太陽能光熱發電類型分析與發展趨勢展望

李文通

摘 要：發展太陽能技術進行發電是當前節能減排、開發新能源以及保護生態環境的重要途徑，而光熱發電作為太陽能發電模式之一，已經越來越被人們所熟知、所重視。鑒于此，文章詳細闡述了太陽能光熱發電的主要類型，在此基礎上針對太陽能光熱發電技術的發展進行了展望。

關鍵詞：太陽能；光熱發電；類型；展望

通過太陽光來進行發電，不但能夠有效保護廣大人類的生存空間，同時能夠有效節約極為有限的各種資源，為世界各國能源實現可持續發展做出巨大的貢獻，對于我國這種能源大國而言自然也不例外。我國當前西北區域仍然大片的未利用土地，比如廢棄鹽堿地、荒漠、戈壁灘以及沙地等，在這些區域上面建設太陽能光熱發電廠，不但能夠將太陽能充分利用起來，為廣大居民提供良好的電力，同時也能夠對周邊區域的群眾進行供暖。太陽能作為一種綠色、清潔的可再生資源，其屬于今后低碳社會發展的理想能源之一，同時也屬于未來最持久、最理想、最綠色、最安全、最可靠、最合適的替代能源，針對太陽能光熱發電技術研究具有十分重要的現實意義與經濟意義[1]。

1 光熱發電主要類型分析

1.1 槽式太陽能發電系統

所謂槽式太陽能發電系統，其全稱為槽式拋物面反射鏡太陽能熱發電系統，其主要是把若干個槽型拋物面聚光集熱器實施串并聯形式的排列，通過太陽能來針對熱管當中的工質進行加熱，使得內部生成高溫蒸汽，以此來推動汽輪機發電機組來實現發電的功能。

槽式太陽能聚光系統的聚光比通常在10～100之間，其以油為導熱流體（工質）的聚熱溫度最高能夠到達400℃，而以混合硝酸鹽（工質）為導熱流體最高能使集熱溫度達到550℃，相對來說，后面這種方式的發電效率顯然較高[2]。除此之外，因為太陽光照存在時間不均勻的特征，這就需要應用其他染料亦或是構建蓄熱系統來進行有效的補充。

1.2 線性菲涅耳反射器系統

最近幾年以來，線性菲涅耳反射器系統開始逐漸興起，這種系統主要是從最早的槽式太陽能發電系統不斷改進優化后研發的。線性菲涅耳反射聚光器主要包括跟蹤裝置、反射鏡場以及接收器這三個部分。所謂主反射鏡場，其主要是依靠若干個平面鏡條共同組成的一種平面鏡陣列，平面鏡自身的轉動軸（長軸）處在相同的平面中，通過跟蹤裝置的設定，使得平面鏡能夠繞著轉動軸進行轉動，達成跟隨太陽轉動的目標。當平面鏡接受的發射光聚集在接收器的受光口以后，而接收器則主要接受主反射鏡當中的反射光，通過針對吸收鋼管流動工質進行加熱，就能夠將光熱轉化成熱能。線性菲涅耳反射器系統主要是利用菲涅耳結構當中的聚光鏡來代替傳統的拋物面鏡，而其結構當中的集熱管也具備二次反射的作用，聚光效率能夠達到常規拋物面型集熱器的3倍左右，而建設費用則能夠減少一半[3]。

1.3 塔式太陽能發電系統

塔式太陽能發電系統主要包括發電系統、主控系統、蓄熱槽、接收器以及定日鏡群這幾個結構。通過在地面上建設一定數量的定日鏡（自動跟蹤太陽進行轉動的球面鏡群），而在這個定日鏡群當中選擇合適的位置構建一座高塔，在高塔的定點位置建設接收器，下面的定日鏡群能夠讓太陽光匯聚成點狀，集中照射到鍋爐上面，能夠讓接收器當中的傳熱介質到達對應的溫度，同時利用管道傳遞到地面的蒸汽發生器，生成高溫蒸汽，最終實現發電的目的。相較于槽式太陽能發電系統而言，塔式太陽能發電系統的聚光比要更高，一般為300～1500之間，而運行溫度也達到了1000～1500℃之間。塔式太陽能發電系統當中，接收器是至關重要的部分，依照導熱介質的類型，現在主要包含空腔型與外部受光型。

