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太阳能光热发电现状及发展策略分析张小军

发表时间：2020/11/23 来源：《基层建设》2020年第22期作者：张小军

[导读] 摘要：随着科技的发展，光热发电作为光伏发电以外另一种主要的太阳能利用方式，正在逐渐影响以光伏发电为主的太阳能产业格局。

        中国能源建设集团天津电力建设有限公司天津市 300012
        摘要：随着科技的发展，光热发电作为光伏发电以外另一种主要的太阳能利用方式，正在逐渐影响以光伏发电为主的太阳能产业格局。对光热发电的深入研究与开发是从本世纪初左右才开始的，然后几年全球光热产业进入快速增长阶段，光热装机容量迅速上升，预计到未来几年全球光热发电装机规模有望达到22GW。国外在光热装机容量方面遥遥领先，而中国正处于光热发电的起步阶段，距离商业化并网运行还有一段距离。光热发电具有其自身的优势，我国太阳能资源储量丰富，发展光热发电可以缓解我国对煤炭资源的过度依赖，而且有利于电网的经济安全运行，有利于降低太阳能发电成本。不过当前我国光热发电也面临一些问题，对此文章分析了太阳能光热发电现状及发展策略。
        关键词：太阳能光热发电；现状；发展策略
        引言
        随着经济全球化进程的加快，国际能源需求与日俱增，能源和环境问题日益突出，全球各国都在积极投入对可再生能源的开发。太阳能热发电，亦称光热发电，显现出了优越性，主要体现在：可利用储能技术，通过汽轮机直接输出交流电力，不会增加电网负担，有利于电力系统的稳定；设备生产过程耗能低、污染物排放少，环境友好性强。光热技术可与其他能源形式相结合，实现大规模联合供应，近年来在世界上许多国家得到快速发展。
        1太阳能光热发电系统
        ①槽式太阳能热发电系统。槽式太阳能热发电以抛物线的光学作为基本原理，有效聚集了太阳辐射能。抛物线由纵向延伸形成抛物面，其上的太阳光聚集在一条焦线，集热管吸收太阳能，并转化为发电所需的热能。槽式太阳能热点系统的聚光比为20到80，当油作为吸热介质时其聚热温度为300-400℃，当混合硝酸盐作为吸热介质时其聚热温度为550℃。此外，为了确保系统在任何条件下都能发电，槽式热发电系统还需与储热系统搭配使用。槽式光热发电系统是首个具有商业特性的发电方式，其技术标准比较成熟，并积累了一定的操作经验，结构零件简单、系统控制容易，可以完成工业批量生产与安装任务，跟踪设施不复杂，不足是聚光效率与运行温度偏低，热能消耗偏大。②塔式太阳能热发电系统。塔式太阳能热发电是将大量定日镜布置在地面上，形成球面镜群，从而对太阳自动跟踪。在定日镜中确定建设高塔的适合位置，将接收设施安装在塔顶，各个定日镜向塔顶接收设施聚焦太阳光反射的聚焦点，升高接收设施的传热介质温度，通过管道向蒸汽发生器传输地面的蒸汽，为汽轮发电机组驱动提供动力。塔式光热发电系统拥有较高的蒸汽和热动效率，同时缩短了导热管回路，其凭借这部分优势应用于造价控制与规模化商业建设中。但由于镜面距离塔较远，增加了定日镜对焦的难度，加大了光能损耗，故而需要具有极高的精确度。③线性菲涅尔式太阳能热发电系统。该系统是槽式太阳能热发电系统的简化形式，由弹性较强的条形平面反射镜代替精度较高的曲面反射镜，条形反射镜可以对太阳活动实现追踪，并将太阳辐射聚集在吸热管，从而加热传热流体，通过热力循环实施发电。线性菲涅尔光热发电系统结构相对简单，运行方便，不会产生较大消耗，投入成本较低，但聚光比和光电效率都偏低。
        2太阳能光热发电的问题现状
        2.1聚光器的问题
        经分析可知，聚光器存在的问题如下：第一，我国制造聚光器的单位有限，需要完善检测聚光器的标准，并且生产镜面发射率水平与大聚光器的光斑发热问题存在较大差异，不能获得理想的聚光效果。第二，制造聚光器投入成本较大，安装与施工聚光器的要求较高，同时定日镜也需要投入较高的成本。第三，清洗聚光器镜面程序较为复杂，清洗次数频繁，需要消耗大量的人力，同时镜面清洁指数一定程度影响了反射率。第四，天气也会影响聚光器镜面的稳定性。
        2.2储热系统设备的问题
        一般情况下，储热系统与双罐储热系统要联合应用，需要准备高低温2个储热罐，这样就出现一些应用问题：第一，熔盐表现出储热特质，凝固点的温度较高，容易发生凝固。

