關于我國開展太陽能光熱發電標準化的若干建議

文／全國電氣絕緣材料與絕緣技術系統評定標準化技術委員會 陳晨 張亮／

一、概述

能源危機是今后人類生存面對的一個相當大的問題，一味的燃燒化石能源，不僅僅地球資源會枯竭，還會產生大量的二氧化碳等溫室氣體的排放，導致氣候變化，危及人類的可持續生存和發展。2009年哥本哈根會議上，中國率先承諾到2020年單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%，這給我們未來的節能減排工作帶來嚴峻的挑戰。

目前我國已經將節能減排的目標分配到各省市，并作為考核地區的硬指標，繼而出現某些城市的拉閘限電，給企業帶來很大的損失，也給居民的日常生活帶來不便。由此可見，尋找新能源已經成為人類面臨的迫切問題。太陽能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到人們的青睞，在人類的生活和工作中有著廣泛的應用，其中之一就是將太陽能轉化為電能。利用太陽能發電主要分為太陽能光伏發電和太陽能光熱發電。太陽能光熱發電的原理是利用集熱器把太陽輻射產生的熱能收集起來給介質加熱產生蒸汽推動汽輪發電機發電。按太陽能采集方式劃分，到目前為止，世界上主流的太陽能光熱發電站的形式主要有：塔式、槽式、碟式和線性菲涅爾式太陽能光熱發電系統。

二、太陽能光熱發電的主要形式

1、塔式太陽能光熱發電系統

塔式太陽能光熱發電系統是在空曠的地面上建立一個高大的中央吸收塔，塔頂上安裝固定一個吸熱器，塔的周圍安裝一定數量的定日鏡，定日鏡系統實現對太陽的實時跟蹤，并將太陽光反射到吸熱器，位于塔頂的吸熱器吸收由定日鏡反射而來的高熱流密度輻射能，將通過吸收器的工質加熱并產生高溫蒸汽，推動汽輪機進行發電，如圖1所示。塔式太陽能光熱發電系統具有聚光倍數高、工作溫度高、熱傳遞路程短、熱損耗少、系統綜合效率高等優點。但塔式太陽能光熱發電系統一次性投入大，每臺定日鏡都需要一個單獨的二維跟蹤設備，裝置結構和控制系統復雜，精度要求、維護成本較高。此外，塔式太陽能光熱發電不適合大規?；\營。

圖1 塔式太陽能光熱發電系統

2、槽式太陽能光熱發電系統

槽式太陽能光熱發電系統全稱為槽式拋物面反射鏡太陽能光熱發電系統，是將多個槽型拋物面聚光集熱器經過串并聯的排列，將直射太陽光聚焦到位于拋物線焦點的中高溫太陽能真空集熱管上，加熱工質，產生高溫蒸汽，驅動汽輪機發電機組發電，如圖2所示。槽式太陽能光熱發電結構簡單，成本較低，并且可以將多個聚光吸熱裝置經過串聯和并聯進行排列，構成較大的光熱發電系統。但存在聚光比較小、熱傳遞回路長、傳熱工質溫度難以提高、系統綜合效率低等缺點。

圖2 槽式太陽能光熱發電系統

3、碟式太陽能光熱發電系統

碟式太陽能光熱發電的基本原理是：太陽輻射能經過聚光器匯聚之后，被集熱管吸收，轉化為熱能，并傳遞給工質，使工質溫度升高，形成高溫熱源，送入熱機，能量在熱機系統中轉化為機械能，推動發電機運轉，對外發出電流，如圖3所示。碟式太陽能光熱發電系統可以單機標準化運行，具有壽命長、綜合效率高、運行靈活性強等優點，發電成本不依賴于工程規模，適合偏遠地區離網分布式供電。但碟式太陽能聚焦器相對較復雜，太陽能熱利用對其光學和機械系統的精度要求使得無論在設計加工、運行中都會遇到一些問題。此外，其單機規模受限，造價昂貴。