1.4 碟式太陽能發電系統

碟式太陽能發電系統又可以稱為盤式太陽能發電系統，其屬于世界上最早開發的太陽能動力系統。其主要是由若干個鏡子共同組成的拋物面反射鏡構成，通過接收在拋物面當中的焦點，具有非常高的聚光比，通常都能夠達到3000以上，在焦點位置生成的溫度非常高，通?？梢赃_到750～1500℃之間，所以碟式太陽能發電系統具有非常高的熱機效率。最近幾年以來，碟式太陽能發電系統的發展主要集中在開發單位功率質量比更小的空間電源。相較于許多光伏發電系統而言，盤式太陽能熱發電系統具備運行費用低、氣動阻力小以及發射質量小等優勢。

與槽式發電系統的區別在于，碟式太陽能發電系統當中的熱點轉化裝置通常都是應用斯特林機來當作原動機。而斯特林機屬于一種活塞式的外染機，在內部分別配有一個動力活塞與一個配氣活塞。通過在氣缸側壁位置設置連接配氣活塞上下室的旁路，而內部的循環工質則充分利用這個旁路來分別在配氣活塞上下室進行交替式的運動。

2 光熱發電的發展趨勢展望

太陽能光熱發電技術（CSP技術），在今后的研究與發展當中，必然朝著持續發電、高參數、大容量的趨勢發展，即未來的研發工作，高參數主要指的是熱點轉換效率高、聚光比高以及運行溫度高。所以CSP技術必須要在太陽能熱電轉換、高熱流密度下的傳熱、高精密度跟蹤控制系統以及高反射率高精度發射鏡等關鍵設施與技術方面進行科研，不斷增大研究的力度。大容量指的是發電規模必須要大，要盡可能實現GM級的發電水平，必須要通過在單位發電成本與攤薄投資成本實現突破，逐漸能夠形成與火力發電成本進行價格競爭的水平。發電持續性指的是提升光熱發電技術的儲熱能力?，F階段的儲熱介質主要包含熔融鹽、蒸汽以及導熱油等，在這當中熔融鹽具有最佳的儲熱能力?，F階段，西班牙Andasol 1電站當中所采用的熔融鹽最高能夠存儲7.5h發電量的熱量，而西班牙Andasol 電站與意大利Archimede電站最高能夠實現儲存15h發電量的熱量[4]。隨著蓄熱技術的不斷發展，其已經能夠保證光熱發電站能夠有效應對天氣陰晴變化與走也變化，其持續性與穩定性都得到了有效的保障。

從我國當前的狀況來看，隨著我國對于可再生能源研發工作的不斷重視，光熱發電技術在我國最近幾年發發展非常迅速，我國工程熱物理所、科學院電工研究所等各個科研機構與許多太陽能企業已經在著手進行太陽能光熱發電技術方面的研發工作?，F階段，我國科學家已經針對槽式聚光單元、碟式發電系統以及塔式發電系統等進行了深入的研發，并且已經有效掌握了一些太陽能光熱發電方面的核心技術，相信不久的將來，我國從系統設計、基本材料以及主機設施集成的太陽能光熱發電產業鏈必然能夠獲得長足的進展。此外，特高壓電網建設早就已經列入我國電網“一二五”規劃，在2015年就能夠構建一條從西部、西北到華北、華東、華南的“三縱三橫”跨區域特高壓線路，從而有效保證我國西北區域的光熱電站能夠將自身的電力輸送至東南部地區。

3 結束語

我國是能源需求大國，針對太陽能光熱發電技術進行研究是我國實現可持續發展的重要保證。從宏觀的層面來看，光熱發電產業鏈非常產，其對于相關產業也能夠產生巨大的帶動作用，不僅能夠促進汽輪發電機、儲熱材料、鍋爐、反光鏡以及集熱管等各種能源行業設施的進一步發展，同時也能夠有效推動水泥、玻璃以及鋼材等各個產業的發展，其對于我國整個經濟社會的發展至關重要。

參考文獻

[1]韓雪冰，魏秀東，盧振武，等.太陽能熱發電聚光系統的研究進展[J].中國光學，2011，4（3）：233-239.

[2]張明寶，張春偉，唐卉.淺析太陽能光熱發電技術的發展[J].鍋爐制造，2011（6）：145-146.

[3]舒悅，許強，胡巧巧.基于太陽能熱發電儲熱方案的研究[J].科技傳播，2011（4）：311-312.

[4]范兵，陳步亮.太陽能槽式熱發電技術綜述[J].電源技術應用，2010（4）：215-216+207-208.endprint