【正文】 過大且降低造價困難，太陽能熱發(fā)電站的建設(shè)主見減少。 20世紀80年代初期，以色列和美國聯(lián)合組建了LUZ太陽能熱發(fā)電國際有限公司，集中力量研究開發(fā)槽式拋物面聚光鏡太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。1985年——1991年間，該公司在美國加州沙漠相繼建成了9座槽式太陽能熱發(fā)電站，并投入并網(wǎng)運行。經(jīng)過努力，電站的初次投資由1號電站的4490美元/kW降到8號電站的2650美元/kW,發(fā)電成本從24美分/KWh降到8美分/kWh。該公司計劃到2000年，在加州建成總裝機容量達800MW的槽式太陽能熱電站，發(fā)電成本降至5——6美分/kWh。由于1991年LUZ公司宣告破產(chǎn)，該計劃停止。 碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是世界上最早出現(xiàn)的太陽能動力系統(tǒng)。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(zhì)量更小的空間電源。盤式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用于空間，與光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，具有氣動阻力低、發(fā)射質(zhì)量小和運行費用低等優(yōu)點。太陽池太陽能熱發(fā)電最早是在以色列進行研究開發(fā)的。20世紀70年代，以色列在死海沿岸先后建造了3座太陽池太陽能熱電站，以提供全國1/3的用電量。美國也曾計劃將加州南部薩爾頓海的一部分建成太陽池，用以建造800——6000MW太陽池太陽能熱電站。后來，以色列和美國均對其太陽池?zé)岚l(fā)電計劃作了改變。1983年，西班牙建成一座太陽熱氣流（即太陽煙囪）太陽能熱發(fā)電站，發(fā)電功率50kW ，用于進行探索性試驗研究。以上5種為主要的太陽能熱發(fā)電方式。此外，以色列和美國還曾計劃建造太陽能磁流體熱發(fā)電裝置。還有一些國家開展了太陽能海水溫差發(fā)電、太陽能熱離子發(fā)電等研究。國際能源署（IEA）和以美國、俄國、德國、以色列、澳大利亞、瑞士、西班牙七國作為執(zhí)行委員會的太陽能熱動力和太陽化學(xué)能系統(tǒng)計劃（Solar PACES Program ），首先就是發(fā)展太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。 中國太陽能光熱發(fā)電進展 在國內(nèi)，隨著太陽能利用技術(shù)的迅速發(fā)展，從20世紀70年代中期開始，中國一些高等院校和中科院電工研究所等單位和機構(gòu)，也對太陽能熱發(fā)電技術(shù)做了不少應(yīng)用性基礎(chǔ)實驗研究，并在天津建造了一套功率為1kW的塔式太陽能熱發(fā)電模擬實驗裝置，在上海建造了一套功率為1kW的平板式低沸點工質(zhì)太陽能熱發(fā)電模擬實驗裝置。在北京，中科院電工研究所對槽式拋物面反射鏡太陽能熱發(fā)電用的槽式拋物面聚光集熱器也作了不少單元性試驗研究。目前中科院電工研究所建立了一套1kW碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，正在進行實驗研究。此外，80年代初，湖南湘潭電機廠與美國公司合作，設(shè)計并研制出功率為5kW 的盤式太陽能熱發(fā)電裝置樣機。2005年11月我國首座70kW塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)在南京市江寧建成并成功發(fā)電。