太陽能光熱發(fā)電的現(xiàn)狀與前景分析

竇曉利

中國電建集團西北勘測設(shè)計研究院有限公司

太陽能光熱發(fā)電的現(xiàn)狀與前景分析

竇曉利

中國電建集團西北勘測設(shè)計研究院有限公司

隨著空氣污染、環(huán)境質(zhì)量越來越差等的情況越演愈烈，傳統(tǒng)能源的開采和使用備受質(zhì)疑，隨之興起的新興能源受到廣泛關(guān)注。太陽能光熱發(fā)電作為新型能源中一個重要的研究方向，當然也不例外。本文擬探討我國太陽能光熱發(fā)電在我國發(fā)展的現(xiàn)狀，以及其發(fā)展前景。

太陽能光熱發(fā)電；技術(shù)；發(fā)展現(xiàn)狀；前景

新能源的利用符合國家乃至世界發(fā)展的需求，太陽能光熱發(fā)電是其中一個重要的研究方向。太陽能光熱發(fā)電是我國經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的主力希望，在化學能源枯竭之后，有望支持我國持續(xù)高速發(fā)展。

一、太陽能光熱發(fā)電概述

（一）太陽能光熱發(fā)電基本原理

太陽能光熱發(fā)電是指利用具有一定數(shù)量規(guī)模的反射鏡來集中太陽光能，通過其他工作裝置將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能，并產(chǎn)生蒸汽，再利用傳統(tǒng)的熱力循環(huán)系統(tǒng)將熱能轉(zhuǎn)換為電能，從而實現(xiàn)使用太陽能發(fā)電的目的。

采用太陽能光熱發(fā)電技術(shù)，避免了昂貴的硅晶光電轉(zhuǎn)換工藝，可以大大降低太陽能發(fā)電的成本。而且，這種形式的太陽能利用還有一個其他形式的太陽能轉(zhuǎn)換所無法比擬的優(yōu)勢，即配備專用的熱能儲備裝置，將能量儲存起來，在陰天或晚上的時候仍然能夠?qū)崿F(xiàn)持續(xù)發(fā)電。

（二）太陽能光熱發(fā)電一般技術(shù)方向

太陽能光熱發(fā)電通常由三種形式，分別是槽式、塔式，碟式（盤式）。

1、槽式

槽式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)的全稱是：槽式拋物面反射鏡太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，其原理是將多個槽型拋物面聚光集熱器經(jīng)過串并聯(lián)的排列，加熱工質(zhì)，產(chǎn)生高溫蒸汽，驅(qū)動汽輪機發(fā)電機組發(fā)電。

上世紀80年代開始，多國聯(lián)合研究開發(fā)槽式，拋物面聚光反射鏡太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。到上世紀末，太陽能光熱發(fā)電站多出建成，并投入使用，電站初始投資成本不斷降低，發(fā)電成本降低三倍。

槽式拋物面反射鏡太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)可以通過兩個方面來控制發(fā)電效率和系統(tǒng)的正常運行：第一個是自動跟蹤系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以保證槽式聚光器以最大面積對準太陽，最大程度的吸收太陽能；第二個是控制傳熱液體回路的溫度與壓力，滿足汽輪機的要求實現(xiàn)系統(tǒng)的正常發(fā)電。

2、塔式

二十世紀80年代，全球性的石油危機刺痛著人們的神經(jīng)，人類開始迫切的追求新能源的開發(fā)和高效利用。世界上許多工業(yè)發(fā)達的國家開始著重太陽能光熱發(fā)電的研究，研究最初成果的主要形式就是塔式電站。但由于成本高、效用低，太陽能熱發(fā)電站的建設(shè)逐漸冷落下來。但對塔式太陽能熱發(fā)電的研究開發(fā)并未完全中止，時至今日，仍有地區(qū)使用塔式電站進行太陽能光熱發(fā)電。

3、碟式（盤式）

盤式，又稱碟式。盤式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是由許多鏡子組成的拋物面反射鏡組成，接收在拋物面的焦點上，接收器內(nèi)的傳熱工質(zhì)被加熱到750℃左右，驅(qū)動發(fā)動機進行發(fā)電。近年來，盤式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)主要開發(fā)單位功率質(zhì)量比更小的空間電源。

盤式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)相較于光伏發(fā)電系統(tǒng)，具有氣動阻力低、發(fā)射質(zhì)量小和運行費用便宜等顯著優(yōu)勢。

二、太陽能光熱發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀

（一）太陽能光熱發(fā)電的產(chǎn)生的背景

太陽能光熱發(fā)電的概念最早是由太陽能國際組織提出的。世界環(huán)境機構(gòu)決定在印度、摩洛哥、埃及和墨西哥建立四座太陽能聯(lián)合循環(huán)電站，這一項目實施以后，國際上開始關(guān)注太陽能發(fā)電系統(tǒng)，并開始有效推行。通過諸多學者專家的研究，試驗了多種混合熱發(fā)電系統(tǒng)。伴隨著環(huán)境質(zhì)量下降、空氣污染嚴重的局面，人們越來越重視節(jié)能減排，太陽能等清潔能源受到重視和推廣。

