聚光太阳能热发电技术及其发展前景分析

       能源是国民经济的命脉，在社会的可持续发展过程中起着举足轻重的作用。太阳能作为可再生能源，以其分布广泛、清洁、永久等特点成为最理想的替代能源，得到世界各国的广泛重视与研究，其中太阳能发电是研究的重中之重。

       太阳能发电主要分为光伏发电与热发电两种基本形式。热发电又称为聚焦型太阳能热发电(ConcentratingSolarPower，CSP)，利用镜面的聚焦作用将太阳能的热量收集起来，通过换热装置提供高温蒸汽，推动汽轮机进而带动发电机发电。按照太阳能采集方式，热发电可划分为：槽式、碟式、塔式3种。

       1 槽式、碟式、塔式热发电简介

       1.1 槽式太阳能热发电系统

       槽式太阳能热发电系统是将多个槽型抛物面聚光集热器串联或并联排列而成，槽型抛物面反射镜将太阳光聚焦到线性集热管上，加热传导液产生高温高压蒸汽，推动汽轮机带动发电机发电。槽式太阳能热发电系统的反射镜镜面为单曲抛物线，聚光形式为线聚光。槽式太阳能热发电装置如图1所示。

       槽式太阳能热发电系统与碟式、塔式相比结构相对紧凑，集热器等装置一般安装于地面，安装维护较方便，且经济效益不受生产规模的限制，是目前最成熟的太阳能热发电技术。据统计，截至2009年，全世界运行的太阳能槽式热发电站占全部太阳能热发电站的88%，占在建项目的97.5%。

       由于槽式抛物面聚光集热器是一种线聚焦集热器，其主要缺点是集热器散热面积大，输热管道复杂，热损失较大。

       1.2 碟式太阳能热发电系统

       碟式太阳能热发电系统是采用碟状抛物面反射镜，将太阳光聚焦到集热器上，传热介质流经集热器被加热，驱动汽轮机运转，进而带动发电机发电，一般在焦点上安装斯特林发电机发电。碟式太阳能热发电系统的反射镜镜面为双曲抛物面，聚光形式为点聚光。碟式太阳能热发电装置如图2所示。

       由于槽式抛碟式太阳能热发电系统为点聚光，聚光面积小，发电效率高，最高可达29.4%;系统占地面积小，制造成本低，单机容量一般为5～25kW，适合建立分布式能源系统。

       碟式太阳能热发电系统由于规模较小，所以初投资较高，商业化程度较低。

       1.3  塔式太阳能热发电系统

       塔式太阳能热发电系统是采用众多定向反射镜，将太阳光发射到设置于高塔顶端的集热器上，加热集热器中的水产生水蒸气，驱动蒸汽机启动汽轮机进而带动发电机发电。塔式发电系统的反射镜一般为平面镜。塔式太阳能热发电装置如图3所示。

       塔式太阳能热发电系统反射镜制备相对简单，聚光倍数高，热转化率高，可以实现大功率发电。但其造价高，可靠性有待加强。

       2  聚光太阳能热发电技术的发展现状及趋势

       2.1  国外太阳能热发电发展现状

       1950年，苏联设计制造了世界上第一座塔式太阳能热发电站的小型实验装置;20世纪80年代～90年代初，太阳能热发电进入发展高峰期，据统计，期间兴建的功率大于500kW以上的太阳能热发电站就有20多座。随后10年，由于太阳能热发电站建设投资大，造价高，热发电进入低谷期;近年由于能源危机和环境恶化，太阳能热发电又引起人们的重视，重新进入了一个研究高峰期。

       2007年，西班牙设计制造的PS10太阳能热发电塔是欧洲首座商业用塔式太阳能热发电站，装机容量11MW，年平均发电效率可以达到10.5%;2009年PS20太阳能热发电站正式动工，预计2013年竣工，到时候可以满足18万个家庭日常需求用电量。

       2.2  国内太阳能热发电发展现状

       我国太阳能热发电技术起步较晚，直到20世纪70年代才开始一些基础研究，近些年在国家政策的扶持带动下太阳能热发电技术发展取得了一定的进步，但是与发达国家相比，仍存在较大差距。

       2005年10月江苏南京70kW塔式太阳能热发电系统成功并网发电;2010年12月，我国首座兆瓦级太阳能热发电站大唐天威10MW太阳能热发电试验示范项目开工;2011年2月，内蒙古鄂尔多斯50MW槽式太阳能热发电站完成示范招标，计划投资16亿元，年发电1.2亿kW•h。目前，由中国科学院电工研究所在北京市延庆县进行的1MW塔式太阳能热发电项目正在实验中。中国建筑材料科学研究总院玻璃院与西安航空动力有限公司合作的碟式太阳能热发电示范线已经建成，兰州大成科技有限公司、北京电影机械研究所、益科博能源科技(上海)有限公司等一系列太阳能热发电项目都在研究开发当中。

       2.3  太阳能热发电发展趋势

       由于目前太阳能热发电的成本和传统能源发电成本相比较高，因此能否大幅度降低发电成本是其能否实现商业化的关键。随着聚焦式太阳能热发电技术的迅猛发展，槽式太阳能热发电以其成熟的技术得到各大能源公司的青睐，降低成本、优化结构、提高效率是今后槽式热发电技术的主要目标。

       3  结语

       在能源日渐缺少和环境恶化的形势下，太阳能热发电作为一种完全清洁的发电方式必将得到大力发展。在国家政策的重视和大力支持下，随着各种技术瓶颈的解决和成本的降低，太阳能热发电必将得到广泛应用。

光热发电目前没什么前景，主要是系统过于复杂，维护困难