這對我國太陽能熱發(fā)電開發(fā)應(yīng)用有著重要的意義。我國太陽能熱發(fā)電技術(shù)的研究開發(fā)工作開始于70年代末，但由于工藝、材料、部件及相關(guān)技術(shù)未能得到根本性的解決，加上經(jīng)費不足，熱發(fā)電項目先后停止和下馬。國家“ 八五”計劃安排了小型部件和材料的攻關(guān)項目，帶有技術(shù)儲備性質(zhì)，與國外差距很大。近年來，國外太陽能熱發(fā)電技術(shù)發(fā)展很快，我國也應(yīng)加大對太陽能熱發(fā)電技術(shù)的投入，加快太陽能熱發(fā)電技術(shù)的研制與開發(fā)。這對我國在太陽能領(lǐng)域的應(yīng)用開發(fā)中縮短與國外的差距有著重要的意義。 槽式太陽能光熱發(fā)電 太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，單機容量從千瓦級發(fā)展到兆瓦級。按集熱器類型的不同，聚光式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)可分為槽式系統(tǒng)、塔式系統(tǒng)和碟式系統(tǒng)。 槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，其太陽能熱輻射收集裝置占地面積比塔式和碟式系統(tǒng)的要小且槽形拋物面集熱裝置的制造所需的構(gòu)件形式不多，容易實現(xiàn)標準化，適合批量生產(chǎn)。用于聚焦太陽光的拋物面聚光器加工簡單，制造成本較低，拋物面場每平方米陽光通徑面積僅需18kg鋼和11Kg玻璃，耗材最少。：槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的裝容規(guī)模最大、效率較高，已具商業(yè)化規(guī)模且技術(shù)要求相對較低，是一種比較理想的發(fā)電技術(shù)。LUZ公司1980年開始開發(fā)此類熱發(fā)電系統(tǒng)，5年后實現(xiàn)了商業(yè)化運行。美國加利福尼亞從1991年開始運行的由9個槽式系統(tǒng)組成的太陽能熱發(fā)電站總裝機容量達354MW，年發(fā)電10TWh。隨著制造工藝的不斷改進，%%；建造費用由5976美元/KW降低到3011美元/KW。有專家預(yù)測，當(dāng)發(fā)電成本降到8美分/KWh 時，太陽能熱發(fā)電將可與常規(guī)礦物能源發(fā)電相媲美。槽式太陽能熱發(fā)電主要是借助槽形拋物面聚光器將太陽光聚焦反射到接收聚熱管上，通過管內(nèi)熱載體將水加熱成蒸汽，推動汽輪機發(fā)電?；诓凼较到y(tǒng)的太陽能熱電站主要包括：大面積槽形拋物面聚光器、跟蹤裝置、熱載體、蒸汽產(chǎn)生器、蓄熱系統(tǒng)和常規(guī)朗肯循環(huán)蒸氣發(fā)電系統(tǒng)。在太陽能熱電系統(tǒng)中配置高溫蓄熱裝置是為解決太陽能的間歇不穩(wěn)定性而設(shè)計的，它可以在太陽光充裕的時候把熱能存儲下來，當(dāng)太陽光不足時再放出熱能，實現(xiàn)電廠的持續(xù)發(fā)電。吸收器、聚光器以及跟蹤系統(tǒng)構(gòu)成槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的集熱裝置。 吸收器一般采用雙層管結(jié)構(gòu)，被置于拋物面聚光器焦線上，內(nèi)側(cè)為熱載體，外側(cè)為真空，以防熱流失。熱載體可以是水蒸氣、熱油或熔鹽。溫度一般在400℃左右，屬于太陽熱能的中低溫利用。