試論我國太陽能熱發電技術的發展

王建斌

摘 要：太陽能熱發電是利用聚光器將太陽輻射能匯聚，通過熱功循環來發電的技術。目前太陽能熱發電有條件逐步成為擔當基礎電力負荷的新能源，成為我國新能源的重點發展對象。對太陽能熱發電技術的主要類型和工作原理進行了闡述，分析了國內太陽能熱發電技術的發展現狀，簡單指出了國內太陽能熱發電存在的問題，嘗試著給出了幾點建議。最后，展望了國內太陽能熱發電產業的發展前景。

關鍵詞：太陽能 太陽能熱發電技術 發展現狀 發展前景

中圖分類號：TM615 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）03（b）-0030-02

Abstract：Solar thermal power generation is a technology that use condensers to gather solar radiation and generate electricity through the thermal power cycle.At present， solar thermal power generation has gradually become a new energy source for basic electric power and the key object in energy domain.The main types and working principles of solar thermal power technology are elaborated . The development status and the problems of the solar thermal power technology in China are analyzed.And several suggestions are given.Finally，the development of domestic solar thermal power generation industry is prospected.

Key Words：Solar energy； Solar thermal power generation technology； Development status； Development prospect

太陽能熱發電是將太陽能轉化為熱能，再將熱能轉化為電能的一種新能源應用技術。它利用各種聚光鏡聚集太陽輻射，加熱導熱介質，經熱交換后產生高溫高壓的蒸汽，驅動汽輪機機組發電。通過熱交換器后的導熱介質流體返回集熱場再次加熱，同時在系統中設置儲熱罐，存儲富余的熱能，在太陽能不足時對系統進行補給，從而加大了太陽能的利用效率[1]。

目前世界太陽能熱發電的主要市場在西班牙、美國和中東-北非地區，一些新興的太陽能熱發電市場在南非、南美、澳大利亞、印度和中國[2]。中國計劃到2020年底，太陽能年利用集熱面積達到8億m2，太陽能熱發電裝機達到500萬kW。

1 太陽能熱發電技術類型

太陽能熱發電技術可分為聚光集熱型技術和非聚光集熱型技術。聚光集熱型技術主要包括塔式、槽式、碟式和菲涅爾式四類，非聚光集熱型技術主要包括太陽池和太陽能熱氣流發電。

1.1 塔式太陽能熱發電技術

塔式太陽能熱發電，是利用大規模的定日鏡形成的定日鏡場陣列，將陽光反射到位于中心接收塔頂部的吸熱器，加熱傳熱介質，經熱交換后產生蒸汽，以驅動汽輪機發電。按傳熱工質分類，塔式太陽能熱發電系統主要有空氣、水、熔融鹽等形式，其中空氣作介質時采用多孔體傳熱方式，水或熔融鹽作介質時采用管流換熱方式。

1.2 槽式太陽能熱發電技術

槽式太陽能熱發電，是將大量的槽型拋物面聚光集熱器串并聯排列構成方陣，聚焦太陽能至真空集熱管，輸送至熱交換器加熱工質，產生過熱蒸汽驅動汽輪機發電。

槽式發電系統目前技術相對成熟，應用最為廣泛，結構部件簡單，易于實現工業標準化批量生產和安裝，對太陽的跟蹤系統通常采取單軸跟蹤系統，跟蹤裝置較為簡化，并且出功均衡、并網友好，但其聚光比小，抗風性略差[1]。

1.3 碟式太陽能熱發電技術

碟式太陽能熱發電，使用旋轉拋物面反射器將分散的陽光聚焦于一點，為斯特林發電機提供熱能。斯特林發電機由斯特林熱機和線性往復發電機兩個部分組成。斯特林熱機工作時，氣體介質與活塞、置換塞及熱核的相互作用使氣體在氣缸內完成“等溫壓縮—等容升溫—等溫膨脹—等容冷卻”的斯特林循環，使活塞和置換塞形成有相位差的正弦往復振動，將熱能轉換為機械能。線性往復發電機動子受活塞或置換塞驅動做正弦往復運動，從而形成正弦變化的磁場發電，完成機械能到電能的轉換[3]。

1.4 線性菲涅爾式太陽能熱發電技術

線性菲涅耳式太陽能熱發電，是通過跟蹤太陽運動的條形反射鏡將太陽輻射聚集到吸熱管上，加熱傳熱流體，并通過熱力循環進行發電。

線性菲涅爾式發電系統風載荷低，結構簡單，反射鏡布置緊密，用地效率更高。吸熱管無需進行真空處理，降低了技術難度和成本，因此系統總成本相對較低。但是由于聚光比低，運行溫度不高，因此系統效率不高。

1.5 太陽池熱發電技術

池水不同深度位置的含鹽量不同，利用此特性可產生溫度梯度，再通過熱交換加熱介質，實現熱功循環，驅動汽輪機機組發電。

太陽池構造的理論基礎：由于重力作用上層液體鹽分濃度比下層液體鹽分濃度低，穩定分層，上層充當保溫層，下層鹽分濃度高的溶液在太陽輻射的作用下溫度不斷升高直到達到最大值。

