太陽能光熱發(fā)電的現(xiàn)狀與前景分析

竇曉利

中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司

太陽能光熱發(fā)電的現(xiàn)狀與前景分析

竇曉利

中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司

隨著空氣污染、環(huán)境質量越來越差等的情況越演愈烈，傳統(tǒng)能源的開采和使用備受質疑，隨之興起的新興能源受到廣泛關注。太陽能光熱發(fā)電作為新型能源中一個重要的研究方向，當然也不例外。本文擬探討我國太陽能光熱發(fā)電在我國發(fā)展的現(xiàn)狀，以及其發(fā)展前景。

太陽能光熱發(fā)電；技術；發(fā)展現(xiàn)狀；前景

新能源的利用符合國家乃至世界發(fā)展的需求，太陽能光熱發(fā)電是其中一個重要的研究方向。太陽能光熱發(fā)電是我國經濟持續(xù)發(fā)展的主力希望，在化學能源枯竭之后，有望支持我國持續(xù)高速發(fā)展。

一、太陽能光熱發(fā)電概述

（一）太陽能光熱發(fā)電基本原理

太陽能光熱發(fā)電是指利用具有一定數量規(guī)模的反射鏡來集中太陽光能，通過其他工作裝置將太陽能轉換為熱能，并產生蒸汽，再利用傳統(tǒng)的熱力循環(huán)系統(tǒng)將熱能轉換為電能，從而實現(xiàn)使用太陽能發(fā)電的目的。

采用太陽能光熱發(fā)電技術，避免了昂貴的硅晶光電轉換工藝，可以大大降低太陽能發(fā)電的成本。而且，這種形式的太陽能利用還有一個其他形式的太陽能轉換所無法比擬的優(yōu)勢，即配備專用的熱能儲備裝置，將能量儲存起來，在陰天或晚上的時候仍然能夠實現(xiàn)持續(xù)發(fā)電。

（二）太陽能光熱發(fā)電一般技術方向

太陽能光熱發(fā)電通常由三種形式，分別是槽式、塔式，碟式（盤式）。

1、槽式

槽式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)的全稱是：槽式拋物面反射鏡太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其原理是將多個槽型拋物面聚光集熱器經過串并聯(lián)的排列，加熱工質，產生高溫蒸汽，驅動汽輪機發(fā)電機組發(fā)電。

上世紀80年代開始，多國聯(lián)合研究開發(fā)槽式，拋物面聚光反射鏡太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。到上世紀末，太陽能光熱發(fā)電站多出建成，并投入使用，電站初始投資成本不斷降低，發(fā)電成本降低三倍。

槽式拋物面反射鏡太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)可以通過兩個方面來控制發(fā)電效率和系統(tǒng)的正常運行：第一個是自動跟蹤系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以保證槽式聚光器以最大面積對準太陽，最大程度的吸收太陽能；第二個是控制傳熱液體回路的溫度與壓力，滿足汽輪機的要求實現(xiàn)系統(tǒng)的正常發(fā)電。

2、塔式

二十世紀80年代，全球性的石油危機刺痛著人們的神經，人類開始迫切的追求新能源的開發(fā)和高效利用。世界上許多工業(yè)發(fā)達的國家開始著重太陽能光熱發(fā)電的研究，研究最初成果的主要形式就是塔式電站。但由于成本高、效用低，太陽能熱發(fā)電站的建設逐漸冷落下來。但對塔式太陽能熱發(fā)電的研究開發(fā)并未完全中止，時至今日，仍有地區(qū)使用塔式電站進行太陽能光熱發(fā)電。

3、碟式（盤式）

盤式，又稱碟式。盤式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是由許多鏡子組成的拋物面反射鏡組成，接收在拋物面的焦點上，接收器內的傳熱工質被加熱到750℃左右，驅動發(fā)動機進行發(fā)電。近年來，盤式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)主要開發(fā)單位功率質量比更小的空間電源。

盤式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)相較于光伏發(fā)電系統(tǒng)，具有氣動阻力低、發(fā)射質量小和運行費用便宜等顯著優(yōu)勢。

二、太陽能光熱發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀

（一）太陽能光熱發(fā)電的產生的背景

太陽能光熱發(fā)電的概念最早是由太陽能國際組織提出的。世界環(huán)境機構決定在印度、摩洛哥、埃及和墨西哥建立四座太陽能聯(lián)合循環(huán)電站，這一項目實施以后，國際上開始關注太陽能發(fā)電系統(tǒng)，并開始有效推行。通過諸多學者專家的研究，試驗了多種混合熱發(fā)電系統(tǒng)。伴隨著環(huán)境質量下降、空氣污染嚴重的局面，人們越來越重視節(jié)能減排，太陽能等清潔能源受到重視和推廣。

