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太阳能光热发电——供热联产研究 北方工程设计研究院有限公司，石家庄050011 2. 天威（成都）太阳能热发电开发有限公司，成都610000） 摘要： 简述了太阳能热发电系统，详细介绍了槽式太阳能光热发电—供热的联产方案。在工程实际应用方面，提出了一个光热发电—供热联产方案，对光场、装机容量及储热系统进行了设计和计算，并对方案进行了经济效益分析，最后通过经济评价得出光热发电—供热联产方案的补贴措施。 关键词： 光热发电；热电联产；经济性分析 中图分类号： TM511 文献标识码： A 1 引言 相比于其他可再生能源，太阳能资源取之不尽，用之不竭。太阳能每秒钟到达地球的能量高达8×1013kW，如果可以把地球表面0.1%的太阳能转为电能，转化率按照5%计算，每年的发电量就相当于全世界能耗的40倍[1]。 我国是世界上太阳能资源最丰富的地区之一，陆地表面每年接受的太阳能辐射相当于1.7万亿t标准煤，对1971～2000年辐射资料进行统计，我国太阳年总辐照量基本上在3780～8820MJ/m2之间，大于3780MJ/m2的地区占国土面积的96%以上。按太阳能总辐照量的空间分布，我国可以划分为四个区域，如表1所示[2]。 从全国太阳能资源登记区划表分析，我国太阳能资源I、II类地区包括西藏、新疆、青海、甘肃及内蒙古地区。这些太阳能资源丰富的地区地广人稀，土地使用成本较低为建设聚光型太阳能发电电站（光热电站）提供了有利条件。 表1 我国太阳能资源登记区划表 名称 等级 指标 MJ/m2/年 占国土面积% 地区 最丰富带 Ⅰ ≥6300 17.4 西藏大部分、新疆南部以及青海、甘肃和内蒙古的西部 很丰富带 Ⅱ 5040～6300 42.7 新疆北部、东北地区及内蒙古东部、华北及江苏北部、黄土高原、青海和甘肃东部、四川西部至横断山区以及福建、广东沿海一带和海南岛。 丰富带 Ⅲ 3780～5040 36.3 东南丘陵区、汉水流域以及四川、贵州、广西西部等地区。 一般带 Ⅳ ＜3780 3.6 川黔区 从太阳索取资源来发电，不仅可以保护人类的生存空间；而且可以节约化石能源，为国家能源可持续发展作贡献。在我国西北地区在未利用的土地上，如沙地、戈壁滩、荒漠地、废弃盐碱地上，建设太阳热发电电厂，不仅可以利用太阳能产生绿色电力，而且还可以在冬季给周边居民区供暖。采用天然气作为辅助能源，不会对环境造成污染。通过科学的设计和严格的组织施工，导热油的使用也不会对环境造成污染。 2 光热发电技术 光热发电技术即聚光型太阳能发电（Concentrating Solar Power，CSP）技术是太阳能利用中的重要方向之一。是利用聚光器将低密度的太阳光汇聚，生成高密度的能量，然后用工作流体将其转化为热能蒸汽，然后通过汽轮机将其转化为机械能，利用机械能发电的一种太阳能利用形式，如图1所示。 常见的CSP装置主要有抛物面槽式系统、塔式系统和碟式系统[3,4]。相比较而言，槽式光热发电技术是目前世界上最成熟，也是目前唯一实现商业化运行的太阳能热发电技术。塔式光热发电系统开发较早，但成熟度尚不如槽式热发电系统；配以斯特林发电机的抛物面碟式光热发电系统有比较优良的性能指标，但它仍处于实验研究阶段，仅适合于小型独立供电，尚没有大规模应用的实例。 太阳辐射 太阳辐射 太阳岛（光场） 常规岛（电场） 图1 聚光型太阳能热发电技术 槽式光热发电技术的优势在于[5,6]：系统结构紧凑，其太阳能热辐射收集装置占地面积比塔式和碟式系统的要小30%-50%；槽式抛物面集热装置的制造所需的构件形式不多，容易实现标准化，适合批量生产；用于聚焦太阳光的槽式抛物面聚光器加工简单，制造成本较低，太阳能槽式抛物面反光镜面投射单位面积仅需18kg 钢和11kg 玻璃，耗材最少。 槽式太阳能热发电技术，主要是利用槽式抛物面镜（聚光器）将太阳光聚焦在一条线上，通过在这条焦线上安装的管状热量吸收器（集热器）吸收聚焦后的太阳辐射能。集热器管内充装用于吸收太阳辐射能的流体工质，然后通过管线将被加热的工质送到蒸汽发生器，产生蒸汽送入汽轮机做功，产生电力。槽式集热器对太阳进行一维跟踪，聚光比是在60~80之间，温度可达400℃ 3 光热热电联产方案 目前我国在太阳能低温热利用方面有太阳能供暖系统，但是由于普通太阳能热水器光热转换效率低，不能实现大规模集体供暖，以至于目前太阳能低温热利用主要用于提供生活热水，用于供暖的非常少。 槽式太阳能热发电技术可以产生高温高压蒸汽，非采暖期发电，采暖期可以供暖，在我国太阳能资源丰富的西北地区实施光热热电联产，既有利于我国光热发电技术发展和推广，又可以解决西北地区的采暖问题和用电需求，因此建设示范性光热发电—供热电站就显得十分必要