太陽能光熱發電特點及應用前景技術分析

何雅麗

【摘要】太陽能熱發電是利用太陽能聚光器先將太陽輻射能轉化為熱能，然后經過各種方式轉換為電能的技術形式。從其發電原理上來看，是一種綠色能源的綠色利用方式，且太陽能資源是世界上分布最廣泛的取之不盡、用之不竭的可再生能源。從這個意義上看，太陽能光熱發電技術的發展對于人類經濟社會可持續發展具有重要意義。未來光熱發電的發展方向是擴大單個項目規模、提高儲熱溫度、增加容量因子方向發展。

【關鍵詞】光熱發電；發展方向；應用前景；開發建設

Analysis on Characteristics of Solar Photothermal Power Generation and Application Prospect

He Ya-li

（China Energy Construction Group Yunnan Electric Power Design Institute Co.， LtdKunmingYunnan650000）

【Abstract】Solar thermal power generation is the use of solar concentrator first solar radiation energy into heat， and then after a variety of ways to convert electricity to the technical form. From the principle of its power generation point of view， is a green energy green use， and solar energy resources are the worlds most widely distributed， inexhaustible renewable energy. In this sense， solar thermal power generation technology for the sustainable economic and social development of mankind is of great significance. The future direction of photothermal power generation is to expand the size of a single project to improve the storage temperature， increase the capacity factor direction.

【Key words】Light and heat power generation；Development direction；Application prospect；Development and construction

1. 太陽能光熱發電技術的戰略地位

（1）光熱發電是通過"光--熱--功"的轉化過程實現發電的一種技術。光熱發電在原理上和傳統的化石燃料電站類似，兩者最大的區別在于輸入的能源不同。光熱發電利用能源為太陽能，通過聚光器將低密度的太陽能聚集成高密度的能量，經由傳熱介質將太陽能轉化為熱能，通過熱力循環做功實現到電能的轉換。

（2）太陽能熱發電實質是太陽能熱利用方式之一。從其發電原理上來看，是一種綠色能源的綠色利用方式，且太陽能資源是世界上分布最廣泛的取之不盡、用之不竭的可再生能源。從這個意義上看，太陽能光熱發電技術的發展對于人類經濟社會可持續發展具有重要意義。

2. 太陽能光熱發電技術的技術類型

（1）聚光光熱發電是現今最具商業化利用前景的技術形式。根據聚光方式的不同，聚光光熱發電可進一步分為點聚焦和線聚焦兩大系統。其中，點聚焦系統主要包括塔式光熱發電和碟式光熱發電；線聚焦系統主要包括槽式光熱發電和線性菲涅爾式光熱發電（光熱發電技術類型匯總表見表1）。

（2）光熱發電系統通過常規機組并網，可按照電網要求輸出有功和無功，在運行技術和管理經驗等方面較為成熟，具有較好的電網友好性。

（3）光熱發電通過傳統電機并網，能夠很好的解決諧波、三相電流不平衡和直流分量等問題。電網調度與經濟運行問題：由于光熱電站通常配置大容量儲熱裝置，或與其他常規火電機組聯合運行，克服了光伏發電的間歇性和波動性，可實現光熱電站發電出力的平穩可控，接近常規機組性能，更易接受電網調度，并具備一定的調峰調頻能力，減輕電網調峰調頻壓力。

（4）光熱電站通過常規汽輪機或燃氣輪機并網，具有一定的轉動慣量和阻尼特性，具備按照電網要求向其提供有功和無功功率的能力，同時電網調度有較為豐富的常規機組運行控制和管理經驗，有助于電網安全穩定運行。

（5）光熱發電的規模化發展不僅能夠作為調峰電源，為風電等間歇性電源提供輔助服務，而且隨著未來技術的優化提升，大型光熱電站完全有可能承擔電力系統基礎負荷。

3. 光熱發電開發建設條件

3.1主要影響因素包括太陽法向直射輻射（DNI）、地形和土地、水資源等。

（1）太陽法向直射輻射強度。

根據國外的經驗，DNI值在1800kWh/m2/y以上的地區適宜建設光熱發電站。

（2）水資源。

根據美國能源部研究數據（2007），采用水冷技術時，碟式/斯特林發電約為0.0757立方米/MWh，塔式電站用水約為2.27立方米/MWh，槽式電站用水約為3.02立方米/MWh。槽式和塔式高于常規燃煤電站和聯合循環天然氣發電站。