圖3 碟式太陽能光熱發電系統

4、線性菲涅爾式太陽能光熱發電系統

線性菲涅爾式太陽能光熱發電工作原理與槽式光熱發電系統類似，只是用菲涅爾結構的聚光鏡代替拋物面鏡，利用線性菲涅爾反射聚光集熱器，將太陽能收集，產生高溫高壓蒸汽從而推動汽輪發電機發電。相比于槽式光熱發電系統結構更為簡單，且吸熱管無需真空處理，降低了技術成本和難度，但是總體效率不高。

總體來說，不同形式的太陽能光熱發電站各有優缺點，目前針對每種形式的太陽能光熱發電各國都在致力于關鍵技術的攻克，希望太陽能光熱電廠能夠早日規?；\營。

三、太陽能光熱發電國外現狀

當前，太陽能光熱電廠分布于美國、西班牙、德國、印度、澳大利亞等國家。據統計，全球現正在運營或正在建設的太陽能光熱發電裝機容量預計已近3,000MW。發展太陽能光熱最為積極的國家為西班牙和美國。西班牙太陽能光熱發電并網容量已達800MW，是世界上太陽能光熱發電量最大的國家。西班牙現計劃于2013年年底以前完成2,500MW太陽能光熱并網發電，到2020年以前將完成140,000MW太陽能光熱并網發電。美國太陽能光熱發電并網容量已達500MW，并已與電力企業簽訂了9,000MW的太陽能光熱電力采購協議。由于太陽能光熱發電的巨大市場潛力，其在各國未來能源發展路線中必將占據更大的比例。

四、太陽能光熱發電國內現狀

我國也很重視太陽能光熱發電，相繼出臺相關政策支持太陽能光熱發電產業的發展。根據國家發展和改革委員會2007年發布實施的《可再生能源中長期發展規劃》（2006-2020），到2020年中國太陽能光熱發電總量達到200MW。今年6月1日，國家發改委頒布的《產業結構調整指導目錄(2011年本)》正式實施，在指導目錄鼓勵類新增的新能源門類中，太陽能光熱發電被放在突出位置。專家預測，未來光熱發電容量將大大超過光伏，在全球低碳經濟與新能源革命的大趨勢下，光熱發電極有可能成為我國未來份額最大的主導能源。太陽能光熱發電是太陽能熱利用的重要方面，具有與電網負荷的適配性較好、太陽能光熱發電轉化效率較高、容易產生規模效應、耗材的制造過程更環保、電能調配性更好等優勢而被認為是未來太陽能利用的主流發展方向，也是我國發展戰略性新興產業的重點領域之一。我國計劃 “十二五”期間在西部建設1000MW級規模的太陽能光熱發電站。

目前，我國太陽能光熱發電正處在研發和示范階段，還未形成產業化發展，2010年底，由中國科學院電工研究所等10家單位聯合承擔的國內首座1MW塔式太陽能光熱發電示范電站實現并網發電，用于研究太陽能塔式光熱發電關鍵技術，并建立太陽能光熱發電實驗系統和實驗平臺，探索高效能、大規模、低成本商業化電站的技術途徑，為我國太陽能光熱發電技術的研究和發展奠定基礎。2010年12月，我國首個光熱發電項目——鄂爾多斯50MW項目啟動招標，該項目采用槽式發電技術，計劃總投資16億元，年發電1.2億千瓦。中國科學研究院、大唐、皇明等科研院所和企業正在積極開展太陽能光熱關鍵技術的研發和示范工作。

五、我國太陽能光熱發電存在的問題

我國發展太陽能光熱目前主要面臨著技術不成熟和發電成本高兩道難關。

首先，太陽能光熱發電所需要的核心設備仍被國外企業壟斷，由于我國技術水平尚不成熟，在很大程度上影響到太陽能光熱發電的穩定性，對太陽能光熱發電并網造成一定困難。槽式所需的集熱管、聚光鏡和塔式要用的鏡場跟蹤系統、集熱器都是太陽能熱發電的核心設備，以上幾個關鍵設備國內都分別有廠家在進行研發，雖然實驗室階段已經突破，但市場量產還有待時日。我國在高溫金屬集熱管方面一直處在落后的被動局面，國內的企業要依賴外國的技術和國外的產品上。有業內人士抱怨，即便有錢來購買外國公司的產品，也要等對方的生產規劃安排，有時要等上好幾年。

