太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)及其發(fā)展現(xiàn)狀研究

doi：10.3969/j.issn.1672-6375.2023.11.005

摘 要：太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)（Concentrating Solar Power，簡(jiǎn)稱CSP），與熱儲(chǔ)能結(jié)合能夠滿足夜間發(fā)電需求，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)、可持續(xù)性發(fā)電，輸出穩(wěn)定、高品質(zhì)電能，被認(rèn)為是目前最具潛力的太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)。太陽(yáng)能光熱發(fā)電集熱技術(shù)類型，按太陽(yáng)能集熱方式的不同，分為塔式、槽式、線性菲涅爾和蝶式4種發(fā)電類型。我國(guó)光熱發(fā)電開(kāi)發(fā)利用起步晚，但發(fā)展迅速，裝機(jī)容量位居世界第四。分析了我國(guó)光熱發(fā)電技術(shù)存在的問(wèn)題，并對(duì)下一步光熱發(fā)電的開(kāi)發(fā)利用提出展望，降本提效是光熱發(fā)電技術(shù)規(guī)模化應(yīng)用的必然途徑，高效儲(chǔ)熱介質(zhì)的開(kāi)發(fā)利用成為促進(jìn)光熱發(fā)電降本提效的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：光熱發(fā)電技術(shù)；聚光集熱類型；發(fā)展現(xiàn)狀；存在問(wèn)題

中圖分類號(hào)：TK 511" " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，能源需求不斷增加，煤、石油、天然氣等化石能源終將被過(guò)度開(kāi)采而消耗殆盡。此外，傳統(tǒng)能源的大量使用排放出的污染物給人類生存環(huán)境造成嚴(yán)重的破壞，環(huán)境污染問(wèn)題日益突出，違背“節(jié)能環(huán)保、綠色低碳”的可持續(xù)發(fā)展理念^[1]。為積極應(yīng)對(duì)環(huán)境污染問(wèn)題，參與全球氣候治理，我國(guó)在第75屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上提出實(shí)施“雙碳”目標(biāo)，二氧化碳排放力爭(zhēng)在2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和^[2]。同時(shí)，世界各國(guó)也提出2050年前，全面使用可再生能源，大規(guī)模開(kāi)發(fā)具有清潔、環(huán)保、可再生等優(yōu)點(diǎn)的新能源，主要包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等，其中太陽(yáng)能具有“取之不盡、用之不竭”的優(yōu)勢(shì)，可無(wú)限滿足人們對(duì)能源的需求，是目前最具開(kāi)發(fā)價(jià)值的新能源^[3]。

太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用主要包括光伏發(fā)電技術(shù)和光熱發(fā)電技術(shù)，其中光伏發(fā)電技術(shù)輸出電力不穩(wěn)定，具有間歇性、不連續(xù)性，大規(guī)模接入對(duì)電網(wǎng)沖擊較大等缺點(diǎn)，并且光伏電站建設(shè)需配備相應(yīng)的儲(chǔ)能或者煤電進(jìn)行調(diào)峰，彌補(bǔ)其間歇與不連續(xù)性對(duì)電網(wǎng)造成的沖擊破壞，才能滿足人們對(duì)高品質(zhì)用電的需求^[4]。太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)（Concentrating Solar Power， 簡(jiǎn)稱CSP），與熱儲(chǔ)能結(jié)合能夠滿足夜間發(fā)電需求，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)、持續(xù)性發(fā)電，輸出穩(wěn)定、高品質(zhì)電能，被認(rèn)為是目前最具潛力的太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)，在太陽(yáng)能大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用中顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)^[5]。相比于風(fēng)力、光伏發(fā)電，光熱發(fā)電集發(fā)電與儲(chǔ)熱于一體，具有出力靈活、可實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)電，可快速深度參與電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻，擁有與火電相媲美的調(diào)控特性，宜與風(fēng)電、光伏發(fā)電互補(bǔ)運(yùn)行，成為極具發(fā)展前景的可再生能源發(fā)電技術(shù)，受到世界各國(guó)的重視，得到了積極研究和推廣應(yīng)用^[6]。綜述太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)原理及其類型，分析國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，研究光熱發(fā)電技術(shù)在規(guī)模化生產(chǎn)應(yīng)用過(guò)程中存在的問(wèn)題與不足，并為其后續(xù)規(guī)模化持續(xù)發(fā)展提出展望。