可采用空冷技術減少用水量，約為0.299立方米/MWh，投資成本上升約7%～9%，發電量減少約5%。對塔式熱發電運行成本的影響小于槽式熱發電方式。

為減少運行成本，通常采用水冷/空冷混合制冷方式。以槽式熱發電為例，采用這種方式可減少水耗50%，而發電量損失僅為1%左右。

（3）地形和土地。

光熱發電站的建設需要考慮地形的因素，最好選擇平坦廣闊的土地，一是由于坡地會影響入射角而導致電站效率的變化，二是坡地會增加土地平整的成本。不同的

光熱發電技術形式對地形的要求不盡相同。

3.2國外經驗顯示，槽式和線性菲涅爾式發電要求地面坡度在3%以下；塔式電站可以適合5%～7%以下的地面坡度。碟式由于單機規模較小，因此對坡度的要求更低。

3.3光熱發電對土地面積要求較高，目前國際經驗顯示，建設一座50MW無儲熱的光熱發電站（槽式或塔式）需要占地約1平方公里，一座30MW帶6小時儲熱的光熱發電站（槽式或塔式）電站同樣需要1平方公里土地。

3.4適宜規模化發展地區多遠離負荷中心。包括沒有樹木的大草原、矮樹林、戈壁灘、荒漠地、廢棄鹽堿地和沙漠等。

4. 太陽能光熱發電發展前景

（1）建造大容量太陽能熱發電站是降低太陽能熱發電成本的重要途徑。

（2）在同樣技術條件下，機組容量越大，單位kW的投資成本和年運行維護費用越低，機組本身的運行效率和電站輔助設備及管道系統的效率也越高，則電站綜合效率明顯提高。特別是對于塔式、槽式光熱發電站，其發電成本與裝機容量規模密切相關。

（3）將光熱發電系統與常規火電廠聯合運行，既可高效利用太陽能光熱系統提供中低溫和中低壓的水蒸汽，又具有很高的發電系統綜合效率，將成為今后較長一個時期內開發利用光熱發電技術的重要發展趨勢之一。

（4）槽式光熱發電系統在中高溫應用時成本較低，因此槽式光熱發電系統與常規火電廠聯合運行是今后首選發展方式。

（5）當電站規模較大或配備大容量儲熱系統時，塔式光熱發電系統與常規火電廠聯合運行也具有很好的技術經濟性能。

（6）光熱發電存在"熱"這種中間形式，可通過對熱的綜合利用提高能源利用效率，具體形式包括采暖制冷一體化、海水淡化等，進行綜合利用，同時滿足多種需求，對某些特殊地區，如邊防海島、沙漠等地區或災區尤為有效。

（7）近年來一些科學家提出光熱發電技術用于煤的氣化與液化，形成氣體或液體燃料，進行遠距離的運輸。

5. 未來發展展望

（1）到2025年，各種光熱發電技術的成本都有顯著下降。

（2）為了降低成本，槽式發電將向更為簡單的系統發展。

（3）從技術類型來看，由于塔式發電在技術進步和效率提升方面具有很大潛力，預計在未來5年內成本將快速下降。

（4）隨著儲熱長達15小時的GemaSolar熔融鹽塔式電站（19.9MW）投入商業化運行，預計在2013 年左右，塔式發電的度電成本有望低于槽式發電。

（5）未來光熱發電的發展方向是擴大單個項目規模、提高儲熱溫度、增加容量因子。2010～2020年：承擔腰荷和峰荷。儲熱技術進一步發展，但是只能承擔腰荷和峰荷。需要建設專用輸電線路，將光熱發電輸送至負荷中心。到2020年，全球光熱發電平均容量因子為32%。

（6）2020～2030年：承擔基荷與碳減排任務。光熱發電在承擔基荷方面與燃煤發電相比具有競爭力。大多數國家的激勵政策將逐步退出。2010年后建設的項目將在這一階段收回投資成本，進入高盈利時期。需要建設3000公里的輸電線路。到2030年，全球光熱發電平均容量因子39%。

（7）2030～2050年：電力與燃料。光熱發電與常規化石能源發電相比完全具備競爭力。到2050年，全球光熱發電平均容量因子50%。與此同時，太陽能燃料逐漸進入世界能源供應體系。隨著電力系統低碳化進程加速，沼氣和太陽能燃料成為太陽能熱電站主要的備用燃料。