溫州商學(xué)院信息工程學(xué)院 李 寧 張思揚(yáng)

1 引言

伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，生活水平的不斷提升，人類對不可再生資源的需求也在相應(yīng)日益擴(kuò)大，自然而然，不可再生資源便會(huì)因而逐年減少。所以人類將渴求探索一種取之不盡、用之不竭的新能源，來滿足我們當(dāng)代社會(huì)的發(fā)展需求。太陽能顯然就是我們尋求的重要資源之一。太陽能是一種新型能源。在我國分布廣闊且蘊(yùn)藏豐富。中國目前仍停留在以火力發(fā)電為主的粗放型能源開發(fā)模式，利用燃燒煤、石油、天然氣等不可再生資源發(fā)熱產(chǎn)生電能，效率相對低下。如今太陽能發(fā)電是眾多發(fā)達(dá)國家所著重運(yùn)用的能源開發(fā)手段。與傳統(tǒng)發(fā)電模式相比，太陽能發(fā)電不僅有效保護(hù)了不可再生資源，而且對于我們生活的環(huán)境也裨益良多。當(dāng)前，太陽能發(fā)電主要有兩種方法：一是直接將太陽輻射能轉(zhuǎn)換熱能再轉(zhuǎn)化為電能，稱為太陽能熱動(dòng)力發(fā)電；二是利用光伏器件將太陽的光能轉(zhuǎn)換為電能，稱為太陽能光伏器件發(fā)電。

2 太陽能熱動(dòng)力發(fā)電技術(shù)原理

在傳統(tǒng)的燃料發(fā)電廠中，都是以天然氣、石油、煤等燃料發(fā)電，推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，如圖1黑色加粗的方框所示。太陽能熱動(dòng)力發(fā)電系統(tǒng)由太陽裝置、儲(chǔ)熱槽、汽輪發(fā)電機(jī)、凝氣器組成，如圖1所示。

圖1 典型太陽能熱動(dòng)力發(fā)電熱力循環(huán)系統(tǒng)原理圖

當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，依靠非自身電源供電，啟動(dòng)電機(jī)運(yùn)行，從而帶動(dòng)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定輸出電量（此刻電機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)）。穩(wěn)定之后，在太陽能輻射充足的情況下，供給儲(chǔ)熱槽加熱，儲(chǔ)熱槽加熱變成水蒸氣，經(jīng)過太陽能裝置系統(tǒng)將太陽輻射從面積上濃縮產(chǎn)生高溫，此時(shí)空氣具備了高壓條件，就有了足夠的能量推動(dòng)汽輪電機(jī)發(fā)電。從中可以得出的結(jié)論是：太陽輻射能越高，轉(zhuǎn)換為機(jī)械能越大，整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)輸出的電量越多。

3 太陽能熱動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)成

太陽能熱動(dòng)力系統(tǒng)基本組成結(jié)構(gòu)有聚光集熱子系統(tǒng)、儲(chǔ)熱子系統(tǒng)、輔助能源子系統(tǒng)、熱動(dòng)力發(fā)電系統(tǒng)。各系統(tǒng)各司其職，合力推動(dòng)整體良性運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.1 聚光集熱子系統(tǒng)

太陽能聚光集熱子系統(tǒng)可分集光器、接收器、太陽方向跟蹤器三大件。

（1）聚光器的主要功能是將太陽集中在某一個(gè)點(diǎn)上，以提高集熱的效果。例如菲涅爾透鏡，其實(shí)菲涅爾透鏡基本原理很簡單，就是把一個(gè)塑料玻璃片，切成很多個(gè)同心圓的小型圓環(huán)（就像大樹的年輪），每一個(gè)圓都比外面的圓環(huán)小，組合在一起，把光源聚在一個(gè)中心點(diǎn)上，從而形成我們的菲涅爾透鏡。只要菲涅爾透鏡足夠大，就蛻化成了我們所需要的聚光器。

（2）接收器是聚光集熱系統(tǒng)的集熱部件。是光熱裝換的最重要部件。它接收聚光器的光，轉(zhuǎn)換為熱能，進(jìn)而產(chǎn)生一定程度的高溫高壓氣體來推動(dòng)電機(jī)發(fā)電。

