塔式光熱發電技術發展現狀及前景

李遠芝 王 遠（西南林業大學機械與交通學院 昆明 650224）

塔式光熱發電技術發展現狀及前景

李遠芝 王 遠
（西南林業大學機械與交通學院 昆明 650224）

本文主要介紹塔式光熱發電原理，并與另外三種光熱發電方式特點進行了對比。介紹了美國的Ivanpah電站，西班牙的PS10、PS20以及GemaSolar電站、2016年2月剛投入運營的南非Khi Solar One塔式電站、新月沙丘電站以及中國中控德令哈50MW一期10MW項目。最后闡述了塔式熱發電技術的發展前景。

光熱發電 塔式熱發電 能源戰略 新能源

太陽能熱發電是利用聚光太陽能集熱器把太陽能輻射能聚集起來，加熱工質推動原動機發電的一項太陽能利用技術。按太陽能采集方式不同，主要分為塔式、槽式、碟式、線性菲涅爾式四種。其中，塔式太陽能光熱發電以其在規模化、光電轉化效率以及投資成本等多方面具有槽式、蝶式以及線性菲涅耳式等難以媲美的綜合優勢，而具有更好的發展前景，目前各國都越來越關注塔式光熱發電技術的發展和研究。［1］

一、塔式光熱發電技術介紹

1.基本原理

塔式系統主要由多臺定日鏡組成定日鏡場，將太陽能反射集中到鏡場中間高塔頂部的高溫接收器上，轉換成熱能后，傳給工質升溫，經過蓄熱器，再輸入熱力發動機，驅動發電機發電。塔式光熱發電系統由聚光子系統，集熱子系統，發電子系統，蓄熱子系統，輔助能源子系統五個子系統組成。其中，聚光子系統與集熱子系統為其組成核心技術。

2.塔式光熱發電的優勢

由于槽式聚光器的幾何聚光比低及集熱溫度不高，使得拋物槽式太陽能光熱發電系統中動力子系統的熱轉功效率偏低，通常在35%左右。因此，單純的拋物槽式太陽能光熱發電系統在進一步提高熱效率、降低發電成本方面的難度較大；線性菲涅爾式太陽能熱發電系統效率不高；碟式太陽能熱發電系統單機規模受到限制，造價昂貴。與另外三種光熱發電方式相比，塔式塔式太陽能熱發電系統可通過熔鹽儲熱，且具有聚光比和工作溫度高、熱傳遞路程短、熱損耗少、系統綜合效率高等特點，可實現高精度、大容量、連續發電，是最為理想的發電方式。

二、太陽能光熱發電發展現狀

日前，全世界已建成十余個塔式太陽能光熱發電試驗示范電站。代表性的塔式光熱電站有美國的Ivanpah電站，西班牙的PS10、PS20以及GemaSolar電站、2016年2月剛投入運營的南非Khi Solar One塔式電站、新月沙丘電站。我國光熱發電技術研究起步相對較晚，目前沒有投入運營的商業電站，截止至目前為止， 僅有幾個示范項目。我國具有代表性的示范項目為德令哈50MW項目的 一期10MW項目。［2］

1.美國Ivanpah太陽能熱發電站

Ivanpah發電站位于加利福尼亞的Mojave 沙漠，占地面積為14.2萬平方千米，項目總規劃容量為392MW，占全美太陽能發電總量的30%。可滿足14萬戶用戶用電需求，每年減少40萬噸二氧化碳排放。最終因天氣問題及初期設備運轉問題導致發電量達不到預期。

2 .西班牙PS10&20塔式電站

西班牙PS10和PS20塔式電站阿本戈開發，2007年西班牙11MW 的PS10電站投入運行，標志著塔式光熱發電技術進入商業化示范階段；2009年4月，PS20并網發電，成為當時世界上最大規模的塔式電站。均已投運。其中，西 班牙PS10塔式電站容量為11MW，西班牙PS20塔式電站的容量為20MW，兩者均配一小時蒸汽儲熱，采用的定日鏡的尺寸均為120 平方米。

3.西班牙Gemasolar太陽能熱電站

西班牙Gemasolar塔式熔鹽電站位 于塞維利亞，由Torresol Energy開發，于2011年5月竣工，同年10月投運，總投資2.3億歐元，占地面積195公頃裝機容量20MW，帶15小時儲熱，可24小時發電，是全球首個可24小時持續發電的太陽能電站。

4.南非Khi Solar One塔式電站

南非Khi Solar One塔式電站是南非第一個實現商業化運行的大規模塔式光熱電站，于2016年2月5 日并網投運。Khi Solar One塔式電站控制系統為施耐德電氣的DCS控制系統，空冷系統采用SPX公司空冷系統，共計安裝了約4530套定日鏡，采用Rioglass南非工廠生產的超薄微弧平面反射鏡單臺定日鏡，采光面積約120平方米，總采光面積約576800平方米。屬于南非可再生能源獨立發電采購計劃REIPPPP計劃第一階段兩大光熱發電項目之一，此塔式光熱電站的投運標志著REIPPPP計劃第一階段的光熱發電項目全部完成。

5.新月沙丘電站

熔鹽型塔式電站地點在美國內華達州，2016年2月正式并網發電，該電站采用先進的塔式熔鹽技術，并搭配10小時的儲熱系統，實現110MW的滿功率輸出，是全球裝機規模最大的塔式熔鹽光熱電站。熔鹽型塔式電站可以滿足75000個家庭的用電需求，首次在百兆瓦級規模上成功驗證塔式熔鹽技術的可行性。

6.中控德令哈10MW塔式熔鹽項目

中控德令哈50MW塔式熔鹽項目一期10MW項目由中控太陽能技術有限公司投資建設，定日鏡單體面積2平方米，總共29000臺，于2011年啟動，是我國首座大規模應用的太陽能熱發電站。項目采用企業自主研發的技術及裝備，定日鏡聚光精度均值小于2mrad，可抗八級大風與零下30度低溫環境，對我國塔式太陽能熱發電聚光集熱技術、發電技術、系統集成、工程及國產化裝備制造能力等方面起到了重要的示范作用。［3］

三、塔式光熱發電技術發展前景

太陽能光熱發電方式具有與現有電網匹配性好、光電轉化率高、可連續穩定和調峰發電的能力、發電設備生產過程綠色環保等其他發電方式不可比擬的優勢，因此成為近年來新能源領域開發應用的熱點，各國都出臺了相應的經濟扶持和激勵政策，全球總裝機規模持續上升，呈現出一種蓬勃發展的景象。

太陽能光熱發電技術在未來的研發和應用中，將朝著“高參數、大容量、連續發電”這三個技術方面發展。塔式太陽能熱發電可以采用熔巖儲熱，可以實現隨時取用的功能，并且隨著電站規模的擴大，成本能夠進一步降低，是大型太陽能發電中前景最好的發電形式。總得來說太陽能熱發電技術將會向著低成本、大規模的塔式光熱發電方向快速發展，將在人類未來的能源結構中占有舉足輕重的地位。

［1］李瓊慧.太陽能光熱發電發展現狀與市場前景［J］.電器工業，2011（8）：28-31.

［2］黃裕榮，侯元元，高子涵.國際太陽能光熱發電產業發展現狀及前景分析［J］.科技和產業，2014（9）:54-56.

［3］陳 昕，范海濤.太陽能光熱發電技術發展現狀［J］.能源與環境，2012（1）:90-92.