中廣核新能源投資（深圳）有限公司新疆分公司 劉亮山 劉彥攀 郭 海 魏育攀

隨著社會(huì)快速發(fā)展以及經(jīng)濟(jì)水平日益提高，化石燃料的過(guò)度開采和使用，使得地球生存環(huán)境越來(lái)越惡劣。太陽(yáng)能的研究與使用，可以在一定程度上緩解上述問題的發(fā)生。由于當(dāng)前世界能源形勢(shì)緊張，太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)將會(huì)成為一個(gè)嶄新的技術(shù)手段，代替了傳統(tǒng)的化石燃料發(fā)電技術(shù)。

1 太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀

由于人們物質(zhì)生活水平的提升，對(duì)電力的需求量也越來(lái)越高。雖然傳統(tǒng)的電力能源大多使用火力發(fā)電，但由于對(duì)環(huán)境的日益污染、不可再生能源的減少，傳統(tǒng)的電能源已無(wú)法滿足人們的需求，如何利用可再生資源則是人們當(dāng)前十分關(guān)心的問題，因此太陽(yáng)能的發(fā)展勢(shì)在必行。此外，傳統(tǒng)火力發(fā)電所產(chǎn)生的危害較大，火力發(fā)電要消耗大量的煤炭，而焚燒所產(chǎn)生的二氧化碳和硫黃氧化分解物會(huì)污染環(huán)境。

太陽(yáng)能作為一種綠色能源，儲(chǔ)量大、環(huán)保、潔凈，且對(duì)自然環(huán)境友好。太陽(yáng)能發(fā)電重點(diǎn)是依靠太陽(yáng)光照獲取能量，并通過(guò)技術(shù)轉(zhuǎn)化為電能以供人們使用。與傳統(tǒng)的發(fā)電模式相比，太陽(yáng)能有著較多優(yōu)勢(shì)：一是太陽(yáng)能是綠色能源，資源豐富，且屬于可再生資源；二是太陽(yáng)能不會(huì)對(duì)人類、動(dòng)物或自然環(huán)境造成影響；三是太陽(yáng)能發(fā)電不受地域的限制；四是能源的獲取所耗費(fèi)的時(shí)間短[1]。

2 太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)類型分析

2.1 光伏發(fā)電技術(shù)

光伏科技是指可通過(guò)把太陽(yáng)光的放射能轉(zhuǎn)化為能源的發(fā)電科技。其重點(diǎn)運(yùn)用的原理是通過(guò)半導(dǎo)體技術(shù)形成PN結(jié)的光生伏特效果。在光伏發(fā)電實(shí)踐中，主要利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽藭r(shí)需要投放并使用的關(guān)鍵元件為太陽(yáng)能電池。在對(duì)投放的太陽(yáng)能電池實(shí)施串聯(lián)處理的條件下，結(jié)合封裝，可以構(gòu)建起實(shí)際面積相對(duì)較大的太陽(yáng)能電池組件，配合功率控制器等部件的引入與使用功能，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電裝置的構(gòu)建。對(duì)于光伏發(fā)電而言，該技術(shù)的應(yīng)用并不會(huì)受到地域條件的嚴(yán)重制約，且系統(tǒng)安全可靠性、綠色環(huán)保性理想，實(shí)際建設(shè)周期也相對(duì)較短，有著極高的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。光伏發(fā)電中，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的原理如圖1所示。

太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)中，太陽(yáng)能電池板是關(guān)鍵組成部分，太陽(yáng)能電池板將直接決定整個(gè)體系的發(fā)電效果與生產(chǎn)成本，其材料種類、發(fā)電效果與特性都具有一定差異。

2.2 光熱發(fā)電技術(shù)

光熱發(fā)電技術(shù)主要是運(yùn)用太陽(yáng)光傳感的反射及折射機(jī)理，使太陽(yáng)光能集中在點(diǎn)及線上，再利用集熱器收集及保存太陽(yáng)光的熱量，然后利用熱能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)把熱能輸送給流體運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而形成高溫蒸氣，再帶動(dòng)渦輪或發(fā)電機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)，最后形成電力（如圖2所示）。

