000MW級規(guī)模的太陽能光熱發(fā)電站。

目前，我國太陽能光熱發(fā)電正處在研發(fā)和示范階段，還未形成產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，2010年底，由中國科學(xué)院電工研究所等10家單位聯(lián)合承擔(dān)的國內(nèi)首座1MW塔式太陽能光熱發(fā)電示范電站實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，用于研究太陽能塔式光熱發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)，并建立太陽能光熱發(fā)電實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，探索高效能、大規(guī)模、低成本商業(yè)化電站的技術(shù)途徑，為我國太陽能光熱發(fā)電技術(shù)的研究和發(fā)展奠定基礎(chǔ)。2010年12月，我國首個(gè)光熱發(fā)電項(xiàng)目——鄂爾多斯50MW項(xiàng)目啟動(dòng)招標(biāo)，該項(xiàng)目采用槽式發(fā)電技術(shù)，計(jì)劃總投資16億元，年發(fā)電1.2億千瓦。中國科學(xué)研究院、大唐、皇明等科研院所和企業(yè)正在積極開展太陽能光熱關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)和示范工作。

五、我國太陽能光熱發(fā)電存在的問題

我國發(fā)展太陽能光熱目前主要面臨著技術(shù)不成熟和發(fā)電成本高兩道難關(guān)。

首先，太陽能光熱發(fā)電所需要的核心設(shè)備仍被國外企業(yè)壟斷，由于我國技術(shù)水平尚不成熟，在很大程度上影響到太陽能光熱發(fā)電的穩(wěn)定性，對太陽能光熱發(fā)電并網(wǎng)造成一定困難。槽式所需的集熱管、聚光鏡和塔式要用的鏡場跟蹤系統(tǒng)、集熱器都是太陽能熱發(fā)電的核心設(shè)備，以上幾個(gè)關(guān)鍵設(shè)備國內(nèi)都分別有廠家在進(jìn)行研發(fā)，雖然實(shí)驗(yàn)室階段已經(jīng)突破，但市場量產(chǎn)還有待時(shí)日。我國在高溫金屬集熱管方面一直處在落后的被動(dòng)局面，國內(nèi)的企業(yè)要依賴外國的技術(shù)和國外的產(chǎn)品上。有業(yè)內(nèi)人士抱怨，即便有錢來購買外國公司的產(chǎn)品，也要等對方的生產(chǎn)規(guī)劃安排，有時(shí)要等上好幾年。

另一方面，由于我國太陽能光熱發(fā)電設(shè)備還主要依賴進(jìn)口，所以對于發(fā)電成本和投資回報(bào)率更遠(yuǎn)不及我國已實(shí)現(xiàn)設(shè)備國產(chǎn)化的太陽能光伏發(fā)電技術(shù)。中國太陽能工程聯(lián)盟副秘書長孟祥曾表示，光熱產(chǎn)業(yè)鏈上的核心技術(shù)，如系統(tǒng)集成、集熱管、聚光鏡等，仍掌握在國外企業(yè)手中，若不能解決將嚴(yán)重阻礙太陽能光熱市場發(fā)展。

六、太陽能光熱發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)化工作

太陽能光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)涉及光、機(jī)、電等多個(gè)領(lǐng)域,標(biāo)準(zhǔn)化在解決未來太陽能光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)設(shè)備和系統(tǒng)的集成問題起到不可忽視的作用。在各國大力發(fā)展太陽能光熱發(fā)電之際，標(biāo)準(zhǔn)化組織也著手開展了相關(guān)工作。2011年4月，國際電工委員會(huì)（IEC）正式成立IEC/TC117（太陽能光熱電廠），負(fù)責(zé)制定太陽能光熱電廠系統(tǒng)和設(shè)備國際標(biāo)準(zhǔn)，包括性能試驗(yàn)測量標(biāo)準(zhǔn)。我國國家標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)緊跟國際標(biāo)準(zhǔn)化工作，于2011年8月正式批復(fù)由中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)與中國電器工業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)合承擔(dān)IEC/TC117國內(nèi)技術(shù)對口單位，并以積極成員（P成員）身份參加相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)。我國開展太陽能光熱發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)化工作應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