（3）太陽方向跟蹤器的含義是：聚光器接收面實(shí)時(shí)跟蹤太陽位置，主要目的是為了太陽輻射能得到最大程度的利用。在我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫挠袃煞N跟蹤方法：其一，太陽方向跟蹤器基于太陽位置用天文學(xué)計(jì)算進(jìn)行位置追蹤；其二，太陽輻射傳感器利用對太陽方向的判斷實(shí)現(xiàn)跟蹤，兩種的跟蹤方法各有千秋，也各有弊端。第一種方法的缺點(diǎn)是存在一定的累計(jì)誤差；第二種則是在雨天或是多云的不利條件下，傳感器容易找不到正確的聚光面。通常情況下我們會(huì)結(jié)合兩種方式進(jìn)行跟蹤處理。

3.2 儲(chǔ)熱子系統(tǒng)

儲(chǔ)熱子系統(tǒng)是極為關(guān)鍵的一部分，在早晚和多云的情況下，電站必須依靠晴天所儲(chǔ)蓄下的熱動(dòng)力來維持一段時(shí)間電機(jī)的正常運(yùn)作，如果在夜間或是多云天氣下熱儲(chǔ)蓄能不夠的話，我們則可以考慮用常規(guī)的燃料來輔助熱能。

儲(chǔ)熱子系統(tǒng)的工作方式和太陽能熱能發(fā)電站密切相關(guān)，經(jīng)典太陽能熱動(dòng)力發(fā)電站的運(yùn)行方式為：八點(diǎn)左右太陽能聚光集熱系統(tǒng)開始工作；九點(diǎn)左右啟動(dòng)汽輪電動(dòng)機(jī)；十點(diǎn)之前集熱裝置一直在儲(chǔ)熱槽加熱；十點(diǎn)到十三點(diǎn)汽輪電動(dòng)機(jī)處于穩(wěn)定狀態(tài)并集熱裝置收集太陽熱量直接供給汽輪電機(jī)，汽輪電機(jī)持續(xù)穩(wěn)定輸出電能；十三點(diǎn)之后接收太陽輻射和汽輪電機(jī)發(fā)電量持續(xù)下降，十五點(diǎn)起，太陽輻射開始強(qiáng)度衰減，此時(shí)儲(chǔ)熱系統(tǒng)開始釋放熱量，提供給汽輪電機(jī)正常發(fā)電，直到十八點(diǎn)三十分以后停止工作。

3.3 輔助能源子系統(tǒng)

為了能讓太陽能熱動(dòng)力發(fā)電廠持續(xù)穩(wěn)定的輸出電量，保證熱動(dòng)力發(fā)電站汽輪電機(jī)長期工作，同樣也是從經(jīng)濟(jì)角度來考慮，我們的熱動(dòng)力發(fā)電站在晚上和多云的天氣下，不僅僅只是儲(chǔ)熱子系統(tǒng)在單獨(dú)支撐發(fā)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，我們同時(shí)還在系統(tǒng)中添加普通燃料鍋爐進(jìn)行加熱，啟動(dòng)汽輪電機(jī)。雙管齊下，配合使用，從而保證電廠的電量24小時(shí)穩(wěn)定輸出，也能更充分利用太陽能資源。

3.4 監(jiān)控子系統(tǒng)

監(jiān)控子程序主要用于對太陽輻射和天氣狀況的實(shí)時(shí)記錄與分析，以保證太陽能熱電廠有效安全的工作。除此之外也對各個(gè)系統(tǒng)的熱參數(shù)、電參數(shù)以及安全報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)控。

3.5 熱動(dòng)力發(fā)電系統(tǒng)

太陽能熱動(dòng)力發(fā)電子系統(tǒng)就是相應(yīng)的常規(guī)能源熱動(dòng)力發(fā)電廠的熱動(dòng)力發(fā)電機(jī)組，其汽水系統(tǒng)則完全相同或相近的功能輸出。