1 光熱發(fā)電技術(shù)原理

CSP技術(shù)是利用聚光集熱裝置將照射至地面較低能量密度的（＜1 000 W/m²）太陽(yáng)輻射能集聚到熱能接收器表面，加熱接收器內(nèi)傳熱介質(zhì)，從而將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)化為傳熱介質(zhì)的內(nèi)能；被加熱的傳熱介質(zhì)通過(guò)熱泵及管道輸送至換熱系統(tǒng)，將傳熱介質(zhì)的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能產(chǎn)生飽和蒸汽壓，然后推動(dòng)汽輪機(jī)組驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電。換熱后的儲(chǔ)熱介質(zhì)通過(guò)熱泵及管道直接輸送至集熱器循環(huán)換熱，或者存在于低溫蓄熱罐內(nèi)下一步循環(huán)使用^[7]。儲(chǔ)熱介質(zhì)多余的熱能可儲(chǔ)存于高溫蓄熱罐內(nèi)供發(fā)電系統(tǒng)夜間使用，實(shí)現(xiàn)24 h連續(xù)發(fā)電。圖1為太陽(yáng)能光熱發(fā)電系統(tǒng)原理圖，主要由聚光集熱系統(tǒng)、熱能接受轉(zhuǎn)化系統(tǒng)、儲(chǔ)蓄熱系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)、熱發(fā)電系統(tǒng)5部分組成。聚光集熱系統(tǒng)主要由反射鏡、真空集熱管、跟蹤控制裝置等構(gòu)成。反射鏡分為一次反射鏡和二次反射鏡，一次反射鏡有平面型、微弧型和拋物面型3種結(jié)構(gòu)，二次反射鏡采用漸開(kāi)線和拋物線的復(fù)合拋物面結(jié)構(gòu)。以熔鹽作為傳儲(chǔ)熱介質(zhì)為例，儲(chǔ)換熱系統(tǒng)將把接收器吸收熱量的熱鹽送入蒸汽發(fā)生系統(tǒng)或者熱鹽罐，熱泵從熱鹽罐抽取熱鹽后分兩路依次流入過(guò)熱器、再熱器，換熱后流入蒸汽發(fā)生器再回到冷鹽罐，完成能量的轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)化^[8]。發(fā)電系統(tǒng)與火電類似，均采用汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

太陽(yáng)能接收器安裝在線集熱焦線或者點(diǎn)集熱焦點(diǎn)上，吸收的太陽(yáng)能加熱吸收器內(nèi)部的傳熱介質(zhì)，通過(guò)傳熱介質(zhì)實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)化。CSP技術(shù)按太陽(yáng)能集熱方式的不同，可將發(fā)電系統(tǒng)分為塔式、槽式、線性菲涅爾和蝶式4種發(fā)電類型^[9]。聚光比對(duì)其發(fā)電具有非常重要的作用，聚光比越大、集熱溫度越高，系統(tǒng)發(fā)電效率提升的空間越大。4種光熱發(fā)電類型中，蝶式聚光比最大、塔式次之、槽式和線性菲涅爾較低^[10]。

1.1 塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)

