太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)分析

周李慶

（西藏自治區(qū)能源研究示范中心，西藏 拉薩 850001）

能源問(wèn)題已經(jīng)成為當(dāng)前我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中所面臨的一項(xiàng)重要問(wèn)題，尤其是化石燃料趨于枯竭，能源危機(jī)日益加劇，這就給人類(lèi)社會(huì)的持續(xù)發(fā)展形成嚴(yán)重制約，人類(lèi)社會(huì)試圖通過(guò)可再生能源開(kāi)發(fā)來(lái)緩解生態(tài)問(wèn)題。太陽(yáng)能作為一種清潔能源，具有優(yōu)良的發(fā)展空間，因而探討太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)具有一定現(xiàn)實(shí)意義。

1 太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)

太陽(yáng)能為清潔型能源，空間分布穩(wěn)定性不足，因而太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)與利用難度較大。近年來(lái)隨著太陽(yáng)能利用技術(shù)的不斷進(jìn)步，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)得以形成，以聚光器、吸收器、跟蹤和熱能存儲(chǔ)技術(shù)為代表。對(duì)這四種技術(shù)進(jìn)行比較，聚光器技術(shù)與吸收器技術(shù)的價(jià)值在于獲取大量太陽(yáng)光源，但卻無(wú)法有效解決太陽(yáng)光熱能的分布不穩(wěn)與低密度等問(wèn)題。熱能存儲(chǔ)技術(shù)在于收集太陽(yáng)光源的同時(shí)，能夠通過(guò)有效方式控制熱量損失，從而滿足后期能源需求［1］。正因?yàn)樘?yáng)能的密度較低且分布不穩(wěn)定，因而太陽(yáng)能資源的獲取難度較大，開(kāi)發(fā)利用成本較高，但實(shí)際上太陽(yáng)能熱發(fā)電前期投入完成后，后期所帶來(lái)的收益將是非常可觀的，政府對(duì)太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)的支持力度也比較大。為實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)的推廣應(yīng)用，當(dāng)前須要致力于新材料研發(fā)，科學(xué)控制太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)的研發(fā)開(kāi)發(fā)成本。近年來(lái)在科學(xué)技術(shù)的支持下，太陽(yáng)能光伏電池技術(shù)與聚光太陽(yáng)能技術(shù)得以形成，并在太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)中扮演著重要的角色［2］。

2 太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)常見(jiàn)模式對(duì)比分析

在太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)研究過(guò)程中，太陽(yáng)能電池片企業(yè)已初具規(guī)模，并將太陽(yáng)能電池片分為多種類(lèi)型，包括結(jié)晶系、多結(jié)合系、有機(jī)系等，其中結(jié)晶硅型的應(yīng)用較為廣泛。隨著科技研發(fā)力度不斷加大，太陽(yáng)能熱發(fā)電模式趨于多樣化，太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)逐步邁進(jìn)新的階段，以集熱器作為關(guān)鍵技術(shù)形態(tài)，按照類(lèi)型不同將集熱器分為平板型光伏發(fā)電系統(tǒng)和聚光型光伏發(fā)電系統(tǒng)。

2.1 平板型光伏發(fā)電系統(tǒng)

平板型光伏發(fā)電系，其組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包括太陽(yáng)能電池板、直流保護(hù)與匯集系統(tǒng)、交流保護(hù)與開(kāi)關(guān)系統(tǒng)等，該系統(tǒng)的運(yùn)行以匯線箱為關(guān)鍵點(diǎn)，在逆變器的作用下，直流電源向單相或三相交流電轉(zhuǎn)變，交流電的電壓與頻率趨于符合。一般情況下，大規(guī)模并網(wǎng)型光伏電站中，平板型光伏發(fā)電系統(tǒng)具有良好的適用性，實(shí)際應(yīng)用中為保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，需設(shè)計(jì)好直流線路、交流線路等，并以單軸或雙軸追蹤系統(tǒng)來(lái)協(xié)調(diào)作用，旨在延長(zhǎng)照射時(shí)間，以提高利用率，從而提高太陽(yáng)發(fā)電效果。在追蹤原理下，組件的驅(qū)動(dòng)是依靠太陽(yáng)方位角旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，由此可知平板型光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)地理位置要求較高。但其優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工便捷，所需材料成本日趨下降，綜合投資成本可控。但平板型光伏發(fā)電系統(tǒng)也存在一定的不足，其運(yùn)輸成本高、維護(hù)難度大，且實(shí)際發(fā)電效率并不理想［3］。