4 太陽能熱動(dòng)力應(yīng)用前景與發(fā)展

據(jù)實(shí)而論，太陽能發(fā)電作為一個(gè)朝陽產(chǎn)業(yè)，在我國水平還處于初級(jí)階段。前路漫漫，但也正好說明太陽能發(fā)電在中國具備很大的升值空間，特別是近幾年來大氣污染的日益嚴(yán)重，能源不斷減少的式微局面下，太陽能發(fā)電也越來越得到大眾的認(rèn)可。本文接下來將重點(diǎn)從以下幾個(gè)方面分析太陽能熱動(dòng)力的寶貴應(yīng)用前景。

4.1 我國光熱資源分析

據(jù)統(tǒng)計(jì)全國太陽輻射年總量和國土陸地總面積分別為3350—8370MJ/M、9597000平方公里，由此足可看出我國太陽資源總量豐富[1]，地域遼闊。另外，從全國輻射總量和地域開發(fā)總量方面分析，青海、西藏、新疆、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古等地比較適合太陽能發(fā)電，特別是青藏高原，光照時(shí)長世界第二，但同樣一個(gè)不得不面對的困境是：我國的太陽能資源分布是十分不均勻的。綜上，我國太陽輻射能資源較好，利于太陽能發(fā)展，但因其分布的不平均，又給太陽能開發(fā)的本身帶來了一定的現(xiàn)實(shí)操作難度。

4.2 太陽能熱發(fā)電成本分析

太陽熱發(fā)電最大的阻礙是熱發(fā)電成本高，效益不明顯，國際能源署(IEA)公布計(jì)算可再生能源系統(tǒng)發(fā)電成本的計(jì)算公式如下：

式中：LCE為太陽能熱發(fā)電成本； Kinvest為熱發(fā)電站的總投資費(fèi)用；KOM為全年年運(yùn)行維護(hù)與管理費(fèi)用； Kfuel為全年燃料費(fèi)用；Enet為全年年凈發(fā)電量 ( 由全年發(fā)電量減去全年發(fā)電廠用電量得出 ) ；Kd為實(shí)際貸款利率；n為電站壽命；kinsurance為年保險(xiǎn)費(fèi)用[3]。

從公式1中可以看出太陽能發(fā)電成本與總投資、運(yùn)行維護(hù)與管理費(fèi)用、燃料費(fèi)用、全年凈發(fā)電量等息息相關(guān)。特別是合理規(guī)劃熱發(fā)電站的初期投資費(fèi)用，乃是解決熱發(fā)電電站成本高企的根本路徑。其次，降低運(yùn)行維修與管理費(fèi)用、全年燃料費(fèi)用也至關(guān)重要，力爭實(shí)現(xiàn)成本最小化。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，熱發(fā)電站與其他類型發(fā)電站投資成本費(fèi)用對比如表1所示[3.4]。

表1 熱發(fā)電站與其他類型發(fā)電站投資成本費(fèi)用表

從表1中可以看出，無論是哪種太陽能熱發(fā)電類型，其成本都要高于其他類型的發(fā)電成本，其中與燃煤發(fā)電的對比尤為鮮明。應(yīng)該說，成本問題在很大程度上制約了熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，再者就是太陽能熱發(fā)電效率取決于太陽輻射的長短與強(qiáng)弱，這也就同時(shí)意味著發(fā)電狀態(tài)的不穩(wěn)定。另外，當(dāng)前的太陽能熱發(fā)電技術(shù)效率相對仍然較低，所以總體而論，全年年凈發(fā)電量值（Enet）并不高。

4.3 國內(nèi)太陽能熱發(fā)電相關(guān)政策分析

近幾年國家政策對太陽能發(fā)電技術(shù)支持的力度可謂十足，可以預(yù)見的是太陽能熱動(dòng)力發(fā)電日后在我國將獲得較大的發(fā)展空間，表2是我國近年來對太陽能熱動(dòng)力發(fā)電部分政策支持。