塔式CSP技術(shù)又稱點(diǎn)式聚光集熱系統(tǒng)，是利用大型太陽(yáng)跟蹤鏡（定日鏡）陣列將太陽(yáng)輻射能反射聚焦到位于塔頂?shù)奈鼰崞魃希菇邮掌髦械膫鳠峤橘|(zhì)被加熱，從而實(shí)現(xiàn)光能向熱能的轉(zhuǎn)換；再通過(guò)熱力循環(huán)系統(tǒng)將傳熱介質(zhì)的熱能轉(zhuǎn)化為540～560 ℃水蒸氣動(dòng)能，然后驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)組帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。圖2為塔式太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)原理示意圖^[11]，包括聚光定日鏡場(chǎng)、熱能吸收塔（中心塔），儲(chǔ)熱介質(zhì)吸收的熱量，一部分用來(lái)直接或間接發(fā)電，另一部分多余的能量通過(guò)儲(chǔ)熱罐存儲(chǔ)起來(lái)，以備早晚或沒(méi)有陽(yáng)光時(shí)發(fā)電使用。塔式CSP系統(tǒng)被認(rèn)為是最具商業(yè)前景的熱發(fā)電技術(shù)，美國(guó)能源部提出，由于塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)的聚光倍率較高，一般可達(dá)到300～1 000的聚光比，可使中心塔頂?shù)臒醾鹘橘|(zhì)溫度達(dá)1 000 ℃，可有效提高后續(xù)熱力循環(huán)系統(tǒng)中的發(fā)電效率^[12]。 但是，塔式光熱發(fā)電圍繞中心塔建設(shè)大規(guī)模的定日鏡場(chǎng)，占地面積較大，并且要求有復(fù)雜的控制系統(tǒng)對(duì)每個(gè)定日鏡都能單獨(dú)進(jìn)行二維控制。此外，由于光熱轉(zhuǎn)換效率受限于每個(gè)定日鏡的余弦效應(yīng)，必須通過(guò)建設(shè)足夠高的中心塔來(lái)改善定日鏡的余弦效應(yīng)，這不僅增加了發(fā)電成本，而且過(guò)高的中心塔在多風(fēng)地區(qū)并不適用。

1.2 槽式發(fā)電系統(tǒng)

槽式CSP技術(shù)又稱線性聚光集熱發(fā)電系統(tǒng)，是通過(guò)大面積的Ｕ型槽式拋物面聚光鏡將太陽(yáng)輻射能反射聚焦到安裝在聚光鏡拋物線焦線的接收器上，進(jìn)而加熱接收器中的傳熱介質(zhì)，將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)化為傳熱介質(zhì)的內(nèi)能。槽式聚光集熱系統(tǒng)采用單軸控制一維跟蹤太陽(yáng)的方式，集熱溫度遠(yuǎn)低于塔式發(fā)電系統(tǒng)，屬于中高溫?zé)崃Πl(fā)電，集熱系統(tǒng)串并聯(lián)集成后發(fā)電容量無(wú)限擴(kuò)展。槽式發(fā)電系統(tǒng)所用熱傳遞介質(zhì)可以是導(dǎo)熱油、熔鹽、水等，其中導(dǎo)熱油是商業(yè)化槽式系統(tǒng)中最常用的傳熱介質(zhì)。相對(duì)于塔式，槽式光熱發(fā)電系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、安裝與維修較為方便等優(yōu)勢(shì)，并且占地面積比塔式、碟式系統(tǒng)要小30%～50%，成為目前商業(yè)化運(yùn)營(yíng)光熱電站占比最大的CSP技術(shù)^[13]。但是，槽式CSP系統(tǒng)中反射鏡支撐結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)能力差，若加強(qiáng)和改進(jìn)系統(tǒng)的抗風(fēng)性能，則會(huì)導(dǎo)致發(fā)電成本大幅升高。此外，大規(guī)模的拋物面槽式集熱器以串聯(lián)或并聯(lián)的方式進(jìn)行連接，形成較大面積的集熱場(chǎng)，會(huì)造成線性接收器過(guò)長(zhǎng)，散熱面積大，不僅增大了熱損耗量，而且熱傳遞介質(zhì)的溫度也無(wú)法進(jìn)一步提高，使得槽式系統(tǒng)的太陽(yáng)能利用效率較低。圖3為槽式太陽(yáng)能聚光集熱系統(tǒng)示意圖。

