太阳能热发电技术与系统

柳康

（佛山综合能源有限公司广东省佛山市528000）

摘要：随着社会经济的发展，中国的可持续发展理念越来越多的受到社会的广泛关注与高层部门的重视。中国的能源发展战略包括通过清洁型、环保型能源的研究与探索，来提高资源利用率，改善生态环境，促进太阳能热发电技术研发能力的提升，并进入商业运用阶段。文章就太阳能热发电技术进行简要介绍，分析其应用前景，仅供相关人员参考。

关键词：太阳能热发电技术；可再生能源；发电系统

太阳能热发电产业是支撑我国国民经济可持续发展的前瞻性、战略性的新能源。我国《可再生能源“十三五”规划》和《电力发展“十三五”规划》均要求积极支持太阳能热发电，并提出：到2020年，太阳能热发电利用规模达到500万kW，年产能量为200亿kWh。2016年，我国确定首批总装机容量134.9万kW的太阳能热发电示范工程项目。然而，我国太阳能热发电现状如何？存在哪些主要问题？进展和发展趋势又如何？本文欲对此进行讨论，为太阳能热发电示范项目建设及相关人员提供借鉴。

1太阳能热动力发电技术原理

在传统的燃料发电厂中，都是以天然气、石油、煤等燃料发电，推动发电机发电。太阳能热动力发电系统由太阳装置、储热槽、汽轮发电机、凝气器组成。当发电系统运行时，依靠非自身电源供电，启动电机运行，从而带动整个发电系统稳定输出电量（此刻电机处于电动状态）。稳定之后，在太阳能辐射充足的情况下，供给储热槽加热，储热槽加热变成水蒸气，经过太阳能装置系统将太阳辐射从面积上浓缩产生高温，此时空气具备了高压条件，就有了足够的能量推动汽轮电机发电。从中可以得出的结论是：太阳辐射能越高，转换为机械能越大，整个发电系统输出的电量越多。

2太阳能热发电技术常见模式对比分析

2.1平板型光伏发电系统

平板型光伏发电系，其组成结构复杂，包括太阳能电池板、直流保护与汇集系统、交流保护与开关系统等，该系统的运行以汇线箱为关键点，在逆变器的作用下，直流电源向单相或三相交流电转变，交流电的电压与频率趋于符合。一般情况下，大规模并网型光伏电站中，平板型光伏发电系统具有良好的适用性，实际应用中为保证系统运行的稳定性，需设计好直流线路、交流线路等，并以单轴或双轴追踪系统来协调作用，旨在延长照射时间，以提高利用率，从而提高太阳发电效果。在追踪原理下，组件的驱动是依靠太阳方位角旋转来实现的，由此可知平板型光伏发电系统的应用对地理位置要求较高。但其优点在于结构简单，施工便捷，所需材料成本日趋下降，综合投资成本可控。但平板型光伏发电系统也存在一定的不足，其运输成本高、维护难度大，且实际发电效率并不理想。

2.2聚光集热子系统

太阳能聚光集热子系统可分集光器、接收器、太阳方向跟踪器三大件。（1）聚光器的主要功能是将太阳集中在某一个点上，以提高集热的效果。例如菲涅尔透镜，其实菲涅尔透镜基本原理很简单，就是把一个塑料玻璃片，切成很多个同心圆的小型圆环（就像大树的年轮），每一个圆都比外面的圆环小，组合在一起，把光源聚在一个中心点上，从而形成我们的菲涅尔透镜。只要菲涅尔透镜足够大，就蜕化成了我们所需要的聚光器。（2）接收器是聚光集热系统的集热部件。是光热装换的最重要部件。它接收聚光器的光，转换为热能，进而产生一定程度的高温高压气体来推动电机发电。（3）太阳方向跟踪器的含义是：聚光器接收面实时跟踪太阳位置，主要目的是为了太阳辐射能得到最大程度的利用。在我们日常生活中常用的有两种跟踪方法：其一，太阳方向跟踪器基于太阳位置用天文学计算进行位置追踪；其二，太阳辐射传感器利用对太阳方向的判断实现跟踪，两种的跟踪方法各有千秋，也各有弊端。第一种方法的缺点是存在一定的累计误差；第二种则是在雨天或是多云的不利条件下，传感器容易找不到正确的聚光面。通常情况下我们会结合两种方式进行跟踪处理。