聚光鏡是一種表面上涂有聚光材料的拋物鏡面，它的作用是將分散的低密度太陽光聚焦到吸收器上以產(chǎn)生高溫，聚光鏡性能的好壞除了與自身的制造精度有關(guān)外，還與跟蹤裝置的好壞有關(guān)。一般的太陽能發(fā)電站都采用單軸跟蹤方式使拋物面對稱平面圍繞南北方向的縱軸轉(zhuǎn)動。以便在任何情況下都能有效的反射太陽光。然而，近年來人們正在研制一種由多個小型平面反射鏡組成的環(huán)帶太陽能集熱器系統(tǒng)，這種技術(shù)可以大大降低反射鏡的制造難度，但其可靠性和經(jīng)濟性還需作進一步驗證。由多個拋物面聚光器組成的太陽能場將太陽光聚焦到吸收器將冷管中的熔鹽熱載體加熱到385℃并儲存到蓄熱器中，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)熱完畢后，熱的熔鹽載體被送往傳熱液體加熱器，與來自動力系統(tǒng)熱管的熔鹽熱載體進行換熱。熱管中的熱載體一般為水，水被加熱至300℃以上后再送回動力系統(tǒng)，同時冷管中的熔鹽也再次被送回太陽場以吸收熱能。槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)工作原理 塔式太陽能光熱發(fā)電塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的基本形式是利用獨立跟蹤太陽的定日鏡群, 將陽光聚集到固定在塔頂部的接收器上產(chǎn)生高溫, 加熱工質(zhì)產(chǎn)生過熱蒸汽或高溫氣體, 驅(qū)動汽輪機發(fā)電機組或燃氣輪機發(fā)電機組發(fā)電, 從而將太陽能轉(zhuǎn)換為電能。 塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng), 也稱集中型太陽能熱發(fā)電系統(tǒng), 主要由定日鏡陣列、高塔、吸熱器、傳熱介質(zhì)、換熱器、蓄熱系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及汽輪發(fā)電機組等部分組成, 基本原理是利用太陽能集熱裝置將太陽熱能轉(zhuǎn)換并儲存在傳熱介質(zhì)中, 再利用高溫介質(zhì)加熱水產(chǎn)生蒸汽, 驅(qū)動汽輪發(fā)電機組發(fā)電。 塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中, 吸熱器位于高塔上, 定日鏡群以高塔為中心, 呈圓周狀分布, 將太陽光聚焦到吸熱器上, 集中加熱吸熱器中的傳熱介質(zhì), 介質(zhì)溫度上升, 存入高溫蓄熱罐, 然后用泵送入蒸汽發(fā)生器加熱水產(chǎn)生蒸汽, 利用蒸汽驅(qū)動汽輪機組發(fā)電, 汽輪機乏汽經(jīng)冷凝器冷凝后送入蒸汽發(fā)生器循環(huán)使用。在蒸汽發(fā)生器中放出熱量的傳熱介質(zhì)重新回到低溫蓄熱罐中, 再送回吸熱器加熱。 塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計思想是20世紀50年代由前蘇聯(lián)提出的。1950年, 前蘇聯(lián)設(shè)計了世界上第一座塔式太陽能熱發(fā)電站的小型實驗裝置, 對太陽能熱發(fā)電技術(shù)進行了廣泛的、基礎(chǔ)性的探索和研究。據(jù)不完全統(tǒng)計,1981——1991年間, 全世界建造了兆瓦級太陽能熱發(fā)電試驗電站20余座, 其中主要形式是塔式電站, 最大發(fā)電功率為80MW。 20世紀80年代末, 安裝在意大利西西里島的,由法國、原聯(lián)邦德國和意大利等歐洲9國聯(lián)合建造的, 世界上第一座塔式太陽能熱電站并網(wǎng)運行。