表2 我國近年來對太陽能熱動(dòng)力發(fā)電部分政策

從表2中可以看出我國政府在制定太陽能熱發(fā)電的相關(guān)政策中，對涉及到的電標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)政策、太陽能項(xiàng)目、產(chǎn)品服務(wù)指導(dǎo)等都給予了充分的重視。從2015年國家能源局《關(guān)于組織太陽能熱發(fā)電示范項(xiàng)目建設(shè)》的通知中明確提出要組織開展一批太陽能熱發(fā)電示范項(xiàng)目建設(shè)，到2016年國家發(fā)改委《關(guān)于建設(shè)太陽能熱發(fā)電示范項(xiàng)目》的通知中率先確定第一批20個(gè)太陽能熱發(fā)電示范項(xiàng)目，一年的時(shí)間，從組織到建設(shè)，有條不紊地推進(jìn)，從容不迫的實(shí)施，這也從側(cè)面反映出國家正在一步一步為太陽能熱動(dòng)力發(fā)電的發(fā)展邁進(jìn)新征途，以期為太陽能事業(yè)的未來前景奠定堅(jiān)強(qiáng)的基礎(chǔ)。

4.4 太陽能發(fā)電技術(shù)項(xiàng)目建設(shè)情況與發(fā)展

政策的出臺(tái)大大推動(dòng)了太陽能熱電的發(fā)展。根據(jù)國家可再生能源信息中心從各省上報(bào)資料匯總合計(jì)，2015年我國已建成實(shí)驗(yàn)示范性太陽能熱發(fā)電站（系統(tǒng)）6座，裝機(jī)規(guī)模為1.388萬千瓦；于此同時(shí)，2016年另有一重要政策出臺(tái)：能源局下發(fā)首批太陽能熱發(fā)電示范項(xiàng)目名單，共有20個(gè)項(xiàng)目入選，包括9個(gè)塔式電站，7個(gè)槽式電站和4個(gè)菲涅爾電站，總計(jì)裝機(jī)容量134.9萬千瓦。

近年來，我國太陽能技術(shù)發(fā)展迅速，經(jīng)濟(jì)效益明顯改善，但是我國太陽能發(fā)電技術(shù)上的經(jīng)濟(jì)效益、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和一些發(fā)達(dá)國家相比，仍存有較大差距。缺乏技術(shù)實(shí)現(xiàn)資源開發(fā)，創(chuàng)新能力和基礎(chǔ)研究能力不強(qiáng)，技術(shù)人才不足，開發(fā)利用成本比較高等都是我們目前太陽能開發(fā)拓展征途上的“攔路虎”，再加上客觀外在生態(tài)環(huán)境下，太陽能資源在我國分布極不均勻，繼而又引發(fā)出市場較小，不能連續(xù)工作等連鎖問題。更為嚴(yán)重的是：目前我國的太陽能發(fā)電市場幾乎沒有自主競爭力，大部分相關(guān)企業(yè)都需依靠著政府的政策來謀求自身的進(jìn)一步發(fā)展。因此，我國應(yīng)該加大對高等院校、研究所、職業(yè)培養(yǎng)等人才培訓(xùn)的政策傾斜及資金支持，力爭貢獻(xiàn)出一支有能力、有活力、有擔(dān)當(dāng)?shù)拿駹I企業(yè)隊(duì)伍，為太陽能熱動(dòng)力發(fā)電輸送高素質(zhì)人才，以此保證太陽能產(chǎn)業(yè)鏈的有序健康發(fā)展。長遠(yuǎn)來說，太陽能熱動(dòng)力發(fā)電技術(shù)在我國的產(chǎn)業(yè)鏈還十分的不健全，提出一條健康的發(fā)展思路，制定一份符合基本國情的政策方針，明確未來方向和側(cè)重點(diǎn)因而更顯刻不容緩。加強(qiáng)太陽能發(fā)電技術(shù)創(chuàng)新，方能引導(dǎo)太陽能發(fā)電走向產(chǎn)業(yè)頂峰。

4.5 太陽能熱發(fā)電動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)用前景分析

以下我將運(yùn)用SWOT分析法簡單地對太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)在我國的應(yīng)用前景做一個(gè)大致的羅列：

S：承前文所講，太陽能熱發(fā)電在我國的發(fā)展仍尚處于起步階段，而我國政府對于太陽能發(fā)電的支持力度不可謂不強(qiáng)， 從組織開展示范項(xiàng)目建設(shè)到最終20個(gè)大項(xiàng)的率先確定，政策上空前的傾斜程度無疑為國內(nèi)的自主企業(yè)鋪陳了一條極為便利，壁壘甚少的拓展之路。