2.3光学技术

高聚光比技术。CSP系统是通过聚光的方式将太阳能直射光聚集起来，加热工质。提高聚光技术是提高发电效率、降低成本的重要因素。从表1来看，4种发电技术的聚光比都不高，提高聚光比是今后需要重点研究的。对于塔式太阳能热发电系统，研究并设计高效率低成本定日镜场具有重要意义；对于槽式热发电系统，采用尽量轻的反射材料和支撑结构是降低槽式聚光器成本和自身能耗的重要措施。因此，轻型高强度高聚光比的槽式聚光反射面是又一个重点研究方向。高性能吸收涂层技术。对于CSP系统，实现光热能量转换的关键材料是光谱选择性吸收涂层，其光学性能的优劣直接影响整个发电系统的发电效率和使用寿命，今后光谱选择性吸收涂层的研究方向是：高吸收率，低发射率，良好的高温化学稳定性。

2.4储热子系统

储热子系统是极为关键的一部分，在早晚和多云的情况下，电站必须依靠晴天所储蓄下的热动力来维持一段时间电机的正常运作，如果在夜间或是多云天气下热储蓄能不够的话，我们则可以考虑用常规的燃料来辅助热能。储热子系统的工作方式和太阳能热能发电站密切相关，经典太阳能热动力发电站的运行方式为：八点左右太阳能聚光集热系统开始工作；九点左右启动汽轮电动机；十点之前集热装置一直在储热槽加热；十点到十三点汽轮电动机处于稳定状态并集热装置收集太阳热量直接供给汽轮电机，汽轮电机持续稳定输出电能；十三点之后接收太阳辐射和汽轮电机发电量持续下降，十五点起，太阳辐射开始强度衰减，此时储热系统开始释放热量，提供给汽轮电机正常发电，直到十八点三十分以后停止工作。

2.5蓄热技术

由于太阳能受时间、气候以及地理位置等的因素影响，导致太阳能的不连续性和不稳定性，因此，太阳能的高温蓄热技术就是太阳能热发电的重要研究方向。太阳能热发电的蓄热方式以分为显热蓄热、潜热蓄热和化学反应热蓄热3种。而潜热蓄热以蓄热能力大、蓄热过程中温差小等优点得到了广泛地应用，由于材料在固态及液态气化过程中会产生较大的体积变化，因此，实际应用中多采用固液相变蓄热，而选择恰当熔点的相变材料（PCM）是关键。由表3也可以看出，大都采取熔融盐储热蓄热。目前，在槽式太阳能热发电技术中，应用较为普遍的是采用二元熔融盐作为蓄热介质的双罐式储热系统，通常其组分约为60%NaNO3和40%KNO3。高温蓄热是太阳能热发电优于其它可再生能源发电的关键技术，太阳能热发电技术的发展和推广应用，迫切需要高性能高可靠性的高温传热蓄热工质。但是无论哪种蓄热技术都还在研究发展阶段。

结语

综上所述，当今社会环境下，能源危机日趋严重，以化石燃料获取能源的企业纷纷致力于太阳能热发电的技术研究与开发，以缓解经济发展与能源危机之间的矛盾。中国在社会经济发展过程中对能源的需求较大，随着科学技术的不断进步，未来太阳能热发电技术将不断完善，成本也会有所降低，并在电网建设与发展中发挥着重要的作用。

参考文献

[1]韦才雁.太阳能发电技术及其设计的探讨[J].通讯世界，2015（20）：126-127.

[2]陈超，崔永兴.浅谈太阳能发电技术及其在我国的应用发展[J].郝丽，科技信息，2009（17）：305-305.

[3]孟建军.太阳能发电技术的研究发展分析[J].工程技术：文摘版，00275-00275.

[4]关根志，雷娟，吴红霞，等.太阳能发电技术[J].水电与新能源，2013（01）：6-9.

[5]胡泊，辛颂旭，白建华，等.我国太阳能发电开发及消纳相关问题研究[J].中国电力，2013(1):1－6.