當(dāng)前，我國(guó)使用光熱發(fā)電技術(shù)進(jìn)行發(fā)電站建設(shè)的典型案例為青海德令哈高原上的50MW熔鹽塔式光熱電站。對(duì)于該熔鹽塔式光熱電站而言，其中所投放應(yīng)用的熔鹽與人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ?、常用的鹽有著較為明顯的區(qū)別，熔鹽塔式光熱電站內(nèi)使用的熔鹽為液態(tài)的鹽，是一種可以高溫傳熱蓄熱的介質(zhì)，依托這種熔鹽的投放與使用，能夠達(dá)到有效儲(chǔ)存熱能的效果，進(jìn)而用來(lái)發(fā)電，此時(shí)所產(chǎn)生的實(shí)際發(fā)電成本保持在相對(duì)較低的水平。

將熔鹽塔式光熱電站設(shè)置為塔式結(jié)構(gòu)，主要是因?yàn)槿埯}塔式光熱電站中間設(shè)有集熱塔。熔鹽塔式光熱電站的實(shí)際發(fā)電過(guò)程：首先在集熱塔周圍布置一定數(shù)量的定日鏡，將集熱塔設(shè)定為吸熱器的存在基礎(chǔ)，而定日鏡則設(shè)定為太陽(yáng)能接收者。其次依托定日鏡，促使太陽(yáng)光反射到集熱塔頂?shù)奈鼰崞魃?，液態(tài)熔鹽流進(jìn)吸熱器的管道并吸收熱量，用攜帶熱量的熔鹽，通過(guò)蒸汽發(fā)生系統(tǒng)與水作熱交換，產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽，進(jìn)而推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。

2.3 熱風(fēng)發(fā)電技術(shù)

熱風(fēng)發(fā)電技術(shù)俗稱為“煙囪發(fā)電”，主要運(yùn)用了空氣熱動(dòng)力學(xué)原理。當(dāng)壓縮空氣從封閉的環(huán)境中通過(guò)陽(yáng)光輻射后，容積逐漸擴(kuò)大，壓力變化越來(lái)越大，從而產(chǎn)生大量加熱氣體，并推動(dòng)機(jī)組發(fā)電。該熱風(fēng)水力發(fā)電體系可以進(jìn)一步細(xì)分出儲(chǔ)煙筒、集火棚、蓄電層和渦輪機(jī)組4個(gè)部分。太陽(yáng)能光照射在集熱棚的同時(shí)將熱能貯存于蓄電層中。內(nèi)部空氣受熱而膨脹，容積變大，密度減小，內(nèi)部壓力差上升。再利用集熱棚中的煙筒，通過(guò)加大內(nèi)部壓力差，從棚中產(chǎn)生的強(qiáng)大氣體推動(dòng)煙筒底部軸流式燃?xì)鉁u輪風(fēng)力發(fā)電設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)從太陽(yáng)能到電力的轉(zhuǎn)化（如圖3所示）[2]。

2.4 太陽(yáng)池發(fā)電技術(shù)

太陽(yáng)池發(fā)電技術(shù)也開創(chuàng)了太陽(yáng)能研究與使用的另一種途徑。因?yàn)樘?yáng)能池實(shí)際就是鹽池，其底層溶液的鹽分自上而下地逐步提高，直到完全飽和。在這種梯度平衡的狀況下可以更好地積累熱能，同時(shí)減少了對(duì)流散熱問題，使基底的溶液長(zhǎng)期處于高溫狀態(tài)。太陽(yáng)池發(fā)電體系是利用池底的高溫水溶液為主要熱源，再利用熱交換器加溫介質(zhì)，進(jìn)而驅(qū)使汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行（如圖4所示）。

由于太陽(yáng)池發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，所以建設(shè)成本相對(duì)較低，對(duì)周圍的環(huán)境光照強(qiáng)度需求也不高。但由于太陽(yáng)能電池用地面積大，而且可以全水平設(shè)置。如果太陽(yáng)能電池發(fā)生了滲漏現(xiàn)象，會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染和熱損，所以建設(shè)工藝條件要求嚴(yán)格。