電站塔高50米, 占地2萬㎡ , 額定功率為1MW, 蓄熱器由硝酸鹽組成,采用了50㎡定日鏡70個、23㎡定日鏡112個。1981年, 美國在加利福尼亞州南部Barstow沙漠地區(qū)附近建成塔式太陽能熱發(fā)電站,1982年投入運行, , 共有定日鏡1818臺, 每臺定日鏡面積40㎡。中央接收器位于80m高的塔頂, 產(chǎn)生516℃的高溫蒸汽, 裝機容量10MW,是當(dāng)時世界上最大的塔式陽能熱發(fā)電站。傳熱介質(zhì)為水, 蓄熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油和石塊, 所儲存的熱量可保證4h的7MW電能輸出,保證了在惡劣的氣候條件下及夜間正常運行。 經(jīng)過一段時間試驗運行后,在SofarOne的基礎(chǔ)上又建造了Sola Two塔式太陽能熱發(fā)電站,并于1996年6月投入運行。Solar Two的參數(shù)如下: 1926塊定日鏡, 其中40㎡定日鏡1818臺,95㎡定日鏡108臺,鏡面總面積82980㎡。采用熔鹽蓄熱系統(tǒng), 有2個儲熱罐,一個儲存565℃的高溫熔鹽,另一個儲存28℃的低溫熔鹽。熔鹽可有效蓄熱, 日落后SolarTwo能夠向一萬個家庭供電3個小時。Solar Two由于增加了蓄熱系統(tǒng),使太陽塔輸送電能的負載因子高達65%。Solar Two塔式試驗電站蓄熱系統(tǒng)從1996年一直運行到1999年結(jié)束, 是目前最成熟的熔鹽蓄熱系統(tǒng)。Solar Two驗證了采用熔鹽技術(shù)可以使電站具有較好的技術(shù)和經(jīng)濟性, 極大地推進了塔式太陽能熱發(fā)電站的商業(yè)化進程。1983年西班牙工業(yè)部和能源部開始投資興建CESA一1,㎡的定日鏡300個,反射率92%。塔身為鋼混結(jié)構(gòu),高80m ,載荷能力為IO0t。目前該裝置作為實驗平臺用于試驗塔式接收系統(tǒng)的不同部件, 如定日鏡、接收器、儲熱器以及控制部分的性能。法國的THEMIS電站建于上世紀80年代, 使用熔鹽作為吸熱器和儲熱器的介質(zhì), 塔高100m,單面定日鏡面積為45㎡。該項目是為確立總體設(shè)計和部件的技術(shù)可行性, 并評價出口潛力。該電站在1983一1986年成功運行, 為未來電站的建設(shè)提供了大量的資料?，F(xiàn)已停運多年,目前定日鏡已有30%以上的玻璃無法滿足設(shè)計要求, 因此40%的定日鏡被法國電力公司收購并改造成為跟蹤光伏發(fā)電場, 其余60%左右定日鏡被重新改造,。建于西班牙Seville的PS10發(fā)電廠于2007年3月發(fā)電,發(fā)電功率lMW。該項目初期論證過采用空氣吸熱器加燃氣輪機的BRAYTON循環(huán)技術(shù),最后由于成本高和技術(shù)風(fēng)險大, 轉(zhuǎn)而采用直接產(chǎn)生蒸汽的方式。PS10塔高90m ,有981面12l㎡的定日鏡, ,%。塔式太陽能電站系統(tǒng)流程示意 線性菲涅爾式太陽能光熱發(fā)電線性菲涅爾式太陽能熱發(fā)電技術(shù)，尤其是在需要大面積鏡場安裝時，具有結(jié)構(gòu)簡單，制作、運行成本低和抗風(fēng)性能優(yōu)良等特點。線性菲涅爾反射鏡聚焦太陽能于集熱器，直接加熱工質(zhì)水。反射鏡和集熱器合稱聚光系統(tǒng)，在電站中，該聚光系統(tǒng)一般布置為三個功能區(qū)：預(yù)熱區(qū)、蒸發(fā)區(qū)和過熱區(qū)。工質(zhì)水依次經(jīng)過這三個區(qū)后形成高溫高壓的蒸汽，推動汽輪機發(fā)電。線性菲涅爾聚光系統(tǒng)由拋物槽式聚光系統(tǒng)演化而來，可設(shè)想是將槽式拋物反射鏡線性分段離散化。