太陽能熱發(fā)電基本原理

　　太陽能熱發(fā)電是利用太陽能聚光器先將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為熱能，然后經(jīng)過各種方式轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)形式。

　　太陽能熱發(fā)電包括： 聚光太陽能熱發(fā)電（CSP）、太陽能半導(dǎo)體溫差發(fā)電、太陽能煙囪發(fā)電、太陽池發(fā)電和太陽能熱聲發(fā)電等。

　　聚光太陽能熱發(fā)電（CSP）是目前已經(jīng)商業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用的技術(shù)形式。

　　CSP是通過“光-熱-功”的轉(zhuǎn)化過程實(shí)現(xiàn)發(fā)電的一種技術(shù)形式，其在原理上和傳統(tǒng)的化石燃料電站類似。二者最大的區(qū)別在于輸入的能源不同，太陽能熱發(fā)電采用的是太陽能： 聚光器將低密度的太陽能轉(zhuǎn)換成高密度的能量，經(jīng)由傳熱介質(zhì)將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，通過熱力循環(huán)做功，實(shí)現(xiàn)到電能的轉(zhuǎn)換。

　　太陽能光熱發(fā)電的原理是，通過反射鏡將太陽光匯聚到太陽能收集裝置，利用太陽能加熱收集裝置內(nèi)的傳熱介太陽能光熱發(fā)電的原理是，通過反射鏡將太陽光匯聚到太陽能收集裝置，利用太陽能加熱收集裝置內(nèi)的傳熱介質(zhì)（液體或氣體），再加熱水形成蒸汽帶動或者直接帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。光熱發(fā)電有槽式、塔式和碟式三種系統(tǒng)。

　　槽式

　　1、點(diǎn)聚焦技術(shù)： 定日鏡自動跟蹤太陽，聚焦的陽光反射到位于塔頂?shù)奈鼰崞鲀?nèi)。吸熱器加熱管內(nèi)的傳熱介質(zhì)，將太陽光能轉(zhuǎn)變成熱能，再通過熱力循環(huán)實(shí)現(xiàn)發(fā)電。

　　2、聚光比300-1000。系統(tǒng)綜合效率高。

　　3、吸熱器類型： 水/蒸氣、熔鹽、空氣等商業(yè)化初期的電站多使用水/蒸作為工作介質(zhì)（主要考慮到技術(shù)風(fēng)險較小、結(jié)構(gòu)相對簡單）

　　4、傳熱介質(zhì)的工作溫度范圍在250~1200C，可采用汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)。

　　塔式

　　1、線聚焦技術(shù)： 采用拋物面槽式反射鏡將太陽光聚集到位于焦線的吸熱管上，加熱管內(nèi)的傳熱工質(zhì)（油或水），然后經(jīng)熱交換器產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。

　　2、聚光比在70-80之間; 系統(tǒng)綜合效率較低

　　3、吸熱器內(nèi)工作介質(zhì)： 合成油、水等，當(dāng)前介質(zhì)的工作溫度一般在400C以內(nèi)。

　　4、美國354MWSEGS電站建于上個世紀(jì)80年代，至今已運(yùn)行20多年。

　　碟式

　　1、點(diǎn)聚焦技術(shù)： 利用旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡，將入射陽光聚集在鏡面焦點(diǎn)處在該處可放置太陽能吸熱器吸收熱能加熱工質(zhì)驅(qū)動汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，也可放置太陽能斯特林發(fā)電裝置或高倍比聚光光伏系統(tǒng)（CPV）直接發(fā)電。

　　2、聚光比1000-3000; 系統(tǒng)效率高

　　3、單機(jī)規(guī)模小，非常適合分布式發(fā)電。今年1月份全球首座商業(yè)化碟式斯特林系統(tǒng)在美國投入運(yùn)行，總?cè)萘?.5MW，由60個單機(jī)25kW的系統(tǒng)組成。