3 新能源太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)應(yīng)用

3.1 光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用

當(dāng)前，國(guó)際市場(chǎng)上以及國(guó)內(nèi)市場(chǎng)都面臨著光伏組件產(chǎn)品價(jià)格大幅下降的現(xiàn)狀，由于歐美發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的補(bǔ)貼大幅降低，由此導(dǎo)致了在全球范圍內(nèi)的市場(chǎng)中太陽(yáng)能蓄電池，以及組件都存在著生產(chǎn)能力過(guò)?，F(xiàn)狀。而由于初始投入的技術(shù)條件不同，在地面光伏發(fā)電系統(tǒng)建造中的成本投入一般也有所不同，如果地面光伏發(fā)電系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)模較大，則其成本投入一般較低[3]。

3.2 光熱發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用

光熱發(fā)電場(chǎng)的成本投入是不同的，主要是基于對(duì)發(fā)電站規(guī)模、光照條件的要求和人力價(jià)格。通常而言，初始投入條件的不同，也會(huì)使得在光熱發(fā)電站度電的成本與投入條件產(chǎn)生巨大差距。光熱發(fā)電工程一般都是用在公共服務(wù)中，因此光熱發(fā)電的資金投入門檻條件也較高，雖然國(guó)家有相關(guān)資金補(bǔ)助政策，但因?yàn)楣鉄岚l(fā)電的投資需求量較大，所面臨的經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)也較高，因此目前政府財(cái)政補(bǔ)貼力度仍然力不從心，這也是造成我國(guó)目前光熱發(fā)電發(fā)展速度緩慢的主要因素所在，制約著光熱發(fā)電的發(fā)展。

3.3 熱風(fēng)發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用

熱風(fēng)發(fā)電技術(shù)是指通過(guò)構(gòu)建太陽(yáng)能熱氣流發(fā)電站生產(chǎn)電能的一項(xiàng)技術(shù)。其利用了太陽(yáng)能照明的日照波動(dòng)顯著、能量密度低等特征，該特征一直以來(lái)也是研究太陽(yáng)能運(yùn)用遇到的阻礙因素。太陽(yáng)光熱氣流發(fā)電能量直接來(lái)源于可再生，而且用之持續(xù)不斷的太陽(yáng)光輻射能，可生產(chǎn)低廉、無(wú)環(huán)境污染的電能；生產(chǎn)電能時(shí)無(wú)需消耗水，可以將設(shè)施布置于一些荒蕪空曠土地上，如沙漠地區(qū)，因而該項(xiàng)技術(shù)適合應(yīng)用在光照較強(qiáng)且缺水的地區(qū)。

太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電廠通常建立在空曠地或閑置的農(nóng)田上，所以太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電技術(shù)尤其適用于中國(guó)廣袤的西部地區(qū)，推動(dòng)著西部開發(fā)進(jìn)步，貢獻(xiàn)出技術(shù)價(jià)值。該技術(shù)的設(shè)計(jì)頗為簡(jiǎn)易，且施工建設(shè)的材料一般只需鋼材、水泥以及玻璃等材料，建成的氣流發(fā)電站運(yùn)行可靠性較強(qiáng)，只需配置渦輪機(jī)設(shè)備就能正常發(fā)電。

太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電廠不消耗化石燃料，通過(guò)替代同等規(guī)格的生物燃料電廠既可降低二氧化硫、二氧化碳等氣體的排放量，還能夠利用溫室效應(yīng)綠化自然環(huán)境，通過(guò)改變天氣條件，調(diào)節(jié)大氣環(huán)境，就能夠具備更多社會(huì)效益。發(fā)電廠的設(shè)施技術(shù)性簡(jiǎn)單，在維修方面較便捷，且投資較少。目前，新能源領(lǐng)域中利用太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電較為常見，對(duì)于部分地區(qū)的空氣污染情況該技術(shù)運(yùn)用也取得了一定成果[4]。