與槽式反射技術(shù)不同，線性菲涅爾鏡面布置無需保持拋物面形狀，離散鏡面可處在同一水平面上。為提高聚光比，維持高溫時的運行效率，在集熱管的頂部安裝有二次反射鏡，二次反射鏡和集熱管組成集熱器。線性菲涅爾式聚光系統(tǒng)的一次反射鏡，也稱主反射鏡，是由一系列可繞水平軸旋轉(zhuǎn)的條形平面反射鏡組成，跟蹤太陽并匯聚陽光于主鏡場上方的集熱器，經(jīng)過二次反射鏡后再次聚光于集熱管。二次反射鏡的鏡面形狀可優(yōu)化設(shè)計成一個二維復(fù)合拋物面。隨著電站規(guī)模的增大，達到兆瓦級時，電站需要配備多套聚光集熱單元。為避免相鄰單元的主鏡場邊緣反射鏡存在相互遮擋的情況，需要抬高集熱器的支撐結(jié)構(gòu)，相鄰單元間的距離也需增大，土地利用率較低，于是，研究者們提出了緊湊型線性菲涅爾式反射聚光系統(tǒng)的概念。相鄰的主反射鏡之間可相互重疊，消減相互遮擋的狀況，提高了土地利用率，也避免了因抬高集熱器支撐結(jié)構(gòu)所帶來的成本增加。 采用直接蒸汽式工質(zhì)加熱系統(tǒng)，即集熱管內(nèi)即為做功工質(zhì)，避免了采用中間傳熱工質(zhì)的各種技術(shù)問題，但該技術(shù)在蒸發(fā)段處存在兩相流的問題。在兩相流的區(qū)域，集熱管中的溫度分布不均勻，同一根管子上會出現(xiàn)較大的溫度梯度。參考直接蒸汽的槽式發(fā)電系統(tǒng)，直接蒸汽的菲涅爾式聚光集熱系統(tǒng)也可存在三個基本加熱模式：一次通過模式、注入模式以及循環(huán)模式。三種模式各有優(yōu)缺點：一次通過模式結(jié)構(gòu)簡單，但兩相流問題難以控制；注入模式理論上可對兩相流進行調(diào)節(jié)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要額外增加多個閥門和管道，控制也較為復(fù)雜；循環(huán)模式采用氣液分離器，可較為有效的控制兩相流的問題，可謂最為傳統(tǒng)的一種方式，系統(tǒng)的穩(wěn)定性最好，但成本也最高。目前，直接蒸汽模式的一些組件設(shè)計較為靈活，以上三種模式可結(jié)合使用。根據(jù)上述特點，從系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的角度出發(fā)，循環(huán)模式實屬優(yōu)選，但需要考慮降低其成本。表1 太陽能光熱發(fā)電方式對比槽式塔式碟式理想電站規(guī)模100MW以上100MW以上100KW（單臺）目前電站最大規(guī)模80MW10MW50KW（單臺）聚光比10——30500——3000500——6000接收器空腔式、真空管式空腔式、外露式空腔式運行溫度（℃）200——4001000——1500800——1000工質(zhì)油/水、水熔鹽/水、水、空氣油/甲苯、氦氣跟蹤方式單軸雙軸雙軸可否蓄能有限制可以蓄電池可否有輔助能源可以可以可以可否全天候工作有限制有限制可以目前最高效率（%）2828年平均效率（%）11——167——2012——25現(xiàn)有電站最低發(fā)電成本（美分/min）8聚光方式拋物面發(fā)射鏡平面、凹面反射鏡旋轉(zhuǎn)對稱反射鏡光熱轉(zhuǎn)換效率（%）706085峰值效率（%）202329單位面積造價（美元/平方米）275——630200——475320——3100單位瓦數(shù)造價（美元/W）——————發(fā)展狀態(tài)可商業(yè)化試驗示范階段試驗示范階段開發(fā)風(fēng)險低中高應(yīng)用前景可并網(wǎng)可并網(wǎng)可獨立可并網(wǎng)優(yōu)點1. 可商業(yè)化，投資成本低2. 占地最少3. 可混合發(fā)電4. 可中溫儲能1. 較