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CSP科普文章

一、原理

CSP,聚光太阳能发电（ConcentratingSolarPower）。发电的基

本原理是:利用汇聚的太阳光加热液体或气体介质，然后把这部分

由介质传导的热量转换为机械能，再从机械能转化为电能。国际

能源署（IEA）下属的SolarPACES、欧洲太阳能热能发电协会（ESTELA）

和绿色和平组织的预测CSP到2030年在全球能源供应份额中将占

3%-3.6%，到2050年占8%-11.8%，这意味着到2050年CSP装机

容量将达到830GW，每年新增41GW。在未来5-10年内累计年增

长率将达到17%-27%。

二、现有的技术

CSP的技术路线可以分为四大类：技术相对成熟的、目前应

用最广泛的抛物面槽式；效率提升和成本下降潜力最大的集热塔

式；适合以低造价构建小型系统的线性菲涅尔式；效率最高、便

于模块化部署的抛物面碟式。

抛物面槽式：系统由两大部分组成，数百行抛物面槽式反射

镜构成的太阳能集热场，和一套传统的蒸汽涡轮发电装置。聚光

反射槽由经过表面处理的金属薄板制成，单轴太阳追踪系统保证

将80-100倍汇聚的太阳光准确反射到热吸收管上，并将管路内流

动的合成油加热至400℃的高温，高温热油被输送到一个热交换

器，并在那里产生蒸汽来驱动传统的涡轮发动机，从而产生电力！

抛物面式CSP电站技术已经非常成熟，建设风险小，该技术在全

球已投产的CSP电站中占有93.6%的市场份额；缺点是耗水量大，

发电的效率相对较低。

集热塔式：塔式CSP电站的聚光系统由数以千计带有双轴太

阳追踪系统的平面镜（成为定日镜）和一座（或数座）中央集热

塔构成。塔式CSP电站可以使用水、气体、或者融盐作为导热介

质，以驱动后端的汽轮发电机（若采用融盐作为导热介质，则需

要加装热交换器，但是储能能力较好）。其优势在于工作温度较高

800-1000℃年度的发电效率可以达到17%-20%，管路循环系统简

单，提高效率和降低成本的空间比较大。其缺点是：将阳光准确

的汇聚到集热塔顶的接收器上，对每一块定日镜的双轴跟踪系统

都要进行单独控制，而槽式系统的单轴追踪系统在结构和控制上

都要简单的多。

线性菲涅尔式：线性菲涅尔式CSP电站是一种结构更为简单

的系统，它采用靠近地面放置的多个几乎是平面的镜面结构（带

单轴太阳跟踪的线性菲涅尔反射镜），先将阳光反射到上方的二次

聚光器上，再由其汇聚到一根长管状的热吸收管，并将其中的水

加热产生270℃左右的蒸汽直接驱动后端的涡轮发电机发电。其

发电效率只有10%左右；但是其系统结构简单、直接使用导热介

质产生蒸汽的特点使其，建设和维护成本较低。

下图为菲涅尔的结构简图：

抛物碟式：抛物碟式系统中每个独立的聚热模块都能就地进

行热电的转换。高倍汇聚的的太阳光（1000倍以上）将能量转化

单元中的气体（通常是氦气和氢气）加热到约750℃的高温，通

过气体的膨胀推动引擎活塞，带动发电机发电。其全年发电效率

可达19%-25%，是四种技术中效率最高的。但是起缺点是很难配

置储能系统，因此使用该技术建设大型电站时其电力的可调性能

会比较低这与传统光伏电站类似。

附四种技术的参数对比

三、CSP的未来

从上图就可以看出全球政府都大力支持CSP的开发应用。国际能

源署（IEA）下属的SolarPACES、欧洲太阳能热能发电协会（ESTELA）

和绿色和平组织的预测则较为温和，认为CSP到2030年在全球能

源供应份额中将占3%-3.6%，到2050年占8%-11.8%，这意味着到

2050年CSP装机容量将达到830GW，每年新增41GW。在未来5-10

年内累计年增长率将达到17%-27%。下图为2050年全球的CSP

发电量的趋势展望：