3.4 太陽(yáng)池發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用

太陽(yáng)池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便，資金投入少，尤其是在擁有大量鹽資源的地方也是如此，太陽(yáng)能可以長(zhǎng)時(shí)蓄熱，能夠全年提供低電阻形式熱水資源，且性能較為穩(wěn)定，適合大面積使用，越來(lái)越引起全球各地的關(guān)注。該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展已有多年，并且當(dāng)前正朝著更為實(shí)用、經(jīng)濟(jì)以及多元的方向變化發(fā)展。目前，根據(jù)傳統(tǒng)鹽水太陽(yáng)能池在運(yùn)用中出現(xiàn)的問題，給出了新型太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)模型。由最初的基于鹽梯度溶液的單一化太陽(yáng)池，逐步變成了多種類型淡水組成的太陽(yáng)池、高分子液態(tài)介質(zhì)太陽(yáng)池，傳熱方法也獲得了改進(jìn)與提高。

有關(guān)太陽(yáng)池理論方面的研究，當(dāng)前正與計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)證研究的融合也越來(lái)越密切，從原來(lái)的一維模型逐漸發(fā)展到了二維，模型也越來(lái)越完備。尤其分析了各種影響太陽(yáng)能池運(yùn)用的各種因素，相關(guān)研究可以為太陽(yáng)池的實(shí)踐性運(yùn)用提供良好基礎(chǔ)。在太陽(yáng)能池的實(shí)際運(yùn)用方面，目前太陽(yáng)能池發(fā)電技術(shù)仍呈現(xiàn)逐漸停滯態(tài)勢(shì)；但仍舊廣泛運(yùn)用在了養(yǎng)殖水產(chǎn)、供暖以及工業(yè)制鹽等領(lǐng)域，且獲得了明顯成果。同時(shí)，當(dāng)前太陽(yáng)能池的鹽濃度、溫度以及輻射穿透度等相關(guān)參數(shù)的檢測(cè)方法也越來(lái)越多，準(zhǔn)確性也在逐步提升。

太陽(yáng)池將被譽(yù)為未來(lái)能夠大量生產(chǎn)和長(zhǎng)期儲(chǔ)存太陽(yáng)光的較好使用前景的低溫?zé)嵩囱b置，因此可以預(yù)料，隨著試驗(yàn)方法和理論分析得深入完善，太陽(yáng)池將成為最具競(jìng)爭(zhēng)性的太陽(yáng)可替代燃料的設(shè)備之一，并具有一定發(fā)展前景。我國(guó)鹽資源富集，具有了發(fā)展太陽(yáng)光池的良好條件，如果進(jìn)一步發(fā)展太陽(yáng)光池技術(shù)，必將為提高我國(guó)經(jīng)濟(jì)效益而發(fā)揮積極影響。

4 太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的展望

從研究條件分析，太陽(yáng)能發(fā)電重要研究區(qū)域應(yīng)當(dāng)處于太陽(yáng)能資源相對(duì)較好的位置，能夠在中國(guó)沙漠地帶建設(shè)若干沙漠電廠，研究發(fā)展?jié)摿^大，我國(guó)目前適宜建立沙漠電場(chǎng)區(qū)域大多集中在西北部沙漠地帶。同時(shí)，還可能將其設(shè)置在屋頂上，目前的屋頂面積利用率大，如果在屋頂與太陽(yáng)能系統(tǒng)電網(wǎng)末端直接接通，則不會(huì)考慮到熱輸送影響，但由于城市太陽(yáng)輻射相對(duì)較小，所以發(fā)電效益和荒漠地區(qū)相比較低。

2020年，我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)已基本完善，并逐漸開始進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，且太陽(yáng)光電池的生產(chǎn)成本也明顯降低，在一定程度上增強(qiáng)了太陽(yáng)能發(fā)電市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。從未來(lái)發(fā)展方向考慮，2020—2030年太陽(yáng)能發(fā)電將基本步入到大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)期，預(yù)計(jì)此階段的國(guó)家政府扶持政策可能會(huì)逐步減少或者停止。2030—2050年太陽(yáng)能發(fā)電將基本步入到穩(wěn)定發(fā)展階段[5]。

綜上所述，太陽(yáng)能作為一種無(wú)污染的綠色能源，得到了人們的高度關(guān)注，而太陽(yáng)能發(fā)電科技的廣泛運(yùn)用也能夠發(fā)揮出太陽(yáng)光的優(yōu)越性，對(duì)環(huán)境的改變也有著重要的作用。