太陽能光熱發電技術發展現狀研究

戴佳栩 周姣

摘 要：能源短缺是當前世界各國面對的共同難題，近年來科研人員致力于研究如何充分利用可再生能源實現低成本、高效率的運行模式，其中太陽能光熱發電技術就是一項具有良好發展前景的研究熱點。本文對太陽能光熱發電技術進行了簡要介紹，并對其發展現狀和發展方向進行了分析，以期能為相關研究人員提供參考依據。

關鍵詞：太陽能光熱發電;分類;發展現狀;發展方向

我國長期以煤炭為能源產生的來源，這使得我國能源緊缺和環境污染問題日益加重，嚴重影響了我國可持續發展的進程。因此利用太陽能等可再生資源、優化我國能源結構是現階段正大力實行和推廣的環保舉措。太陽能光熱發電擺脫了對光照條件的依賴性，即使在夜晚弱光情況下也可以持續發電，并且依靠著與電網的高匹配度和輸出電能的高穩定度，成為了現代具有良好發展前景的研發項目之一。

一、太陽能光熱發電系統簡介

（一）光熱發電技術原理

太陽能光熱發電是通過聚熱器把太陽輻射的熱能采集起來并匯聚到聚熱裝置，對該裝置中的傳熱介質進行加熱，然后換熱的裝置利用熱量把水加熱成蒸汽，而這種具有高溫高壓特征的蒸汽能夠驅動汽輪機運轉、帶動發電機發電。上述光能向熱能、機械能、電能的轉化過程就是太陽能光熱發電技術的原理，從原理上來說與化石燃料的發電基本相同，不同的是光熱發電利用的是可再生且清潔的太陽能。

（二）太陽能光熱發電系統分類

太陽能光熱發電技術按集光形式可分為非集光型和集光型兩種。其中，非集光型是傳統的平板式，這種技術結構簡單且運行平穩，但是產生的溫度和效率都非常低【1】。本文主要探討三種常見的集光型光熱發電技術，即塔式光熱發電、槽式光熱發電以及碟式光熱發電。

1.槽式發電系統

槽式發電系統是一種線式聚焦集熱系統，也可以稱作槽式鏡像系統。它利用槽式拋物狀反射鏡把光輻聚焦到焦線上的集熱器中，將熱能轉化為電能。槽式聚光器可以跟蹤太陽輻射，產生中高溫的熱力。研究人員可以將其進行串并聯，使其發電容量無限續增。這種集熱裝置占地空間小，系統簡單便于維護，在現有的光熱發電站中，超過80%的都運用了這種技術。但槽式發電系統存在聚光比率較低、熱量損耗大等弊端。

2.塔式發電系統

塔式光熱發電系統內有著大規模的可以對太陽輻射進行追蹤的定日鏡陣列，能夠把熱輻射精確地傳射到高塔頂部的集熱器中，通過加熱介質產生的熱量一部分被存儲起來，另一部分用來發電，存儲起來的熱量可以在沒有陽光時繼續供電。塔式光熱發電系統產生的溫度比較高，聚光能力也較強，且在傳熱過程中的熱量損耗小，適合大規模生產，這也是近年來新建的光熱發電項目中塔式光熱系統數量明顯增多的原因。但是這種系統也存在前期投資成本高、系統復雜難維護以及占地空間大等缺點。

3.碟式發電系統

碟式發電系統是世界上最早發明的太陽能光熱發電系統，它的反射鏡是一種旋轉鏡面，可以將光輻射集中至一點上，這一點就是接收器的焦點。通過這一點對光熱輻射的接收，接收器內的傳熱介質可以被加熱至750攝氏度，可見聚光比和溫度都很高。但是這種系統存在著成本高、無法儲熱、設計復雜等缺點，比較適合應用于邊遠地區獨立的電站建設項目中。

二、太陽能光熱發電技術的發展現狀

（一）國外發展現狀

現階段歐美發達國家投建的太陽能光熱發電站效率更高，參數也更大。從18世紀八十年代開始，國外就有了對太陽能光熱發電的相關研究，直到20世紀初期這項技術在工業領域開始被運用。建于1985年的美國SEGS電站是目前國際上最大的太陽能光熱發電站，也是全球第一個商業槽式光熱發電站。該電站配備了9臺槽式發電系統，總裝機容量達到350MW。之后美國借鑒SEGS電站的實戰經驗，又建設了另一座槽式發電站，新建的這座發電站在運行效率和機組可靠性方面都有了明顯提升。按照國際能源目前的部署方案，全球各個國家應該采取槽式技術和塔式技術建設更多供能穩定的太陽能光熱發電站【3】。