1.3 線性菲涅爾發(fā)電系統(tǒng)

線性菲涅爾CSP技術(shù)與槽式發(fā)電系統(tǒng)類似，采用多個(gè)平面或微彎曲的線性光學(xué)鏡組成菲涅爾結(jié)構(gòu)聚光鏡來(lái)替代槽式拋面鏡，通過(guò)線性單軸控制平放在地面的矩形光學(xué)鏡組成菲尼爾反射鏡場(chǎng)，將一部分太陽(yáng)光直接反射至線性接收器表面，另一部分太陽(yáng)光反射至曲面反射鏡表上，經(jīng)二次反射聚焦至安裝在曲面反射鏡焦線的接收器，吸收后將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)化為傳熱介質(zhì)的內(nèi)能^[14]。圖4為線性菲涅爾聚光集熱系統(tǒng)原理圖，主要包括菲尼爾反射鏡場(chǎng)、二次線性曲面聚光鏡、太陽(yáng)能集熱器等。

蘭州大成科技股份有限公司在敦煌成功建成了首座以熔鹽為傳熱介質(zhì)商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的線性菲尼爾光熱電站，在國(guó)內(nèi)外首次實(shí)現(xiàn)了550 ℃線聚焦高溫熔鹽集熱技術(shù)突破，建立了熔鹽線性菲涅爾式聚光集熱技術(shù)體系和擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)業(yè)鏈。該電站于2016年入選由國(guó)家能源局和發(fā)改委批準(zhǔn)的首批光熱發(fā)電示范項(xiàng)目，于2018年6月開(kāi)工建設(shè)，2019年12月首次并網(wǎng)發(fā)電，2020年6月實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能集熱發(fā)電和商業(yè)化運(yùn)行，2021年5月實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷發(fā)電，實(shí)現(xiàn)了熔鹽線性菲涅爾式光熱發(fā)電站由0到1的突破^[15]。圖5為蘭州大成敦煌線性菲涅爾光熱電站。

1.4 蝶式發(fā)電系統(tǒng)

蝶式CSP技術(shù)又稱拋物面反射點(diǎn)式聚光集熱系統(tǒng)，利用碟狀的拋物面盤聚光集熱鏡場(chǎng)將太陽(yáng)輻射能聚集至位于拋物鏡面焦點(diǎn)處的接收器上，將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)化為接收器內(nèi)傳熱介質(zhì)的內(nèi)能，再通過(guò)斯特林循環(huán)或者布雷頓循環(huán)系統(tǒng)將介質(zhì)的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能^[16]。圖6為蝶式CSP技術(shù)原理圖，主要包括蝶式拋物面反射鏡、太陽(yáng)能集熱器、發(fā)電系統(tǒng)等。蝶式發(fā)電系統(tǒng)通過(guò)雙軸驅(qū)動(dòng)來(lái)跟蹤太陽(yáng)輻射能，而安裝在拋物面焦點(diǎn)處的集熱器隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，避免鏡面余弦效應(yīng)，提高集熱效率。其聚光比可達(dá)3 000左右，傳熱介質(zhì)的溫度和壓力可達(dá)700～750 ℃和200 bar，系統(tǒng)效率高達(dá)28%～30%。蝶式發(fā)電系統(tǒng)既可以獨(dú)立運(yùn)行，也可以多臺(tái)裝置并聯(lián)形成模塊化的熱發(fā)電站。

