前言：近幾年，我國“再生能源”發(fā)電進入高速發(fā)展，根據(jù)“國家能源局”數(shù)據(jù)，2022年，全國風(fēng)電、光伏新增裝機突破1.2億千萬；發(fā)電量首超1萬億千瓦時，達(dá)到1.19萬億千瓦時，同比增長21.0%，占全社會用電量13.8%。 新增裝機中，光伏裝機量迅猛，達(dá)到8741萬千瓦，預(yù)計2023年，將超越“水電”裝機量，成為僅次于“火電”的第二大電源。 2022年冬奧會，3大賽區(qū)26場館，我國全部使用綠色電能供應(yīng)（主要來自河北張北地區(qū)），也成為世界上第一個100%使用綠電的奧運會，舉世矚目。 高速發(fā)展的同時也出現(xiàn)了很多問題，由于受季節(jié)、天氣等因素影響，風(fēng)電、光伏、水電等具有“發(fā)電不平穩(wěn)、間歇性”特點，發(fā)出的“電”如果不能及時并網(wǎng)傳輸，及時消納，就會出現(xiàn)棄風(fēng)、棄光、現(xiàn)象。  2021全國棄光電量（億千瓦時）、棄光率  2021“棄光率”月變化情況 究其原因，主要因為區(qū)域“發(fā)電量”出現(xiàn)了“供大于求”，最有效的解決方法是增加“儲能”設(shè)備，當(dāng)出現(xiàn)“發(fā)電量”過多時，利用“儲能”設(shè)備存儲多余電量。 在眾多發(fā)電技術(shù)路線中，太陽能“光熱”發(fā)電，具有“發(fā)電”和“儲能”雙重功能，并自帶“消納”和“調(diào)峰”優(yōu)勢，成為“再生能源”發(fā)電中最具應(yīng)用前景的技術(shù)。 一、“光熱”發(fā)電原理通過大規(guī)模列陣“反射鏡”或“聚光鏡”，收集電站范圍內(nèi)的太陽能，并聚焦到“集熱區(qū)”，集熱區(qū)的“加熱工質(zhì)”吸收太陽輻射能后經(jīng)過“熱交換”，產(chǎn)生高溫蒸汽，驅(qū)動“汽輪”機組發(fā)電，使“太陽能”轉(zhuǎn)化為“電能”。 二、系統(tǒng)構(gòu)成包括四部分：集熱系統(tǒng)、儲熱系統(tǒng)、蒸汽產(chǎn)生系統(tǒng)、發(fā)電裝置。  1、集熱系統(tǒng) 主要包括“聚光器”和“吸熱器”，用以吸收、聚集太陽能。
由數(shù)量巨多、類型相同的聚光裝置，按照一定的規(guī)律布局而成。常見的聚光設(shè)備有槽形拋物面“反射鏡”、平面“定日鏡”等。 “聚光鏡場”吸收太陽能的能力，與鏡場布局、反射率、鏡場天氣、太陽輻射度等因素有關(guān)。
主要作用是將“聚光鏡場”聚集的太陽輻射能轉(zhuǎn)化為“熱能”。常見吸熱工質(zhì)有導(dǎo)熱油、熔鹽等。 2、儲熱系統(tǒng) 儲熱系統(tǒng)一般采用“冷/熱熔鹽雙儲罐”存放熔鹽，（高、低溫工質(zhì)罐），其作用是白天太陽能較多時，發(fā)電的同時將一部分“熱量”儲存起來，到夜晚沒有太陽能時，再釋放出白天吸收的熱量，以實現(xiàn)“蒸汽”發(fā)電機組24小時連續(xù)發(fā)電。 （1）儲能材料 常見的儲能材料叫“太陽鹽”，由NaNO3、KNO3按照一定的比例混合成而成，（60%/40%） 儲能材料的類型決定著電站的“熱電轉(zhuǎn)化效率”，材料運行溫度高，導(dǎo)熱性好，“熱電”轉(zhuǎn)化效率就高，最新研究的“儲能材料”有四種：
（2）儲能循環(huán)流程 a、使用“熔鹽泵”將“低溫”熔鹽貯罐內(nèi)的“熔融鹽”輸送至“太陽能集熱器” b、低溫“熔融鹽”吸收熱量升溫，進入“高溫”熔鹽儲罐中 c、高溫“熔融鹽”再進入“蒸汽發(fā)生器”，經(jīng)過“熱交換”產(chǎn)生“熱蒸汽”，驅(qū)動“蒸汽輪機”，進行發(fā)電 d、“熔鹽”溫度降低后再流回“低溫熔鹽儲罐”，周而復(fù)始。  熔鹽蓄熱、儲能循環(huán)系統(tǒng)流程 3、蒸汽產(chǎn)生系統(tǒng) 使儲熱系統(tǒng)中的高溫導(dǎo)熱油、熔鹽等，與水進行熱交換，產(chǎn)生熱蒸汽，驅(qū)動汽輪機做功發(fā)電。工作過程中溫度上升“速率”快，達(dá)到10℃/分鐘，能夠驅(qū)動“汽輪機”快速啟動。 “熱轉(zhuǎn)換”的方式也決定著“熱電轉(zhuǎn)化效率”，通常有三種熱循環(huán)方式：朗肯循環(huán)、肯特循環(huán)、布雷頓循環(huán)。 “傳統(tǒng)”光熱發(fā)電的“熱轉(zhuǎn)化效率”約30—40%，若采用超臨界二氧化碳（sCO2）布雷頓動力循環(huán)方式，“熱電轉(zhuǎn)化效率”可超50%。  第三代光熱發(fā)電技術(shù)：導(dǎo)熱系統(tǒng)、超臨界二氧化碳（sCO2）布雷頓熱轉(zhuǎn)換器 4、發(fā)電系統(tǒng) 采用“汽輪機”發(fā)電，具有啟動快速、運轉(zhuǎn)高效的特點，可滿足生產(chǎn)過程中的“啟停頻繁”和“低負(fù)荷運行”。 三、光熱發(fā)電種類按聚能方式和結(jié)構(gòu)，“光熱”發(fā)電可分四類：塔式、槽式、碟式、菲涅爾式。 所有類型都采用了“凹面鏡”焦點聚熱的原理，不同的是，有的“光熱”收集場像一個大型被拆解、平面化的凹面鏡（塔式），進行整體聚熱；有的是一個獨立的凹面鏡單元（蝶式），各自聚熱后，再把所有的熱量匯集起來；還有的是把“凹面”單元進行了空間延伸，再用“串并聯(lián)”的方式把熱量聚集起來（槽式，線性菲尼爾式）。 其中，熱轉(zhuǎn)化效率較高的是“塔式”和“碟式”。 由于“凹面型”玻璃制造工藝復(fù)雜，成本高，新建的發(fā)電廠中，更傾向于使用“平面玻璃”進行反射（塔式）。 1、塔式 成千上萬塊能夠獨立控制的“定日鏡”，組成“圓周形鏡場”，“鏡場”中心矗立著一個幾百米高的“吸熱塔”，塔頂部建有“吸熱器”，可聚集“定日鏡”反射的太陽光，產(chǎn)生高溫，加熱工質(zhì)，從而產(chǎn)生“熱蒸汽”，驅(qū)動“氣輪機”發(fā)電。 塔式最高運行溫度可達(dá)1200℃，是“熱發(fā)電”效率較高的類型。  2、槽式 “槽式”發(fā)電的聚光面是“拋物面”形狀，在“拋物面”的“聚光點”安裝平行“集熱管”，多個“槽形拋物面”、“集熱器”以“串并聯(lián)”方式，組合成“集熱系統(tǒng)”。 “槽式”熱發(fā)電技術(shù)屬于較成熟的技術(shù)，但運行溫度較低：400 ℃左右，相對塔式，“熱發(fā)電”效率較低。  3、碟式 太陽輻射面為“碟形”（像盤子一樣），拋物面將太陽光聚焦到接收器上，產(chǎn)生熱能推動“熱動力”發(fā)電機組發(fā)電。 由于采用“點聚焦”的方式，“碟式”光熱發(fā)電在所有方式中，聚光比最高、集熱溫度最高、集熱器熱損失最小。  4、菲涅爾式 采用“線性菲涅爾式”聚光系統(tǒng)，工作原理與“槽式”光熱發(fā)電方式相似，不同的是“線性菲涅爾鏡面”是“平面”鏡，并采用了“二次反射”。 “一次反射鏡”調(diào)整角度，將“陽光”反射至高處的“二次反射鏡”，“二次反射鏡”把“太陽光”進行匯集，再發(fā)射至“集熱器”上。   線性菲涅爾式光熱發(fā)電裝置（俯視、側(cè)面圖） 5、區(qū)別對比 四種方式中，“槽式、線性菲涅爾式”光熱發(fā)電屬于“線性聚焦”；“塔式、蝶式”屬于“點聚焦”。 “點聚焦”的“聚光率”更高，產(chǎn)生的“太陽熱”溫度也高，能實現(xiàn)更高的“熱電轉(zhuǎn)化效率”。  在“點聚焦”方式中，“碟式”因造價較高，目前發(fā)展受限；“塔式”系統(tǒng)復(fù)雜、建造周期長、維護成本高，但光電轉(zhuǎn)化率高、熱量傳遞路徑短，被認(rèn)為是最具發(fā)展前途的路線，目前，全球太陽能“熱發(fā)電”總裝機量中，“塔式”占比20%。 四、光熱發(fā)電優(yōu)勢1、清潔性：屬于可再生能源，轉(zhuǎn)化路線：光能→熱能→電能 2、同質(zhì)性：與火電一樣，通過蒸汽輪機驅(qū)動發(fā)電機進行發(fā)電，采用同步發(fā)電技術(shù)，具有“可控和旋轉(zhuǎn)”慣性，生產(chǎn)的電能“質(zhì)量”較高。 3、調(diào)節(jié)性：能夠儲備8-10小時以上的熱能，可調(diào)節(jié)風(fēng)能、光伏等能源的波動性，及時進行“消納”，提高整體發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可控性。 光熱發(fā)電技術(shù)特點