另一方面，由于我國太陽能光熱發電設備還主要依賴進口，所以對于發電成本和投資回報率更遠不及我國已實現設備國產化的太陽能光伏發電技術。中國太陽能工程聯盟副秘書長孟祥曾表示，光熱產業鏈上的核心技術，如系統集成、集熱管、聚光鏡等，仍掌握在國外企業手中，若不能解決將嚴重阻礙太陽能光熱市場發展。

六、太陽能光熱發電標準化工作

太陽能光熱發電產業涉及光、機、電等多個領域,標準化在解決未來太陽能光熱發電產業設備和系統的集成問題起到不可忽視的作用。在各國大力發展太陽能光熱發電之際，標準化組織也著手開展了相關工作。2011年4月，國際電工委員會（IEC）正式成立IEC/TC117（太陽能光熱電廠），負責制定太陽能光熱電廠系統和設備國際標準，包括性能試驗測量標準。我國國家標準化委員會緊跟國際標準化工作，于2011年8月正式批復由中國電力企業聯合會與中國電器工業協會聯合承擔IEC/TC117國內技術對口單位，并以積極成員（P成員）身份參加相關國際標準化活動。我國開展太陽能光熱發電標準化工作應注意以下幾點：

一、與現行相關設備標準化技術委員會相互配合，逐步搭建太陽能光熱產業鏈標準體系。太陽能光熱發電廠標準化活動將涉及三方面內容：太陽能光熱發電廠、太陽能光熱發電設備和太陽能光熱貯能設備；同時，太陽能光熱發電廠還可能涉及汽輪機、發電機等現有標準化領域。因此，太陽能光熱發電標準化工作需要運用系統視角開展相關工作。伴隨我國太陽能光熱設備的國產化研發進步，勢必將降低我國太陽能光熱發電設備制造成本，但降低太陽能光熱發電成本的關鍵不僅需要電廠中各個設備之間相互配套，還需要在電廠系統設計方面做出優化。這就需要電力行業和電工行業共同協作，我國開展太陽能光熱電廠標準化活動已具備了這方面的基礎。

二、建立太陽能光熱發電試驗評價與標準化相結合機制，保證太陽能光熱電廠的運行效率。如前文所述，太陽能光熱電廠的運行效率是決定太陽能光熱發電成本的關鍵。因此，應建立太陽能光熱電廠試驗評價對標準化工作的反饋機制，將電廠運行試驗評價結果反饋至標準化機構，通過標準的媒介，促進設備制造滿足太陽能光熱電廠運行效率的要求。

三、密切跟蹤太陽能光熱國際標準化活動，將我國優勢技術引入國際標準化領域。一方面，在核心技術方面，我國應通過國際技術合作、國際標準化跟蹤等渠道進一步加大技術引進力度。另一方面，太陽能光熱發電國際標準化領域剛剛開始工作，前期將主要開展標準化規劃等工作，之后才逐步開展國際標準制訂活動。在此期間，我國應積極跟蹤太陽能光熱國際標準化框架的搭建，派出相關領域的專家積極跟蹤太陽能光熱國際標準化活動。同時，將我國在某些領域的優勢技術引入國際標準化領域，保持我國在太陽能光熱發電國際標準化領域的相對競爭力。

綜上所述，太陽能光熱發電是未來發展的一個重要的領域，由于太陽能光熱發電裝備制造產業鏈較長，必須走大規模協作道路，來實現規模化、產業化。我國應加大國內研發力度，盡快掌握核心技術，推動相關產業鏈的發展，提升我國在新能源領域市場的競爭優勢。

[1] 碟式太陽能熱發電技術綜述(二),熱力發電,2009(38)6.

[2] 太陽能槽式熱發電技術綜述,電源技術應用,2010(13)-4.

[3] 太陽能光熱發電發展現狀與市場前景,電器工業,2011-8.

[4] 太陽能熱發電前景無限,中國能源報,2011(120)-18.

[5] 太陽能光熱電廠提案投票文件,IEC SMB B/4416/DV,2011-1-7.