2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外CSP技術(shù)研究與應(yīng)用較早，其光熱電站建設(shè)主要分布在美國(guó)、西班牙、墨西哥、南非、印度、摩洛哥等中東地區(qū)。美國(guó)于1981—1991年建成槽式光熱發(fā)電站9座，裝機(jī)容量354 MW，其中與以色列合作成立的LUZ公司于1985年建成了全球第一座商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的槽式光熱發(fā)電站；2013年建成全球最大的280 MW槽式光熱電站，單機(jī)容量140 MW，以熔鹽為傳儲(chǔ)熱介質(zhì)；2011—2016年建成塔式光熱電站3座，總裝機(jī)容量612 MW; 光熱總裝機(jī)容量占世界第一^[17]。墨西哥早在1973年建成100 MW槽式熱電聯(lián)產(chǎn)光熱電站，成為掌握CSP技術(shù)與應(yīng)用的最早國(guó)家之一。西班牙2008年建成槽式光熱換熱站，2010年建成第一座5 MW熔鹽導(dǎo)熱槽式電站和2座20 MW塔式熔鹽光熱電站，成為全球首座塔式熔鹽技術(shù)并商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的光熱電站，年發(fā)電量110 GWh。摩洛哥2006年建成250 MW槽式光熱與天然氣聯(lián)合換熱站，2016建成全球最大單機(jī)容量160 MW的槽式光熱電站^[18]。CSP系統(tǒng)早在20世紀(jì)80年代投入商業(yè)應(yīng)用，但由于其發(fā)電成本高、耗水量大、太陽(yáng)資源豐富地區(qū)電網(wǎng)較少等問(wèn)題，1990—2005年，CSP技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用相對(duì)停滯。然而因其可調(diào)靈活的發(fā)電優(yōu)勢(shì)，可通過(guò)技術(shù)改進(jìn)、規(guī)模化量產(chǎn)，進(jìn)一步降低其發(fā)電成本，受到世界各國(guó)政府的重視，出臺(tái)了一系列太陽(yáng)能熱發(fā)電扶持優(yōu)惠政策，從2006年開(kāi)始，CSP技術(shù)重新得到國(guó)內(nèi)外相關(guān)企業(yè)及科技工作者的重視^[19]。西班牙因政府通過(guò)上網(wǎng)電價(jià)發(fā)文支持、保障投資商綜合回報(bào)率、快速部署等措施，在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)CSP技術(shù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化及規(guī)模化，成為全球太陽(yáng)能光熱發(fā)電領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊^[20]。目前，全世界槽式CSP光熱電站占比最大，但是塔式光熱發(fā)電技術(shù)被認(rèn)為是最具商業(yè)運(yùn)營(yíng)前景的CSP技術(shù)。