“出力”定義：指系統(tǒng)的輸出功率。 五、發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用目前，我國“太陽能熱發(fā)電”還屬于初級階段，為進行技術(shù)探索與發(fā)展，首批示范項目中包括塔式7 座、槽式1 個、線性菲涅式1 個，共計 550 MW。 1、敦煌首航高科 “塔式”光熱電站 是世界最高、集光面積最大的“塔式”光熱電站，吸熱塔高260米，鏡場直徑超過3公里，可實現(xiàn)24小時連續(xù)發(fā)電：
鏡場采用“雙軸跟蹤技術(shù)”，每塊玻璃下面都裝有“驅(qū)動軸”，工作時每塊玻璃都能自動跟蹤太陽，自動調(diào)整角度、進行對焦，并把太陽光集中反射至“集熱器。（追蹤精度：0.03—0.05度） 敦煌首航高科 “塔式”光熱電站 敦煌首航高科 “塔式”光熱電站 敦煌首航高科 “塔式”光熱電站 為保持鏡面干凈，提供穩(wěn)定的發(fā)電效率，首航自研了智能“清洗車”，可通過雷達(dá)測距、壓力控制器、傳感器等，自動調(diào)整刷架、刷頭，進行快速清洗：50秒/塊 首航智能清洗車 2、蘭州大成敦煌“線性菲涅爾” 光熱電站（50 MW） 我國大成敦煌的 “線性菲涅爾”光熱電站，是全球首座進行“商運”的熔鹽“線性菲涅爾式”光熱電站。 該項目于2020.06正式投入運行，采用“熔鹽”作為集熱、傳熱和儲熱的統(tǒng)一介質(zhì)，“儲熱”時長達(dá)15小時，可實現(xiàn)24小時連續(xù)發(fā)電。
線性菲涅爾式技術(shù)，使用平面反射鏡，結(jié)構(gòu)簡單，安裝距離地面僅1米，在“建設(shè)和維護”成本方面，比較有優(yōu)勢。 3、內(nèi)蒙古烏拉特中旗“槽式”光熱電站 2021.07正式進入運行，期間經(jīng)過調(diào)整、消缺改造，光電實際效率超當(dāng)初設(shè)計指標(biāo)：26.76%。 在該項目中，高溫真空集熱管、集熱器、反射鏡、跟蹤驅(qū)動系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)接頭保溫外殼等關(guān)鍵部件，均實現(xiàn)100%國產(chǎn)化。
內(nèi)蒙古烏拉特中旗“槽式”光熱電站 內(nèi)蒙古烏拉特中旗“槽式”光熱電站 內(nèi)蒙古烏拉特中旗“槽式”光熱電站 4、“光熱+風(fēng)光”多能互補模式 “風(fēng)能”發(fā)電和“光伏”發(fā)電容易受天氣影響：風(fēng)力不足無法發(fā)電，夜間沒有太陽無法發(fā)電。容易造成電網(wǎng)波動較大，傳統(tǒng)方式采用“火力”發(fā)電進行“調(diào)峰”。 當(dāng)“風(fēng)力”和“光伏”發(fā)電不足時，就增加“火力”發(fā)電量，彌補用電缺口，反之，就減少“火力”發(fā)電。 采用火力發(fā)電機組“調(diào)峰”有一定的弊端：
太陽能“光熱”發(fā)電不僅綠色無碳、具有“儲能”功能，而且比火電“調(diào)節(jié)、控制”能力更強，更適合和“風(fēng)電、光伏發(fā)電”形成互補，對電網(wǎng)進行“消納”和“調(diào)峰”，提高再生能源“供給比例”。 六、下一步發(fā)展1、高溫集熱和儲熱技術(shù)及設(shè)備研究 2、進一步降低太陽能熱發(fā)電設(shè)備的成本。 3、提升光熱功率的預(yù)測精度，為系統(tǒng)經(jīng)濟運行和電站出力提供決策 參考文獻 知網(wǎng)《太陽能光熱發(fā)電技術(shù)及其發(fā)展綜述》 中國工程院院刊：《下一代太陽能光熱發(fā)電儲熱技術(shù)新進展》 電力科技：《光熱發(fā)電一體化項目配比及運行模式探討》 太陽光熱聯(lián)盟產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟：《蘭州大成：線性菲涅耳式聚光太陽能多能互補供暖系統(tǒng)在清潔供熱領(lǐng)域的應(yīng)用研究》 CSPPLAZA光熱發(fā)電平臺:《槽式光熱儲能電站，更穩(wěn)定可靠的風(fēng)光配儲方案》 |
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