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持续创新的太阳能热发电技术(动力篇)持续创新的太阳能热发电技术(动力篇)
持续创新的太阳能热发电技术 (动力篇)
张 建 城
(北京 邮编:100068)
摘要:
自太阳能聚热技术 1912 年在开罗正式应用至今,已被证明是完全可以与化石能源竞争的可再生能源技
术。太阳能热发电与普通燃煤热发电非常相似,只是增加了太阳能聚光器部分。已经运行近三十年的太阳
能热发电站证明,其经济性完全可与普通热电竞争,若考虑技术进步和环境效益,无凝太阳能热发电技术
将挑战消耗化石能源的各种电力生产技术。太阳能热发电技术根据聚光技术的不同主要区分为槽式、塔式、
碟式、反射菲涅尔四种,其中槽式太阳能热发电技术已经实现商业化运行,与此同时,不同动力模式的太
阳能热发电技术相继出现,既有传统的蒸汽郎肯循环热发电,也包括有机郎肯循环热发电、布雷顿循环热
发电和斯特林外燃动力发电等模式。为更深入了解太阳能热发电,本文根据动力模式简要介绍了不同类型
的太阳能热发电技术及其发展动态。
关键词:多模式 太阳能 热发电 优势 创新
太阳能热发技术除了以聚光技术区分为槽式、塔式、碟式、反射菲涅尔四种外,根据动力工质以及所采
用的动力模式可以区分为蒸汽朗肯循环动力、有机郎肯循环动力、布雷顿循环动力以及斯特林外燃动力四
种热电转换模式。由于太阳能聚光装置可以依据动力模式分别提供高达 300 至 1000 度的中高温热源,因
此不同模式的热动力机均可以为不同类型的太阳能聚光技术所选择。目前,我国太阳能热发电产业尚处于
起步阶段,无论在人才培养、技术储备、系统设计、装备制造等诸多反面相比光伏发电存在更多的空白、
未知和探索。为了使参与或准备进入该行业的企业家和技术人员更深刻地了解和认识太阳能热发电技术,
本文根据传热工质和动力模式分别对现有技术及其创新作简要介绍。
一、太阳能蒸汽朗肯循环热发电技术
太阳能蒸汽朗肯循环热发电和燃煤热发电除了热源获取方式和热能存储不同外,其余几乎完全相同,正
因为如此,我国基于燃煤电站在系统设计、装备制造等方面具有的较强的市场竞争力,为太阳能热发电的
发展奠定了基础。太阳能蒸汽朗肯循环热发电的优点是技术成熟,工况温度高,压力大,能获得较高的热
电转换效率。缺点是热发电装置系统复杂,制造成本高,且水消耗量大,因此对地理环境、气候条件提出
较高要求。由于太阳能蒸汽朗肯循环热发电技术已经非常成熟,其创新活动主要是改水冷为空气冷却,尽
可能减少对水的消耗。但是带来的问题是增大了系统自耗电,同时热电效率也有所降低。太阳能蒸汽郎肯
循环热发电根据传热循环介质主要区分为:
1、导热油传热换热,熔盐储热技术
目前世界上运行的槽式太阳能热发电站几乎全部采用该技术,由于该技术成功实现了商业化以及通过近
三十年的实际运行验证,充分表明该技术完全可与依赖化石能源的传统发电技术竞争。鉴于该技术所使用
的传热流体导热油在短期内不可能有重大突破,因此采用导热油传热技术的太阳能热发电站仍将居于主导
地位。从国外发展来看,为了进一步降低建造成本,技术创新主要围绕聚光阵列、新型传热介质、单罐熔
盐储热或固体储热、空冷装置的使用等课题展开,其 目的是降低系统造价和运行费用。目前度电成本已普
遍降至人民币 1-2 元之间。我国目前在选择何种太阳能热发电技术方面尚没有形成统一意见,多数企业根
据自己对太阳能技术的认识选择了不同的技术路线,而这些选择也直接影响了国家主管部门对发展太阳能
热发电产业的决策。
1
2、熔盐传热储热技术
2010 年意大利阿基米德公司 5 兆瓦太阳能试验热电厂首次使用熔盐作为传热流体在西西里岛启动。这
是世界第一个采用太阳能和熔盐循环与燃汽发电互补的发电厂。工质温度在 400-550 度。同时可以储存多
达数小时的太阳热量。其弱点是熔盐凝固可造成整个系统瘫痪,因此必须与石化能源互补。[1]
图 1、意大利阿基米德公司 5 兆瓦熔盐流体太阳能试验热电厂
西班牙 Gemasolar 塔式太阳能热发电站于 2011 年 5 月正式向电网供电,这是世界上第一个具有商业规模
的塔式太阳能热发电工厂。该厂装机 19.9 兆瓦,采用熔盐传热和储热,是有史以来第一个可 24 小时 “满
负荷、不间断”供应电力的太阳能热发电站。该厂运行时数可达 “6450”小时,预计年生产 110 亿千瓦时
电力。[2]
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