2.2 聚光型發(fā)電系統(tǒng)

聚光型發(fā)電技術(shù)屬于一種規(guī)模較大的光伏發(fā)電技術(shù)，在并網(wǎng)型太陽(yáng)能發(fā)站的應(yīng)用價(jià)值較高，且此類(lèi)電廠的規(guī)模約為兆瓦以上。聚光型發(fā)電技術(shù)具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性，便于維護(hù)，對(duì)占地面積要求不高，在場(chǎng)地方面無(wú)平整度等限制。按照類(lèi)別的不同，可將聚光型發(fā)電系統(tǒng)劃分以下三種類(lèi)型：

2.2.1 槽式聚光熱發(fā)電系統(tǒng)。該技術(shù)實(shí)際應(yīng)用時(shí)間比較早，與其他技術(shù)相比也比較成熟，是聚光型發(fā)電系統(tǒng)中的重要技術(shù)形式。該技術(shù)用聚光器為槽型拋物面，當(dāng)太陽(yáng)光聚焦于此后反射至聚熱管，在管內(nèi)熱載體的作用下，水受熱形成水蒸氣，帶動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。就槽式聚熱發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用來(lái)看，其集熱主要是通過(guò)拋物面槽型反光鏡、熱接收器、集熱器等基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。

2.2.2 塔式聚光熱發(fā)電系統(tǒng)。塔式聚光技術(shù)的應(yīng)用，在聚光周?chē)荚O(shè)定日鏡陣反射的作用下，接受器聚焦太陽(yáng)光，內(nèi)部促進(jìn)熱能轉(zhuǎn)化，隨著渦輪機(jī)的驅(qū)動(dòng)，發(fā)電機(jī)得以運(yùn)行發(fā)電。塔式聚光熱發(fā)電系統(tǒng)可與傳統(tǒng)熱燃煤電廠協(xié)調(diào)作用，建立循環(huán)蒸汽渦輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2.3 蝶式斯特林聚光熱發(fā)電系統(tǒng)。蝶式斯特林聚光熱發(fā)電系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包括旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡、吸熱器、跟蹤裝置及熱功能轉(zhuǎn)換裝置等，將這些裝置安裝于雙軸跟蹤支撐裝置上，在保證定項(xiàng)跟蹤的同時(shí)，促進(jìn)了發(fā)電的形成，并且持續(xù)發(fā)電。蝶式斯特林聚光熱發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于，不僅具有塔式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，還彌補(bǔ)了塔式吸熱器熱損方面的不足，后期維護(hù)難度較小，便于成本控制，在實(shí)際應(yīng)用中可滿足大規(guī)模應(yīng)用需求。但與此同時(shí)，蝶式斯特林聚光熱發(fā)電系統(tǒng)也存在一定的不足，其在實(shí)際應(yīng)用中需要占據(jù)較大的面積，發(fā)電過(guò)程中消耗材料較多，且發(fā)電效率并不是十分理想［4］。

通過(guò)對(duì)三種不同類(lèi)型聚光式熱發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行分析，明確其在規(guī)模、成本、運(yùn)行維護(hù)、年凈效率等方面的實(shí)際情況并進(jìn)行對(duì)比，可知槽式熱發(fā)電系統(tǒng)更具應(yīng)用性與經(jīng)濟(jì)性。

3 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)今社會(huì)環(huán)境下，能源危機(jī)日趨嚴(yán)重，以化石燃料獲取能源的企業(yè)紛紛致力于太陽(yáng)能熱發(fā)電的技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)，以緩解經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源危機(jī)之間的矛盾。中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中對(duì)能源的需求較大，結(jié)晶硅太陽(yáng)能電池及其組件的生產(chǎn)規(guī)模也比較大。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，未來(lái)太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)將不斷完善，成本也會(huì)有所降低，并在電網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。