一、與現(xiàn)行相關(guān)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)相互配合，逐步搭建太陽能光熱產(chǎn)業(yè)鏈標(biāo)準(zhǔn)體系。太陽能光熱發(fā)電廠標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)將涉及三方面內(nèi)容：太陽能光熱發(fā)電廠、太陽能光熱發(fā)電設(shè)備和太陽能光熱貯能設(shè)備；同時(shí)，太陽能光熱發(fā)電廠還可能涉及汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域。因此，太陽能光熱發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)化工作需要運(yùn)用系統(tǒng)視角開展相關(guān)工作。伴隨我國太陽能光熱設(shè)備的國產(chǎn)化研發(fā)進(jìn)步，勢必將降低我國太陽能光熱發(fā)電設(shè)備制造成本，但降低太陽能光熱發(fā)電成本的關(guān)鍵不僅需要電廠中各個(gè)設(shè)備之間相互配套，還需要在電廠系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面做出優(yōu)化。這就需要電力行業(yè)和電工行業(yè)共同協(xié)作，我國開展太陽能光熱電廠標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)已具備了這方面的基礎(chǔ)。

二、建立太陽能光熱發(fā)電試驗(yàn)評價(jià)與標(biāo)準(zhǔn)化相結(jié)合機(jī)制，保證太陽能光熱電廠的運(yùn)行效率。如前文所述，太陽能光熱電廠的運(yùn)行效率是決定太陽能光熱發(fā)電成本的關(guān)鍵。因此，應(yīng)建立太陽能光熱電廠試驗(yàn)評價(jià)對標(biāo)準(zhǔn)化工作的反饋機(jī)制，將電廠運(yùn)行試驗(yàn)評價(jià)結(jié)果反饋至標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)，通過標(biāo)準(zhǔn)的媒介，促進(jìn)設(shè)備制造滿足太陽能光熱電廠運(yùn)行效率的要求。

三、密切跟蹤太陽能光熱國際標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)，將我國優(yōu)勢技術(shù)引入國際標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域。一方面，在核心技術(shù)方面，我國應(yīng)通過國際技術(shù)合作、國際標(biāo)準(zhǔn)化跟蹤等渠道進(jìn)一步加大技術(shù)引進(jìn)力度。另一方面，太陽能光熱發(fā)電國際標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域剛剛開始工作，前期將主要開展標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)劃等工作，之后才逐步開展國際標(biāo)準(zhǔn)制訂活動(dòng)。在此期間，我國應(yīng)積極跟蹤太陽能光熱國際標(biāo)準(zhǔn)化框架的搭建，派出相關(guān)領(lǐng)域的專家積極跟蹤太陽能光熱國際標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)。同時(shí)，將我國在某些領(lǐng)域的優(yōu)勢技術(shù)引入國際標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域，保持我國在太陽能光熱發(fā)電國際標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域的相對競爭力。

綜上所述，太陽能光熱發(fā)電是未來發(fā)展的一個(gè)重要的領(lǐng)域，由于太陽能光熱發(fā)電裝備制造產(chǎn)業(yè)鏈較長，必須走大規(guī)模協(xié)作道路，來實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化。我國應(yīng)加大國內(nèi)研發(fā)力度，盡快掌握核心技術(shù)，推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，提升我國在新能源領(lǐng)域市場的競爭優(yōu)勢。

[1] 碟式太陽能熱發(fā)電技術(shù)綜述(二),熱力發(fā)電,2009(38)6.

[2] 太陽能槽式熱發(fā)電技術(shù)綜述,電源技術(shù)應(yīng)用,2010(13)-4.

[3] 太陽能光熱發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀與市場前景,電器工業(yè),2011-8.

[4] 太陽能熱發(fā)電前景無限,中國能源報(bào),2011(120)-18.

[5] 太陽能光熱電廠提案投票文件,IEC SMB B/4416/DV,2011-1-7.