（二）國際太陽能光熱發(fā)電的現(xiàn)狀

在20世紀50年代，前蘇聯(lián)設(shè)計并建造了一個小型的太陽能塔式電站試驗裝置，直至70年代，太陽電池價格貴、效率底下，在太陽能光熱發(fā)電技術(shù)較為成熟之后，許多工業(yè)發(fā)達的國家和城市都開始關(guān)注這種發(fā)電效率高的發(fā)電方式，并不斷進行研究開發(fā)建設(shè)。太陽能光熱發(fā)電站不斷建成，但在使用后期人們發(fā)現(xiàn)太陽能發(fā)電在技術(shù)上可行，但在實際操作中，由于其投資成本高，造價高，各國都漸漸的不再投入該項技術(shù)的研發(fā)使用。20世紀80年代，美國和以色列聯(lián)合的一個公司，經(jīng)過5年的研究開發(fā)槽式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)，使其成功的進入商業(yè)化階段，降低投資成本，使發(fā)電單價不斷降低。隨著規(guī)模和技術(shù)的不斷改進，有望在2020年使該項技術(shù)的發(fā)電成本降到4美分/千瓦時左右。

（三）國內(nèi)太陽能光熱發(fā)電的現(xiàn)狀

由于國外太陽能光熱發(fā)電技術(shù)早于我國50年左右，導致我國的光熱發(fā)電技術(shù)在材料、設(shè)計、工藝以及理論方面均落后于國際，尚處于起步階段。在“十一五”規(guī)劃中才出現(xiàn)有關(guān)太陽能光熱發(fā)電點的相關(guān)項目。

我國從07年起逐步頒發(fā)關(guān)于可再生能源建設(shè)的相關(guān)條例，如2007年《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》中列示的在甘肅和西藏拉薩地區(qū)建設(shè)太陽能光伏電站示范項目。2010年10月，內(nèi)蒙古鄂爾多斯的50MW槽式太陽能光熱發(fā)電特許權(quán)示范項目正式招標，它標志著中國光熱發(fā)電向著商業(yè)化邁出重要一步。但該項招標并未獲得投資者的青睞與追捧，在正式招標當天，僅有3家公司參與投標。這件事是中國光熱發(fā)電市場的一個縮影，我國太陽能光熱發(fā)電事業(yè)起步晚、進步緩慢，距離產(chǎn)業(yè)化尚有一段距離，不解決關(guān)鍵國產(chǎn)化的問題，該項技術(shù)難以繼續(xù)發(fā)展。

三、太陽能光熱發(fā)應(yīng)用前景

三種系統(tǒng)目前只有槽式線聚焦系統(tǒng)實現(xiàn)了商業(yè)化，其他兩種處在示范階段，有實現(xiàn)商業(yè)化的可能和前景。

光熱發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用前景主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1、將太陽能光熱發(fā)電和火電廠聯(lián)合進行發(fā)電，實現(xiàn)混合式發(fā)電。

2、建設(shè)光熱發(fā)電和光伏發(fā)電相輔相成的綜合性發(fā)電站。通過同一發(fā)點區(qū)域內(nèi)平衡光熱和光伏之間電力產(chǎn)生和傳輸，消除光伏發(fā)電存在的間歇性的問題。兩項技術(shù)相結(jié)合，降低總的發(fā)電成本。典型的熱發(fā)電和光伏發(fā)電綜合性發(fā)電站如美國的新月沙丘項目，該項目可以全天候的給礦業(yè)提供電力。

3、解決偏遠地區(qū)供電問題，建立分布式的發(fā)電系統(tǒng)，可采用槽式發(fā)電系統(tǒng)。

4、高效利用太陽能高溫高熱。太陽能光熱發(fā)電站的聚光鏡場可以用來產(chǎn)生蒸汽以供工業(yè)事業(yè)使用。海南樂東、臨高淡水凈化項目、廣東番禺紡織廠師范、新疆克拉瑪依稠油開采等多項項目都是工業(yè)使用的實例。

四、太陽能光熱發(fā)電應(yīng)用中需解決的問題

（一）太陽能光熱發(fā)電的政策環(huán)境障礙分析

我國對太陽能光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)越來越重視，各項支持政策在逐漸的增多。但是當前的政策主要集中在：引導性政策、研發(fā)支持類政策、市場引導類政策這樣規(guī)劃類的方面。專門針對太陽能光熱出臺強有力的經(jīng)濟激勵政策還沒有出臺，這也是目前制約我國太陽能光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要瓶頸。

雖然光伏發(fā)電補貼電價并未形成法律法規(guī)，但電價在不斷的明確和下降，光伏裝機量在國內(nèi)從2010年上開始高速增長，到2013年底，我國光伏裝機容量達到18.1GW。相比之下，光熱發(fā)電行業(yè)缺乏明確的電價補貼政策予以支持。