W：客觀外界環(huán)境于太陽能發(fā)電不利的一點(diǎn)是我國的太陽能資源分布極為不均衡。太陽能資源相對集中于經(jīng)濟(jì)落后的地區(qū)，這便給太陽能發(fā)電的產(chǎn)業(yè)化帶來了不小的難度，市場儲(chǔ)備嚴(yán)重不足，同時(shí)也給資源的合理配置帶來了極大的難度。

0：當(dāng)前社會(huì)高速發(fā)展，不可再生資源的不可逆性也就注定了其損耗的驚人。為了維持生產(chǎn)生活的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，將資源利用的重心轉(zhuǎn)向可再生資源也便成了順理成章的事情。更不用提太陽能發(fā)電本身的清潔性與傳統(tǒng)發(fā)電模式相比，有著天然的優(yōu)勢，其特性與我們當(dāng)前所提倡的環(huán)境保護(hù)，構(gòu)建生態(tài)文明的理念不謀而合，從而也必將在未來贏得社會(huì)輿論與公眾的更大認(rèn)可，并為產(chǎn)業(yè)發(fā)展贏得巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

T：一個(gè)不得不面對的殘酷現(xiàn)實(shí)是：雖然具備不小的發(fā)展空間，我國的太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)尚稚嫩如初生的雛鷹。民營企業(yè)自主創(chuàng)新能力弱，技術(shù)水平低下，發(fā)電成本高企，效率不足等都是目前幾乎難以一朝一夕逾越的巨大鴻溝。與西方發(fā)達(dá)國家相比，我方企業(yè)的競爭力是難匹敵，在豐厚的政策紅利庇護(hù)下，生存之路依舊舉步維艱。要想改變當(dāng)前的困境，非單一個(gè)體的單一責(zé)任，亟待政府、企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)、社會(huì)公眾各方三軍用力。

5 結(jié)論

當(dāng)代社會(huì)，不可再生資源日益匱乏，環(huán)境破壞嚴(yán)重的困局迫使我們進(jìn)退維谷。因此，我們必須要充分利用起身邊的可再生能源，從而保護(hù)我們已然為數(shù)不多的不可再生資源，此乃我們當(dāng)代社會(huì)人的責(zé)任和擔(dān)當(dāng)。有人說太陽能熱動(dòng)力發(fā)電比光伏發(fā)電在原理上更為簡單，實(shí)際上則并非如此。太陽能熱動(dòng)力細(xì)節(jié)上其實(shí)更難，更復(fù)雜。從很多角度出發(fā)分析，都可以看出目前的太陽能熱動(dòng)力發(fā)電技術(shù)還未得到完全的優(yōu)化與改進(jìn)，有著很大的不足，困擾著太陽能熱動(dòng)力發(fā)電的發(fā)展與進(jìn)程。但是，有賴于國家的政策扶持和企業(yè)自身的創(chuàng)新與探索，我也相信在不久的將來，太陽能技術(shù)的開發(fā)和其產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展必有一個(gè)巨大的飛躍，屆時(shí)，太陽能發(fā)電技術(shù)將會(huì)實(shí)實(shí)在在地影響到我們每一個(gè)人的生活，太陽能熱動(dòng)力發(fā)電也會(huì)在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，也就是說，太陽能熱動(dòng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展前景無疑是十分可觀的。

[1]余軍勝．太陽能光伏器件技術(shù)[D]．電子科技大學(xué)出版社,2011．

[2]賈婧．光熱發(fā)電,太陽能利用的下一個(gè)蛋糕[EB/OL]．https∶//mp．weixin．qq．com/s?_biz=MzA4NzI4MDgyOQ==&mid=2650673399&id x=1&sn=fe565d9ed8dbe3a801c4bbe3efff84ee&chksm=88316d25bf46e4332 e04498ce0a7012326eaeee201f5c0b006a2f7ce5cbd342d842cf5519de4#rd．

[3]杜鳳麗．降低聚光太陽能熱發(fā)電成本的途徑[J]．太陽能,2011．

[4]王鼎,時(shí)雨,胡婧婷,等．太陽能熱發(fā)電技術(shù)綜述及其在我國適用性分析[J]．電網(wǎng)與清潔能源,2016．