剛千惠 吳凱

摘 要：能源短缺是目前世界各國發(fā)電能源使用中遇到的最大難題，為了滿足社會和經濟發(fā)展對電的需求，各國科研人員致力于可再生能源的利用與研發(fā)。太陽能光熱發(fā)電技術主要是利用太陽光聚熱進行發(fā)電。本文主要對太陽能光熱發(fā)電技術的進行了相關的分析，并同時詳細闡述了槽式、塔式和碟式3種熱發(fā)電系統(tǒng)及其存在的問題，以及對太陽能光熱發(fā)電技術進行展望。

關鍵詞：光熱發(fā)電 槽式 塔式 碟式

中圖分類號：TK513.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）07（b）-0032-02

隨著全球環(huán)境保護的日趨強化，世界各國科研人員致力于可再生能源的利用與研發(fā)。對我國而言，能源生產結構長期維持以煤炭為主，能源短缺與環(huán)境污染問題日益突出，已經成為制約我國經濟可持續(xù)發(fā)展的兩大問題，因此提倡優(yōu)化能源結構，大力發(fā)展太陽能等可再生能源[1]。聚光型太陽能熱發(fā)電是一種新型的發(fā)電方式，是通過反光鏡把太陽輻射聚集在一個點或一條線上并獲得大量的熱能，再通過轉換把熱能變?yōu)楦邷馗邏赫羝?，進而驅動汽輪機發(fā)電。與光伏發(fā)電相比，太陽能熱發(fā)電技術更為節(jié)能環(huán)保，用物理的方式進行光電轉換。當前聚光型太陽能熱發(fā)電主要分為槽式、塔式和碟式。由于太陽能熱發(fā)電技術尚未成熟，進一步優(yōu)化電站設計、降低電站發(fā)電成本的潛力仍然巨大。

1 槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)

槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)把太陽光以線聚焦的方式反射到集熱管表面，進而對管內的傳熱流體進行加熱，足夠熱的傳熱流體再通過蒸汽發(fā)生器后將熱量傳遞給蒸汽，通過常規(guī)熱力循環(huán)進行發(fā)電。其中反射鏡一般由玻璃制造，背面鍍銀并涂保護層，可以將數個集熱器串聯(lián)或并聯(lián)，達到一個完整的槽式聚光集熱場。槽式太陽能熱發(fā)電使用的傳熱流體一般是導熱油，但導熱油的溫度較低迫使發(fā)電效率較低。也有些工程利用水作為傳熱流體，這樣可以直接把水轉化為高溫高壓的水蒸汽進行做功發(fā)電，但使用水作為傳熱流體則由于管道內兩相流的不穩(wěn)定，會引起集熱管承受壓力和溫度不均勻性導致集熱管的變形。另外由于槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)幾何聚光比低、集熱溫度不高等條件的制約，導致最終發(fā)電系統(tǒng)熱轉功的效率低，通常在35%左右。

2 塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)

塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)利用在發(fā)電站中安裝成千上萬面可以將太陽光反射到特定位置的定日鏡，每面定日鏡都配有自動跟蹤的結構并獨立進行跟蹤太陽所在位置，而每天定日鏡都通過反射將太陽光反射到塔頂部的集熱器[2]。當塔頂部的接收器接收到的聚光倍率達到一定倍率后，其會將吸收到的太陽光轉化為熱能，加熱后的傳熱工質進入熱動力機并帶動發(fā)電機進行發(fā)電，這使得熱能最終轉化為電能，塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的傳熱工質可以是空氣、水/蒸汽或是熔鹽等[3]。相對于傳統(tǒng)火力發(fā)電電站，塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)的一次投資費用較貴，但運行成本卻很低，同時搭配蓄熱系統(tǒng)或其他化石燃料發(fā)電模式，可以提供較平穩(wěn)的電力輸出。

塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的主要不足是當定日鏡場的集熱功率增大時，定日鏡場的集熱效率會隨之降低，有關實驗表明，單塔的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)大型化后，由反射鏡反射到目標焦點上的聚光率只有82.1%，所以為了體改聚光率，只能從跟蹤精度和可靠度方面進行提高。

3 碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)

碟式太陽能熱發(fā)電是通過雙軸驅動跟蹤裝置來驅動碟式聚光器，拋物面反射鏡面將太陽輻射聚焦到焦點處的集熱器上，然后利用布雷頓循環(huán)將熱能傳給熱傳導工質并使之受熱汽化，產生蒸汽后驅動發(fā)電機工作產生電能，其光學轉化效率最高可達90%。碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)具有結構緊湊、可與其他能源進行混合發(fā)電及占地面積小等優(yōu)點，可針對分布式供電需求單機成小群組分布式安裝，離網運行。

4 太陽能熱發(fā)電技術展望

總體上來說，太陽能熱發(fā)電處于產業(yè)化起步階段，其發(fā)電成本高制約了此技術不能大規(guī)模進行應用。首先，太陽能能流密度低，需要大量的光能反射裝置和熱量接收裝置，成本占據電站投資的一半左右。其次，太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率低，凈發(fā)電效率不超過15%，較低的發(fā)電效率需要更多的聚光集熱裝置，進而增加了投資成本。最后，太陽能熱發(fā)電不能24h運行，需加入儲熱裝置，增加成本。因此，太陽能熱發(fā)電需要政策的支持，政府應該在某些太陽能輻射好的地區(qū)，推動一批示范性工程項目，并給與相關企業(yè)優(yōu)惠政策；為了減小生產成本，可以鼓勵配套產業(yè)發(fā)展。

參考文獻

[1] 陳昕，范海濤.太陽能光熱發(fā)電技術發(fā)展現狀[J].能源與環(huán)境，2012（1）：36-39.

[2] 楊勇平，朱勇，翟融融.塔式太陽能輔助燃煤發(fā)電系統(tǒng)太陽能貢獻度研究[J].華北電力大學學報，2012，43（3）：56-64.

[3] 漢京曉，楊勇平，侯宏娟.太陽能熱發(fā)電的顯熱蓄熱技術進展[J].可再生能源，2014，32（7）：901-905.