1.6 太陽能熱氣流發電技術

利用太陽能溫室效應，加熱太陽能集熱棚中的空氣，熱空氣在天棚中央的煙囪中上升，上升氣流帶動空氣透平發電機發電。

太陽能集熱棚是一個地面空氣集熱器，是一個近地面一定高度、罩著透明材料的大棚。陽光透過透明材料直接照射到大地上，大約有50%的太陽輻射能為土壤所吸收，其中1/3的熱量加熱罩棚內的空氣，1/3的熱量用于反射輻射和對流熱損失。大地就是太陽能熱氣流電站的蓄熱槽。

2 國內太陽能熱發電發展現狀

在我國，太陽能熱發電起步較晚，發展較為緩慢，發展現狀有以下特點。

2.1 尚處于系統示范階段

國外太陽能熱發電技術研究已開展50多年，而我國太陽能光熱發電起步相對較晚，直到20世紀70年代才開始一些基礎研究[4]。

2.2 建設成本相對較低

由于材料、人工、土建等成本低，所以我國建造大規模太陽能光熱電站的建設成本明顯低于國外。

2.3 示范項目重磅出臺

2016年9月13日，國家能源局發布《關于建設太陽能熱發電示范項目的通知》，共20個項目入選國內首批光熱發電示范項目名單，總裝機容量1349MW，我國光熱發電已經到了新的歷史轉折點。

3 國內太陽能熱發電存在的問題及建議

目前國內太陽能熱發電產業正處于起步階段，尚未形成產業規模，工程造價較高，技術裝備制造能力弱，缺乏系統集成及運行技術狀況，未攻克關鍵技術裝備，形成完整產業鏈和系統集成能力。

出現這些問題的原因，一方面是國內太陽能熱發電技術不夠成熟，另一方面是國家太陽能熱發電政策方面存在缺陷，影響了國內太陽能熱發電技術的高速發展。

對此，提出幾點建議：（1）建立相關研究機構，加強國際交流，完善技術短板；（2）完善相關保障政策制度，確保項目順利實施；（3）建立合理完善的產業服務體系，明朗投資經營政策環境[5]。

4 太陽能熱發電產業的發展前景

國際上，美國、西班牙等國太陽能熱發電產業已蓬勃發展，商業化運營趨于成熟。在我國清潔能源中，太陽能熱發電有條件逐步擔當起基礎電力負荷，成為我國新能源的重點發展對象。

雖然目前我國太陽能熱發電剛剛起步，但國家十分重視太陽能熱發電產業的發展。且與光伏發電、風電等新能源相比，太陽能光熱發電具有諸多優點：（1）太陽能光熱發電在一定程度上解決了儲能問題，可實現24h連續發電，避免像光伏發電、風電那樣出現嚴重的棄光棄風現象[6]。（2）光伏發電和風電在接入電網時具有不穩定性，而光熱發電產業鏈除去聚光集熱部分，后半部分與火電一致，在接入電網時穩定可靠。（3）在電力調度方面，光熱發電具有更好的峰谷適應性，可以作為調峰能源。

在政策支持、行業商會大力推動以及企業積極參與下，我國太陽能熱發電迎來巨大發展機遇。“十三五”時期，我國太陽能熱發電裝機規劃了500萬kW，隨著示范項目的落地，市場前景可期[6]。

5 結語

盡管中國太陽能熱發電起步晚，發展緩慢，商業化規模小，但在政府有關政策支持下，外加其比起光伏發電和風電存在諸多優勢，太陽能熱發電具有巨大發展潛力。由于處在起步階段，問題是不可避免的，這就需要國家全力支持，方能使熱發電行業穩定發展。此外，引進國外熱發電站先進技術，完善國內研究機構，培養一批可以全面掌握先進熱發電技術的人才，都對國內熱發電行業發展具有重要意義。

參考文獻

[1] 李木茁.青海光熱發電示范項目實施情況監管調研報告[N].中國能源報，2018-01-08.

[2] 劉亞蘭，韋建德，張雅娟.太陽能熱發電技術的發展現狀[J].企業改革與管理，2015（7）：117-118.

[3] 王鼎，時雨，胡婧婷，等.太陽能熱發電技術綜述及其在我國適用性分析[J].電網與清潔能源，2016，32（9）：151-156.

[4] 袁煒東.國內外太陽能光熱發電發展現狀及前景[J].電力與能源，2015，36（4）：487-490.

[5] 唐海濤，周兵，向樹民.中國太陽能熱發電產業的發展現狀及前景[J].能源與節能，2014（12）：84-86.

[6] 葉偉.光熱發電破障前行，或成新能源發展重頭戲[N].中國高新技術產業導報，2017-03-20.