（二）技術(shù)層面需解決的問題

太陽能光熱發(fā)電是將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，通過熱功轉(zhuǎn)化過程發(fā)電的技術(shù)。如今，全球正在逐步推行太陽能光熱發(fā)電技術(shù)的商業(yè)化，但是我國這項技術(shù)尚處于起步階段，相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈還不完善，無法到到完全商業(yè)化的狀態(tài)。這可以看出我國的太陽能光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)在各個環(huán)節(jié)的發(fā)展還面臨不同程度的挑戰(zhàn)：

1、光熱發(fā)電站的系統(tǒng)集成技術(shù)缺乏

太陽能集熱、常規(guī)發(fā)電、傳熱蓄熱等多種系統(tǒng)集成，集合光學、熱學、材料及其機械等多個技術(shù)領(lǐng)域，都是太陽能發(fā)電站所涉及的的項目。這些項目的綜合應(yīng)用與傳統(tǒng)的電力生產(chǎn)或是單純的太陽能應(yīng)用都不相同，它需要跨學科、跨領(lǐng)域的研究人才和集成技術(shù)，更總要的是相關(guān)的集成經(jīng)驗。

我國缺乏商業(yè)化的光熱發(fā)電站，僅有的幾個項目也都在實驗運行中，無成熟的集成經(jīng)驗，也缺乏整個電站運營的能力。而各國氣候和環(huán)境不盡相同，在我國特殊的氣候條件下，國外的一些成熟技術(shù)和經(jīng)驗能否實行還是一個未知數(shù)。

2、關(guān)鍵技術(shù)有待突破

我國太陽能光熱發(fā)電處于起步階段，核心技術(shù)屬于空白狀態(tài)，許多關(guān)鍵技術(shù)被國外壟斷，我國科技人員只能通過不斷的自主研發(fā)進行試驗，這些關(guān)鍵技術(shù)和裝備的研發(fā)和制造，直接關(guān)系著我國太陽能光熱的產(chǎn)業(yè)化進程，這也是成為我國太陽能光熱發(fā)電規(guī)?；l(fā)展的重要制約因素。

3、技術(shù)體系、技術(shù)標準產(chǎn)業(yè)服務(wù)體系還處于空白

我國的太陽能光熱發(fā)電還處于技術(shù)研發(fā)和示范階段，相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈上的產(chǎn)品還處于試制前期階段，未達到相應(yīng)產(chǎn)業(yè)化標準。光熱發(fā)電處于試驗狀態(tài)，導致我法檢測相關(guān)產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)是否符合研發(fā)要求，產(chǎn)業(yè)無法得到正確回饋，不能作出相關(guān)技術(shù)改進，不能提供更好的產(chǎn)品服務(wù)，導致研發(fā)缺乏產(chǎn)業(yè)的支撐而進展緩慢，這樣的惡性循環(huán)使得我國光熱發(fā)電技術(shù)得不到有效發(fā)展。

五、太陽能光熱發(fā)電國內(nèi)應(yīng)對情況分析

1、隨著多家大型企業(yè)投入生產(chǎn)太陽能光熱發(fā)電設(shè)備，我國有望實現(xiàn)設(shè)備本土化，降低建設(shè)成本。

2、上網(wǎng)電價補貼、貸款擔保、財政補貼、稅收優(yōu)惠、降低進口關(guān)稅、加速折舊等相關(guān)政策有助于降低項目成本。政府的支持力度對光熱發(fā)電事業(yè)的發(fā)展來說具有十分重大的意義。在2011年國家發(fā)改委鼓勵發(fā)展新能源的政策中，譚洋能光熱發(fā)電位居首位，這表明政府對于光熱發(fā)電項目的重視程度越來越大。在今后不斷的發(fā)展中，相關(guān)實質(zhì)性的細節(jié)還需要政府和企業(yè)逐步落實，不斷消除不穩(wěn)定因素的影響。

3、在政府政策的大力支持下，我國科學家對塔式、碟式、槽式三種發(fā)電技術(shù)進行深入研究，掌握其核心技術(shù)，相信我國從原材料、設(shè)備、系統(tǒng)設(shè)計及成太陽能光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈的時間不會很長。

4、特高壓電網(wǎng)建設(shè)列入國家十二五的規(guī)劃中，建設(shè)“三縱三橫”的高壓線路可以使西北地區(qū)光熱發(fā)電站的電力輸送到東南部。

六、結(jié)語

綜上所述，我國的太陽能光熱發(fā)電技術(shù)起步晚、進展緩慢，基礎(chǔ)薄弱，相關(guān)關(guān)鍵材料、關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化程度低下。但我國政府不斷重視支持這項技術(shù)的研發(fā)，積累經(jīng)驗、改進產(chǎn)品性能，逐步形成完善的產(chǎn)業(yè)鏈體系。確信在我國政府和企業(yè)的共同努力下，太陽能光熱發(fā)電站產(chǎn)業(yè)必將在我國能源利用中發(fā)揮越來越重要的作用，未來發(fā)展前景廣闊。

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