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第二，导热油热的稳定性不足，当温度超过400℃，容易发生分解；第三，设计大型、高温储热罐时缺乏完善的标准；第四，要想稳定运转熔盐泵，在融化熔盐时必须加热处理热源。
        2.3光热发电技术的问题
        核心设备包括高精度聚光镜、真空集热管、储热装置、跟踪控制系统尚未在实际运营中实践，由此导致具有系统集成经验的技术人才储备欠缺，并且缺少体系标准。
        3太阳能光热发电的发展策略
        3.1提高聚光器的性能
        首先，吸收借鉴国外先进的技术，提升研究与制造聚光器的能力，编制准确的聚光器检测体系；其次，提高安装与加工聚光镜面的技术水平，并实施校正；再次，为保证聚光器的经济性，有关人员不断改进模块化制造、自动化组装等操作，并使用清洗聚光器设施，指定专业人员定期清洗；最后，挡风结构选择钢化玻璃等材料。
        3.2加强储热系统设备管理
        针对上述问题，采取合理的解决措施：第一，设计时引入防凝固措施，研究低凝固点三元盐等介质；第二，切换对镜场的控制模式，研究高温硅油等；第三，借鉴国外设计标准；第四，引进国外融化热源设备。
        3.3加强研发投入，掌握太阳能光热发电关键技术
        积极参与国际交流，学习国外尤其是美国、西班牙等国家对于大规模光热电站运营维护的技术与经验。同时尝试商业化运营，实现光热发电规模化，建造中等甚至大规模光热电站，探索开发、设计、施工、调试、运维经验，为我国未来建设大规模光热电站做好技术及经验准备。从国际研发热门技术来看，控制系统、涂层、辐射吸收材料、聚光镜、热循环等技术是专利申请数量较多的研究热点，因此建设关键设备检测实验室，如集热管热学测试、集热管光学性能测试、聚光镜光学性能测试、镜面对焦精度测试等是目前适应科研及市场需求的重要一步。
        3.4加强太阳能光热电站的规划
        未来太阳能光热发电装机容量必将逐年增加，电能的大规模存储尚未解决，仅仅靠光热电站单方面的储能设备难以将大量的电能完全存储，所以，必须加强科学统一规划。电力部门需要做好发电预测工作，考虑负荷的变化曲线与变化趋势，制定有实际可操作性的光热发电近期、中期和长期规划，实现高参数、大容量、连续发电，在保证电能质量的同时，减少对光热发电及其他新能源发电的浪费。在光热电站选址问题上，优先考虑年日照小时数大于2500h的西北部地区，这些地区日照充足，而且人口密度较小，地势以高原盆地为主，聚光镜产生的光照散射对建筑、环境影响不大。但风沙的侵蚀可能会对聚光镜面和控制设备造成一定的影响，在这些地区建设光热电站时，应充分考虑当地环境因素，提供专门的防风沙保护措施，提高电站使用寿命。
        结束语
        随着各国政策的引导，光热发电的开发规模不断增加，其在世界能源结构中将占据不可忽视的一部分。积极制定光热电站选址规划，推进光热电站并网运行，已成为我国保障能源安全，实现节能减排目标的现实选择。在加强国际交流，开展实验项目研究，掌握先进技术，推动光热发电商业化运行的模式下，降低发电成本，提升管理质量，能够有效地扩大光热发电的规模，降低上网电价。届时，太阳能光热发电就可以实现大规模并网发电，并且能够有效地维护电网的安全稳定运行，给电力工业和国民经济带来不可忽视的影响。
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