　　4、截至2010年10月，美國加州批準(zhǔn)了總計1372.5MW的碟式斯特林電站項(xiàng)目。

　　太陽能有兩種利用途徑：一種通過光電池把太陽輻射轉(zhuǎn)化為電能，常見的利用途徑是太陽能電池；另外一種通過太陽能集熱器把太陽輻射轉(zhuǎn)化為熱能，最簡單的就是居家使用的屋頂熱水器。

　　利用太陽熱能發(fā)電目前已成為全球風(fēng)險投資的一個重點(diǎn)領(lǐng)域，其原理是通過聚光裝置把太陽光線聚集在裝有某種液體的管道或容器。借助太陽熱能，液體被加熱到一定溫度，產(chǎn)生蒸汽然后驅(qū)動渦輪機(jī)發(fā)電，熱能轉(zhuǎn)化為電能。這種發(fā)電方式被人們稱為太陽能熱發(fā)電。

　　由于太陽能熱發(fā)電需要充足的太陽直接輻射才能保持一定的發(fā)電能力，因此沙漠是最理想的建廠選址地區(qū)。與傳統(tǒng)的電廠相比，太陽能熱電廠具有兩大優(yōu)勢：整個發(fā)電過程清潔，沒有任何碳排放；利用的是太陽能，無需任何燃料成本。

　　太陽能熱發(fā)電還有一大特色，那就是其熱能儲存成本要比電池儲存電能的成本低得多。舉例來說，一個普通的保溫瓶和一臺筆記本電腦的電池所存儲的能量相當(dāng)，但顯然電池的成本要高得多。能夠?qū)⑻枱崮軆Υ?，就意味著太陽能熱電廠可以克服傳統(tǒng)電廠發(fā)電可能中斷的弊端。

　　然而，價格成為影響太陽能熱發(fā)電推廣的一大障礙。例如，在美國西南部，考慮聯(lián)邦稅收優(yōu)惠之后，太陽能熱電廠的電價約合每度13美分到17美分。美國能源部已經(jīng)設(shè)定目標(biāo)，力圖到2015年把太陽能熱發(fā)電的電價降到每度7美分到10美分，到2020年進(jìn)一步降到每度5美分到7美分，以使太陽能熱發(fā)電可以與煤電等傳統(tǒng)發(fā)電方式相競爭。

　　實(shí)驗(yàn)電站

　　亞洲首座太陽能熱發(fā)電實(shí)驗(yàn)電站——歷經(jīng)6年科研攻關(guān)和施工建設(shè)，我國首個、亞洲最大的塔式太陽能熱發(fā)電電站——八達(dá)嶺太陽能熱發(fā)電實(shí)驗(yàn)電站在延慶建成，并于2012年8月成功發(fā)電。這也使我國成為繼美國、西班牙、以色列之后，世界上第四個掌握太陽能熱發(fā)電技術(shù)的國家。

　　作為國家“863”計劃重點(diǎn)項(xiàng)目，整個項(xiàng)目研發(fā)從2006年年底啟動，實(shí)驗(yàn)電站部分于2009年7月破土動工。由于國內(nèi)沒有先例，項(xiàng)目開始時沒有技術(shù)參數(shù)、設(shè)計規(guī)范，光是定日鏡的設(shè)計，就經(jīng)歷了四代研究才最后定型。

　　該實(shí)驗(yàn)電站位于八達(dá)嶺鎮(zhèn)大浮坨村，熱發(fā)電實(shí)驗(yàn)基地占地208畝，基地內(nèi)包括一個高119米的集熱塔和100面共1萬平方米的定日鏡。此次集熱塔正式竣工后，原來被放置在鋼塔上的吸熱器被成功安裝到集熱塔塔頂，正式投入使用。

　　2013年6月，該電站發(fā)電可并入國家電網(wǎng)。下半年，電站還將開始建設(shè)1兆瓦槽式熱發(fā)電系統(tǒng)，投入使用后，發(fā)電量將進(jìn)一步增加。