（二）國際太陽能光熱發(fā)電的現(xiàn)狀

在20世紀50年代，前蘇聯(lián)設計并建造了一個小型的太陽能塔式電站試驗裝置，直至70年代，太陽電池價格貴、效率底下，在太陽能光熱發(fā)電技術較為成熟之后，許多工業(yè)發(fā)達的國家和城市都開始關注這種發(fā)電效率高的發(fā)電方式，并不斷進行研究開發(fā)建設。太陽能光熱發(fā)電站不斷建成，但在使用后期人們發(fā)現(xiàn)太陽能發(fā)電在技術上可行，但在實際操作中，由于其投資成本高，造價高，各國都漸漸的不再投入該項技術的研發(fā)使用。20世紀80年代，美國和以色列聯(lián)合的一個公司，經過5年的研究開發(fā)槽式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)，使其成功的進入商業(yè)化階段，降低投資成本，使發(fā)電單價不斷降低。隨著規(guī)模和技術的不斷改進，有望在2020年使該項技術的發(fā)電成本降到4美分/千瓦時左右。

（三）國內太陽能光熱發(fā)電的現(xiàn)狀

由于國外太陽能光熱發(fā)電技術早于我國50年左右，導致我國的光熱發(fā)電技術在材料、設計、工藝以及理論方面均落后于國際，尚處于起步階段。在“十一五”規(guī)劃中才出現(xiàn)有關太陽能光熱發(fā)電點的相關項目。

我國從07年起逐步頒發(fā)關于可再生能源建設的相關條例，如2007年《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》中列示的在甘肅和西藏拉薩地區(qū)建設太陽能光伏電站示范項目。2010年10月，內蒙古鄂爾多斯的50MW槽式太陽能光熱發(fā)電特許權示范項目正式招標，它標志著中國光熱發(fā)電向著商業(yè)化邁出重要一步。但該項招標并未獲得投資者的青睞與追捧，在正式招標當天，僅有3家公司參與投標。這件事是中國光熱發(fā)電市場的一個縮影，我國太陽能光熱發(fā)電事業(yè)起步晚、進步緩慢，距離產業(yè)化尚有一段距離，不解決關鍵國產化的問題，該項技術難以繼續(xù)發(fā)展。

三、太陽能光熱發(fā)應用前景

三種系統(tǒng)目前只有槽式線聚焦系統(tǒng)實現(xiàn)了商業(yè)化，其他兩種處在示范階段，有實現(xiàn)商業(yè)化的可能和前景。

光熱發(fā)電技術的應用前景主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1、將太陽能光熱發(fā)電和火電廠聯(lián)合進行發(fā)電，實現(xiàn)混合式發(fā)電。

2、建設光熱發(fā)電和光伏發(fā)電相輔相成的綜合性發(fā)電站。通過同一發(fā)點區(qū)域內平衡光熱和光伏之間電力產生和傳輸，消除光伏發(fā)電存在的間歇性的問題。兩項技術相結合，降低總的發(fā)電成本。典型的熱發(fā)電和光伏發(fā)電綜合性發(fā)電站如美國的新月沙丘項目，該項目可以全天候的給礦業(yè)提供電力。

3、解決偏遠地區(qū)供電問題，建立分布式的發(fā)電系統(tǒng)，可采用槽式發(fā)電系統(tǒng)。

4、高效利用太陽能高溫高熱。太陽能光熱發(fā)電站的聚光鏡場可以用來產生蒸汽以供工業(yè)事業(yè)使用。海南樂東、臨高淡水凈化項目、廣東番禺紡織廠師范、新疆克拉瑪依稠油開采等多項項目都是工業(yè)使用的實例。

四、太陽能光熱發(fā)電應用中需解決的問題

（一）太陽能光熱發(fā)電的政策環(huán)境障礙分析

我國對太陽能光熱發(fā)電產業(yè)越來越重視，各項支持政策在逐漸的增多。但是當前的政策主要集中在：引導性政策、研發(fā)支持類政策、市場引導類政策這樣規(guī)劃類的方面。專門針對太陽能光熱出臺強有力的經濟激勵政策還沒有出臺，這也是目前制約我國太陽能光熱發(fā)電產業(yè)發(fā)展的重要瓶頸。

雖然光伏發(fā)電補貼電價并未形成法律法規(guī)，但電價在不斷的明確和下降，光伏裝機量在國內從2010年上開始高速增長，到2013年底，我國光伏裝機容量達到18.1GW。相比之下，光熱發(fā)電行業(yè)缺乏明確的電價補貼政策予以支持。

