梁玉紅

(湖北汽車工業(yè)學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，湖北 十堰 442002)

1 引言

太陽能是取之不盡用之不竭的資源，聚光光熱系統(tǒng)發(fā)電(CSP)是目前發(fā)展迅速的一種太陽能發(fā)電技術(shù)。它的基本原理是利用匯聚的太陽能光將熱量接收器的介質(zhì)(液體或者氣體)加熱到非常高的溫度，然后把這部分熱量轉(zhuǎn)換為機械能，再從機械能轉(zhuǎn)化為電能。相對的，傳統(tǒng)晶硅、薄膜太陽能發(fā)電和CPV系統(tǒng)發(fā)電有較大的區(qū)別(圖1)。目前主要有4種CSP技術(shù)路線，分別是拋物面槽式、集熱塔式、線性菲涅爾式、拋物面碟式。其中拋物面槽式CSP系統(tǒng)擁有最成熟的技術(shù)和最低的單位建設(shè)成本，因此是目前在運行的CSP電站中采用最廣泛的技術(shù)路線，而這同時也意味著它提高效率或壓縮成本的空間已十分有限。

圖1 聚光光熱CSP發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換過程

以融鹽等新型導(dǎo)熱介質(zhì)替代目前所采用的合成油或許是槽式CSP電站在效率上更上一層樓的唯一方式，但低溫凝結(jié)、管道腐蝕等問題，仍然是進行這一技術(shù)改造所必須面對的障礙。

目前運行中的商業(yè)化大型集熱塔式CSP電站還不多，規(guī)模化以后，定日鏡等用量較大的組件將有比較大的成本下降空間;另外，由于管道結(jié)構(gòu)相對槽式系統(tǒng)要簡單得多，對其進行融鹽化導(dǎo)熱介質(zhì)改造的難度也較低［1～3］。

2 CSP系統(tǒng)分類技術(shù)解析與對比

拋物面槽式CSP系統(tǒng)擁有最成熟的技術(shù)和最低的建設(shè)成本，因此是目前在運行的CSP電站中采用最多的技術(shù)路線，而這同時也意味著它提高效率或壓縮成本的空間已十分有限。

以融鹽等新型導(dǎo)熱介質(zhì)替代目前所采用的合成油或許是槽式CSP電站在效率上更上一層樓的唯一方式，但低溫凝結(jié)、管道腐蝕等問題，仍然是進行這一技術(shù)改造必須面對的障礙。

目前運行中的商業(yè)化大型集熱塔式CSP電站還不多，規(guī)?；院?，定日鏡等用量較大的組件將有比較大的成本下降空間;另外，由于管道結(jié)構(gòu)相對槽式系統(tǒng)要簡單得多，對其進行融鹽化導(dǎo)熱介質(zhì)改造的難度也較低(圖2、圖3)。

圖2 拋物面碟式聚光系統(tǒng)

圖3 拋物面碟式CSP電站

線性菲涅爾的CSP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、且通過直接以匯聚的太陽光加熱水產(chǎn)生蒸汽發(fā)電的方式，因此對于小規(guī)模系統(tǒng)其建設(shè)投資的絕對數(shù)額會較小，然后，由于工作效率明顯低于另外3種技術(shù)路線，實際折合到單位功率的建設(shè)成本則一點也不便宜，甚至是4種技術(shù)中最貴的。并且，也很難為該類型系統(tǒng)配置儲熱裝置。

改進光學(xué)結(jié)構(gòu)的設(shè)計或許是線性菲涅爾CSP系統(tǒng)進一步提升效率的唯一出路;發(fā)揮其結(jié)構(gòu)簡單、建造方便的優(yōu)點，作為分布式電源對一些電力需求不高的偏遠(yuǎn)地區(qū)進行供電或許是適合該類型CSP電站的市場定位。

從技術(shù)的角度看，拋物面碟式CSP系統(tǒng)優(yōu)勢明顯:高效率和模塊化部署的特點使該技術(shù)有足夠的理由被看好，實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)后，如果零部件供應(yīng)鏈的配套能夠及時跟上，成本也有明顯的下降空間。

斯特林發(fā)動機并非拋物面碟式CSP系統(tǒng)唯一能量轉(zhuǎn)換方案，目前有些碟式系統(tǒng)開發(fā)商也正研究采用微型蒸汽輪機作為熱電轉(zhuǎn)換單元，同樣能夠發(fā)揮碟式系統(tǒng)高聚光效率的優(yōu)勢。

模塊化部署能力是除碟式系統(tǒng)外的另3種技術(shù)路線所不具備的，因此碟式CSP系統(tǒng)是唯一具有“大小通吃”能力的CSP技術(shù)，然而由于其本身沒有任何儲熱能力，因此百兆瓦級大型電站的運行效率和經(jīng)濟性仍有待觀察(表 1)［4～8］。

表1 4種CSP電站類型的技術(shù)特點、性能、及成本對比

3 全球CSP系統(tǒng)電站項目發(fā)展現(xiàn)狀

CSP裝機規(guī)模將迎來爆發(fā)式增長，各項技術(shù)類型占比格局發(fā)生明顯變化，2006年，隨著發(fā)達國家對可再生能源使用比例的強制要求和相關(guān)激勵性合同電價政策的出臺，CSP在以西班牙和美國為代表的市場開始興起。

目前，全球運行中和建設(shè)中的CSP電站已分別超過了800MW和900MW的裝機規(guī)模，規(guī)劃中的工程(包括已簽合同或開發(fā)協(xié)議的2013年之前動工項目)則高達 12.5GW(圖 4)。

據(jù)統(tǒng)計，至2011年，西班牙投用新設(shè)施后，已超過美國成為世界最大的太陽能光熱發(fā)電能量生產(chǎn)國。西班牙設(shè)置的發(fā)電能力已超越了位于榜首位置的美國。加上投用新設(shè)施，西班牙現(xiàn)已擁有11套設(shè)施在運作，另有 20 套處于建設(shè)階段(圖 5)［9～11］。

圖4 至2050年全球CSP電站累計裝機容量預(yù)測

圖5 全球GSP電站規(guī)模及各種技術(shù)類型所占比例

4 結(jié)語

從發(fā)電成本來看，以平準(zhǔn)化電力成本(LCOE)衡量的大型槽式CSP電站發(fā)電成本目前處在200～300元/MWh的水平，并主要受電站所在地的直射陽光資源水平的影響。當(dāng)為CSP電站配置大容量儲熱系統(tǒng)時，雖然儲熱系統(tǒng)本身和為其增加的集熱場面積將明顯抬高電站的單位裝機容量建設(shè)成本，但由于發(fā)電利用小時數(shù)的提高，單位電量發(fā)電成本的變化將十分有限。長期來看，隨著CSP電站成本的逐步降低和火電價格的不斷提升，CSP發(fā)電的價格優(yōu)勢將逐漸顯現(xiàn)。

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