2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

相對(duì)于美國(guó)與西班牙，我國(guó)太陽(yáng)能光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展起步較晚，但發(fā)展相對(duì)較快。“十一五”期間，科技部確立中國(guó)科學(xué)院電工所“太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)及系統(tǒng)示范”項(xiàng)目，2012年在北京延慶八達(dá)嶺建設(shè)1 MW CSP實(shí)驗(yàn)電站并成功發(fā)電運(yùn)行，成為我國(guó)首座兆瓦級(jí)塔式CSP實(shí)驗(yàn)電站，也是亞洲最大的光熱發(fā)電試驗(yàn)基地。隨后，蘭州大成研發(fā)的200 kW槽式+線性菲涅爾太陽(yáng)能聚光發(fā)電試驗(yàn)系統(tǒng)在蘭州新區(qū)光熱產(chǎn)業(yè)基地順利并網(wǎng)發(fā)電，有效功率超過(guò)150 kW，標(biāo)志著我國(guó)光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)的開(kāi)始^[21]。2016年9月，國(guó)家能源局、發(fā)改委發(fā)布《關(guān)于建設(shè)太陽(yáng)能熱發(fā)電示范項(xiàng)目的通知》，確定我國(guó)首批CSP示范項(xiàng)目20座，分別是甘肅9座、青海4座、河北4座、內(nèi)蒙古2座、新疆1座，總裝機(jī)容量1.35 GW，標(biāo)志著我國(guó)太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用^[22]。此外，國(guó)家為鼓勵(lì)扶持太陽(yáng)能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)，國(guó)家發(fā)改委實(shí)行差額電價(jià)，在2018年12月31日前全部投運(yùn)的示范電站可享受1.15元/kWh的新能源標(biāo)桿電價(jià)，在2019年和2020年全容量并網(wǎng)發(fā)電的，享受1.10元/kWh的電價(jià)，在2021年12月31日前全容量并網(wǎng)發(fā)電的，上網(wǎng)電價(jià)按1.05元/kWh執(zhí)行，2022年1月1日以后并網(wǎng)發(fā)電的首批示范項(xiàng)目不再享受中央財(cái)政補(bǔ)貼^[23]。截至目前，我國(guó)20個(gè)CSP示范電站建成9座，其中2018年底并網(wǎng)發(fā)電有3座，分別是青海德令哈中廣核50 MW槽式、青海德令哈中控50 MW塔式熔鹽、甘肅敦煌首航節(jié)能100 MW塔式熔鹽CSP示范電站。2019年底并網(wǎng)發(fā)電3座，分別是青海共和中電建50 MW塔式熔鹽、新疆哈密中電工程50 MW塔式熔鹽、甘肅敦煌蘭州達(dá)成50 MW線性菲涅爾熔鹽示范電站。2020年底并網(wǎng)發(fā)電1座，為內(nèi)蒙古烏拉特中旗100 MW槽式導(dǎo)熱油傳熱、熔鹽蓄熱示范電站。2021年底并網(wǎng)發(fā)電2座，分別是甘肅玉門鑫能（首航節(jié)能）50 MW塔式熔鹽、甘肅阿克塞50 MW槽式熔鹽示范電站。值得注意的是首航節(jié)能100 MW塔式熱發(fā)電示范電站并網(wǎng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)24 h連續(xù)發(fā)電，成為亞洲最大的塔式熔鹽光熱示范電站^[24]。目前，我國(guó)已有10座10 MW級(jí)規(guī)模以上的CSP發(fā)電站，總裝機(jī)容量560 MW，位居全球第四^[25]。2020年，隨著我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的提出，CSP技術(shù)迎來(lái)了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。太陽(yáng)能光熱聯(lián)盟在《中國(guó)太陽(yáng)能熱發(fā)電及采暖行業(yè)藍(lán)皮書2020》中提出，我國(guó)太陽(yáng)能熱發(fā)電裝機(jī)容量在2025年前實(shí)現(xiàn)10 GW，年均電價(jià)行業(yè)目標(biāo)降至0.9元/kWh。

