太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)探究及其展望

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(jīng)濟(jì)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(shù)主要是利用太陽光聚熱進(jìn)行發(fā)電。本文主要對太陽能光熱發(fā)電技術(shù)的進(jìn)行了相關(guān)的分析，并同時詳細(xì)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(shù)進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：光熱發(fā)電 槽式 塔式 碟式

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

隨著全球環(huán)境保護(hù)的日趨強(qiáng)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(chǎn)結(jié)構(gòu)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(jīng)成為制約我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的兩大問題，因此提倡優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，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(diǎn)或一條線上并獲得大量的熱能，再通過轉(zhuǎn)換把熱能變?yōu)楦邷馗邏赫羝M(jìn)而驅(qū)動汽輪機(jī)發(fā)電。與光伏發(fā)電相比，太陽能熱發(fā)電技術(shù)更為節(jié)能環(huán)保，用物理的方式進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。當(dāng)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(shù)尚未成熟，進(jìn)一步優(yōu)化電站設(shè)計(jì)、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(jìn)而對管內(nèi)的傳熱流體進(jìn)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(jìn)行發(fā)電。其中反射鏡一般由玻璃制造，背面鍍銀并涂保護(hù)層，可以將數(shù)個集熱器串聯(lián)或并聯(lián)，達(dá)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(dǎo)熱油，但導(dǎo)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(zhuǎn)化為高溫高壓的水蒸汽進(jìn)行做功發(fā)電，但使用水作為傳熱流體則由于管道內(nèi)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(dǎo)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(dǎo)致最終發(fā)電系統(tǒng)熱轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)并獨(dú)立進(jìn)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(dāng)塔頂部的接收器接收到的聚光倍率達(dá)到一定倍率后，其會將吸收到的太陽光轉(zhuǎn)化為熱能，加熱后的傳熱工質(zhì)進(jìn)入熱動力機(jī)并帶動發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，這使得熱能最終轉(zhuǎn)化為電能，塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的傳熱工質(zhì)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(fèi)用較貴，但運(yùn)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(dāng)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(guān)實(shí)驗(yàn)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(biāo)焦點(diǎn)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(jìn)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(qū)動跟蹤裝置來驅(qū)動碟式聚光器，拋物面反射鏡面將太陽輻射聚焦到焦點(diǎn)處的集熱器上，然后利用布雷頓循環(huán)將熱能傳給熱傳導(dǎo)工質(zhì)并使之受熱汽化，產(chǎn)生蒸汽后驅(qū)動發(fā)電機(jī)工作產(chǎn)生電能，其光學(xué)轉(zhuǎn)化效率最高可達(dá)90%。碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、可與其他能源進(jìn)行混合發(fā)電及占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，可針對分布式供電需求單機(jī)成小群組分布式安裝，離網(wǎng)運(yùn)行。

4 太陽能熱發(fā)電技術(shù)展望

總體上來說，太陽能熱發(fā)電處于產(chǎn)業(yè)化起步階段，其發(fā)電成本高制約了此技術(shù)不能大規(guī)模進(jìn)行應(yīng)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(jù)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(jìn)而增加了投資成本。最后，太陽能熱發(fā)電不能24h運(yùn)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(yīng)該在某些太陽能輻射好的地區(qū)，推動一批示范性工程項(xiàng)目，并給與相關(guān)企業(yè)優(yōu)惠政策；為了減小生產(chǎn)成本，可以鼓勵配套產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳昕，范海濤.太陽能光熱發(fā)電技術(shù)發(fā)展現(xiàn)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(xiàn)度研究[J].華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，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(shù)進(jìn)展[J].可再生能源，2014，32（7）：901-905.