（二）國內發展現狀

目前，中國的太陽能光熱發電項目集中在人口密度小且光照充足的地區。我國從20世紀七十年代開始研究太陽能光熱發電技術，但當時由于科技水平不足，很多技術難題得不到有效解決，導致太陽能光熱發電技術的研發進程過于緩慢。直到九十年代，在中科院電工所以及清華大學等高校的積極研究下，我國太陽能光熱發電技術才取得了比較可觀的發展成績。我國第一座槽式發電站建設在內蒙古的鄂爾多斯市，其總裝機容量是50MW，這座發電站的建立標志著我國太陽能光熱發電技術正式進入商業化道路。

隨著我國太陽能光熱發電技術的不斷提高，市場需求也在不斷上升。現今我國許多大型電力企業都在積極參與對太陽能光熱發電技術的研究，而且初步形成了產業鏈，目前以每年350MW至550MW的速度不斷增長。雖然中國的光熱發電技術距離國際領先水平還有一定的差距，但作為我國可再生能源研究領域的重要部分，光熱發電技術無疑會為我國的可持續發展起到重要的支撐作用，在未來有著追平或超越國際領先水平的可能性。

三、光熱發電的技術發展主要方向

（一）向高參數、大容量的方向發展

光熱發電技術利用太陽能輻射產生電能，能夠實現長期持續發電，且在發電的同時又可進行熱能存儲，對社會其他行業的發展有著極大的推進作用。塔式發電技術憑借其較高的運行溫度和較強的集儲熱能力，目前已被運用到商業領域，并且我國已建成一些百兆瓦級別的塔式光熱發電站。由此可見，光熱發電技術已經具備了保障商業運行的基本能力，未來要向高參數和大容量的方向不斷發展。

（二）采用組合技術建設光熱發電站

就單一的光熱發電模式來看，槽式系統的技術成熟但是輸出效率不足;碟式系統輸出效率高但儲能效果不好;塔式輸出效率和儲能效果都不錯，但是建設成本太高。運用單一的技術建設太陽能光熱發電站都有一定的局限性，因此探索組合型的電熱發電技術是一種新的研究方向。根據實際情況選用合適的系統進行組合，能夠在前期投入上降低成本，在后期運作過程中提高輸出量，最終達到各取所長的效果。

（三）建設清潔能源組合發電站

隨著發電技術的不斷成熟，是否能將風、熱、光等清潔能源進行結合發電，從而建立一個全方位的發電機制是一個值得探討的問題。從理論上來說，這種對清潔能源全方位利用的電站具有電能生產的靈活性和電量輸出的龐大性，通過充分利用風能、熱能和光能的優勢，能夠有效解決電力的調峰問題，從總體上提高電力系統的經濟性和穩定性【2】。

（四）建設光熱與化石燃料聯合電站

太陽能發電技術和傳統的煤電、天然氣發電技術進行完美對接，是一個值得研究人員充分考慮的發展熱點。廢棄這些常規電站會產生大量的沉沒成本，因此可以結合光熱發電技術，將傳統電站改造為與光熱發電系統相結合的聯合式電站。這樣能夠充分利用太陽能的可再生特征和低成本優勢，有效降低化石燃料的損耗比重，在供電的同時滿足各國經濟發展和環境保護的需求。

結語：

太陽能發電能夠有效解決當前能源短缺的問題，并且為生態治理提供可行途徑。太陽能光熱發電不會產生廢氣和廢渣，也不會消耗稀缺資源，同時具有很高的安全性，發電站的建設和管理過程均不易對周圍環境造成嚴重的危害和影響。現今我國光熱發電發展的重要制約因素是成本問題，因此建立具有更高容量和低成本的太陽能光熱發電站是我國未來研發的主要方向。

參考文獻：

[1]上官小英，常海青，梅華強.太陽能發電技術及其發展趨勢和展望[J].能源與節能，2019（03）：60-63.

[2]張福君，李鳳梅.綜述太陽能光熱發電技術發展[J].鍋爐制造，2019（04）：33-36+46.

[3]劉逸群.太陽能光熱發電技術發展現狀研究[J].現代工業經濟和信息化，2015，5（07）：70-71+95.