3 CSP發(fā)展面臨的問(wèn)題

我國(guó)太陽(yáng)能熱發(fā)電處于示范階段，發(fā)電規(guī)模較小，核心技術(shù)及關(guān)鍵設(shè)備依靠進(jìn)口，電站建設(shè)成本較高，是煤電、風(fēng)電、光伏電站成本的3～5倍；度電成本達(dá)1元/kWh，是光伏、風(fēng)電、煤電度電成本的2～4倍。太陽(yáng)能熱發(fā)電站建設(shè)投資成本中主要包括3部分，聚光集熱系統(tǒng)（鏡場(chǎng)及接收器）建設(shè)占60%，傳儲(chǔ)熱系統(tǒng)建設(shè)占20%，換熱發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)占20%。CSP系統(tǒng)光電轉(zhuǎn)化效率（5%）較低，其儲(chǔ)熱、傳熱、換熱介質(zhì)是能量傳輸轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵，介質(zhì)的物理特性決定了系統(tǒng)的運(yùn)行溫度，直接影響發(fā)電系統(tǒng)的效率。利用運(yùn)行溫度范圍寬、熱穩(wěn)定性高的傳、儲(chǔ)熱介質(zhì)，可有效提升太陽(yáng)能光熱發(fā)電系統(tǒng)效率^[26]。那么，高效的儲(chǔ)熱介質(zhì)成為提高太陽(yáng)能光熱發(fā)電效率的關(guān)鍵，并成為光熱發(fā)電領(lǐng)域研發(fā)和投資的熱點(diǎn)。目前常用的介質(zhì)為水、導(dǎo)熱油、熔融鹽等。熔鹽與水、導(dǎo)熱油相比，具有更高的分解溫度，其價(jià)格低廉、使用溫度選擇范圍廣，成為當(dāng)前太陽(yáng)能發(fā)電儲(chǔ)熱介質(zhì)的主流^[27]。目前，CSP系統(tǒng)主要采用堿式硝酸鹽作為傳儲(chǔ)熱介質(zhì)，其熔點(diǎn)在230 ℃，沸點(diǎn)約565 ℃，可在280～500 ℃穩(wěn)定工作，使用溫度上限一般低于600 ℃，相對(duì)于槽式光熱發(fā)電系統(tǒng)足夠，但并不適用于更高溫度下的運(yùn)行^[28]。而氯化物熔鹽具有較高的熔點(diǎn)（380 ℃）和沸點(diǎn)（900 ℃），可在400～900 ℃穩(wěn)定運(yùn)行，并且具有相變?nèi)刍矢摺?chǔ)熱量大、工作溫度范圍廣、黏度相對(duì)較小、高溫?zé)岱€(wěn)定性良好、自然界中儲(chǔ)量豐富、成本低廉等優(yōu)勢(shì)，非常適合作為高溫傳、儲(chǔ)熱工質(zhì)；并且氯化物熔融鹽在810 ℃高溫下相對(duì)于硝酸鹽具有更好的熱穩(wěn)定性，有望成為下一代光熱發(fā)電儲(chǔ)熱介質(zhì)^[29]。

4 展望

降本提效成為光熱發(fā)電規(guī)模化發(fā)展在必由之路，在未來(lái)發(fā)展中應(yīng)注重以下4方面研究與應(yīng)用工作^[30]。（1）研發(fā)低成本耐高溫腐蝕材料及高溫集熱/儲(chǔ)熱關(guān)鍵技術(shù)裝備，推進(jìn)氯化鹽、碳酸鹽等高效傳儲(chǔ)熱介質(zhì)在光熱發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用，促進(jìn)CSP系統(tǒng)向著高運(yùn)行參數(shù)、大容量、經(jīng)濟(jì)型方向發(fā)展。（2）研究自然環(huán)境對(duì)太陽(yáng)能輻射度的影響，增強(qiáng)熱發(fā)電系統(tǒng)效率的預(yù)測(cè)性，提升光熱發(fā)電功率的預(yù)測(cè)精度，為電站傳儲(chǔ)熱系統(tǒng)高效運(yùn)行及出力提供可靠的決策依據(jù)。（3）結(jié)合我國(guó)光熱發(fā)電實(shí)際，制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，明確系統(tǒng)穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)性能、容量配置參數(shù)、電網(wǎng)接納占比、多能互補(bǔ)一體化運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。（4）提升光熱電站經(jīng)濟(jì)性及綜合效益評(píng)估能力，優(yōu)化集熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)、儲(chǔ)熱容量配置，綜合考慮電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻，挖掘光熱電站靈活性出力和多能互補(bǔ)發(fā)電效益。

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收稿日期：2023-08-10

基金項(xiàng)目：酒泉市重點(diǎn)人才項(xiàng)目“光伏發(fā)電運(yùn)維技能人才培養(yǎng)與創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)”（項(xiàng)目編號(hào)：2023RCXM05）。

作者簡(jiǎn)介：胡國(guó)武（1986-），男，大學(xué)本科，講師，主要研究方向：太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)。

通信作者：陳維鉛（1986-），男，博士在讀，副教授，主要研究方向：太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)。