（二）技術層面需解決的問題

太陽能光熱發(fā)電是將太陽能轉化為熱能，通過熱功轉化過程發(fā)電的技術。如今，全球正在逐步推行太陽能光熱發(fā)電技術的商業(yè)化，但是我國這項技術尚處于起步階段，相關產業(yè)鏈還不完善，無法到到完全商業(yè)化的狀態(tài)。這可以看出我國的太陽能光熱發(fā)電產業(yè)在各個環(huán)節(jié)的發(fā)展還面臨不同程度的挑戰(zhàn)：

1、光熱發(fā)電站的系統(tǒng)集成技術缺乏

太陽能集熱、常規(guī)發(fā)電、傳熱蓄熱等多種系統(tǒng)集成，集合光學、熱學、材料及其機械等多個技術領域，都是太陽能發(fā)電站所涉及的的項目。這些項目的綜合應用與傳統(tǒng)的電力生產或是單純的太陽能應用都不相同，它需要跨學科、跨領域的研究人才和集成技術，更總要的是相關的集成經驗。

我國缺乏商業(yè)化的光熱發(fā)電站，僅有的幾個項目也都在實驗運行中，無成熟的集成經驗，也缺乏整個電站運營的能力。而各國氣候和環(huán)境不盡相同，在我國特殊的氣候條件下，國外的一些成熟技術和經驗能否實行還是一個未知數。

2、關鍵技術有待突破

我國太陽能光熱發(fā)電處于起步階段，核心技術屬于空白狀態(tài)，許多關鍵技術被國外壟斷，我國科技人員只能通過不斷的自主研發(fā)進行試驗，這些關鍵技術和裝備的研發(fā)和制造，直接關系著我國太陽能光熱的產業(yè)化進程，這也是成為我國太陽能光熱發(fā)電規(guī)?；l(fā)展的重要制約因素。

3、技術體系、技術標準產業(yè)服務體系還處于空白

我國的太陽能光熱發(fā)電還處于技術研發(fā)和示范階段，相關產業(yè)鏈上的產品還處于試制前期階段，未達到相應產業(yè)化標準。光熱發(fā)電處于試驗狀態(tài)，導致我法檢測相關產業(yè)的生產是否符合研發(fā)要求，產業(yè)無法得到正確回饋，不能作出相關技術改進，不能提供更好的產品服務，導致研發(fā)缺乏產業(yè)的支撐而進展緩慢，這樣的惡性循環(huán)使得我國光熱發(fā)電技術得不到有效發(fā)展。

五、太陽能光熱發(fā)電國內應對情況分析

1、隨著多家大型企業(yè)投入生產太陽能光熱發(fā)電設備，我國有望實現(xiàn)設備本土化，降低建設成本。

2、上網電價補貼、貸款擔保、財政補貼、稅收優(yōu)惠、降低進口關稅、加速折舊等相關政策有助于降低項目成本。政府的支持力度對光熱發(fā)電事業(yè)的發(fā)展來說具有十分重大的意義。在2011年國家發(fā)改委鼓勵發(fā)展新能源的政策中，譚洋能光熱發(fā)電位居首位，這表明政府對于光熱發(fā)電項目的重視程度越來越大。在今后不斷的發(fā)展中，相關實質性的細節(jié)還需要政府和企業(yè)逐步落實，不斷消除不穩(wěn)定因素的影響。

3、在政府政策的大力支持下，我國科學家對塔式、碟式、槽式三種發(fā)電技術進行深入研究，掌握其核心技術，相信我國從原材料、設備、系統(tǒng)設計及成太陽能光熱發(fā)電產業(yè)鏈的時間不會很長。

4、特高壓電網建設列入國家十二五的規(guī)劃中，建設“三縱三橫”的高壓線路可以使西北地區(qū)光熱發(fā)電站的電力輸送到東南部。

六、結語

綜上所述，我國的太陽能光熱發(fā)電技術起步晚、進展緩慢，基礎薄弱，相關關鍵材料、關鍵設備國產化程度低下。但我國政府不斷重視支持這項技術的研發(fā)，積累經驗、改進產品性能，逐步形成完善的產業(yè)鏈體系。確信在我國政府和企業(yè)的共同努力下，太陽能光熱發(fā)電站產業(yè)必將在我國能源利用中發(fā)揮越來越重要的作用，未來發(fā)展前景廣闊。

[1]張爭,夏勇.太陽能光熱發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析[J].長江工程職業(yè)技術學院學報,2013,31（1）：24-26.

[2]尹航,盧琛鈺,汪毅,等.太陽能光熱發(fā)電技術及國際標準化概述[J].電器工業(yè),2014（7）：58-60.

[3]杜鳳麗,原郭豐,常春等.太陽能熱發(fā)電技術產業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].儲能科學與技術,2013（6）：551-565.