太阳能光热发电的现状与前景分析

窦晓利

中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司

太阳能光热发电的现状与前景分析

窦晓利

中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司

随着空气污染、环境质量越来越差等的情况越演愈烈，传统能源的开采和使用备受质疑，随之兴起的新兴能源受到广泛关注。太阳能光热发电作为新型能源中一个重要的研究方向，当然也不例外。本文拟探讨我国太阳能光热发电在我国发展的现状，以及其发展前景。

太阳能光热发电；技术；发展现状；前景

新能源的利用符合国家乃至世界发展的需求，太阳能光热发电是其中一个重要的研究方向。太阳能光热发电是我国经济持续发展的主力希望，在化学能源枯竭之后，有望支持我国持续高速发展。

一、太阳能光热发电概述

（一）太阳能光热发电基本原理

太阳能光热发电是指利用具有一定数量规模的反射镜来集中太阳光能，通过其他工作装置将太阳能转换为热能，并产生蒸汽，再利用传统的热力循环系统将热能转换为电能，从而实现使用太阳能发电的目的。

采用太阳能光热发电技术，避免了昂贵的硅晶光电转换工艺，可以大大降低太阳能发电的成本。而且，这种形式的太阳能利用还有一个其他形式的太阳能转换所无法比拟的优势，即配备专用的热能储备装置，将能量储存起来，在阴天或晚上的时候仍然能够实现持续发电。

（二）太阳能光热发电一般技术方向

太阳能光热发电通常由三种形式，分别是槽式、塔式，碟式（盘式）。

1、槽式

槽式太阳能光热发电系统的全称是：槽式抛物面反射镜太阳能热发电系统，其原理是将多个槽型抛物面聚光集热器经过串并联的排列，加热工质，产生高温蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电。

上世纪80年代开始，多国联合研究开发槽式，抛物面聚光反射镜太阳能热发电系统。到上世纪末，太阳能光热发电站多出建成，并投入使用，电站初始投资成本不断降低，发电成本降低三倍。

槽式抛物面反射镜太阳能热发电系统可以通过两个方面来控制发电效率和系统的正常运行：第一个是自动跟踪系统，该系统可以保证槽式聚光器以最大面积对准太阳，最大程度的吸收太阳能；第二个是控制传热液体回路的温度与压力，满足汽轮机的要求实现系统的正常发电。

2、塔式

二十世纪80年代，全球性的石油危机刺痛着人们的神经，人类开始迫切的追求新能源的开发和高效利用。世界上许多工业发达的国家开始着重太阳能光热发电的研究，研究最初成果的主要形式就是塔式电站。但由于成本高、效用低，太阳能热发电站的建设逐渐冷落下来。但对塔式太阳能热发电的研究开发并未完全中止，时至今日，仍有地区使用塔式电站进行太阳能光热发电。

3、碟式（盘式）

盘式，又称碟式。盘式太阳能热发电系统是由许多镜子组成的抛物面反射镜组成，接收在抛物面的焦点上，接收器内的传热工质被加热到750℃左右，驱动发动机进行发电。近年来，盘式太阳能热发电系统主要开发单位功率质量比更小的空间电源。

盘式太阳能热发电系统相较于光伏发电系统，具有气动阻力低、发射质量小和运行费用便宜等显著优势。

二、太阳能光热发电发展现状

（一）太阳能光热发电的产生的背景

太阳能光热发电的概念最早是由太阳能国际组织提出的。世界环境机构决定在印度、摩洛哥、埃及和墨西哥建立四座太阳能联合循环电站，这一项目实施以后，国际上开始关注太阳能发电系统，并开始有效推行。通过诸多学者专家的研究，试验了多种混合热发电系统。伴随着环境质量下降、空气污染严重的局面，人们越来越重视节能减排，太阳能等清洁能源受到重视和推广。

（二）国际太阳能光热发电的现状

在20世纪50年代，前苏联设计并建造了一个小型的太阳能塔式电站试验装置，直至70年代，太阳电池价格贵、效率底下，在太阳能光热发电技术较为成熟之后，许多工业发达的国家和城市都开始关注这种发电效率高的发电方式，并不断进行研究开发建设。太阳能光热发电站不断建成，但在使用后期人们发现太阳能发电在技术上可行，但在实际操作中，由于其投资成本高，造价高，各国都渐渐的不再投入该项技术的研发使用。20世纪80年代，美国和以色列联合的一个公司，经过5年的研究开发槽式太阳能光热发电系统，使其成功的进入商业化阶段，降低投资成本，使发电单价不断降低。随着规模和技术的不断改进，有望在2020年使该项技术的发电成本降到4美分/千瓦时左右。

（三）国内太阳能光热发电的现状

由于国外太阳能光热发电技术早于我国50年左右，导致我国的光热发电技术在材料、设计、工艺以及理论方面均落后于国际，尚处于起步阶段。在“十一五”规划中才出现有关太阳能光热发电点的相关项目。

我国从07年起逐步颁发关于可再生能源建设的相关条例，如2007年《可再生能源中长期发展规划》中列示的在甘肃和西藏拉萨地区建设太阳能光伏电站示范项目。2010年10月，内蒙古鄂尔多斯的50MW槽式太阳能光热发电特许权示范项目正式招标，它标志着中国光热发电向着商业化迈出重要一步。但该项招标并未获得投资者的青睐与追捧，在正式招标当天，仅有3家公司参与投标。这件事是中国光热发电市场的一个缩影，我国太阳能光热发电事业起步晚、进步缓慢，距离产业化尚有一段距离，不解决关键国产化的问题，该项技术难以继续发展。

三、太阳能光热发应用前景

三种系统目前只有槽式线聚焦系统实现了商业化，其他两种处在示范阶段，有实现商业化的可能和前景。

光热发电技术的应用前景主要体现在以下几个方面：

1、将太阳能光热发电和火电厂联合进行发电，实现混合式发电。

2、建设光热发电和光伏发电相辅相成的综合性发电站。通过同一发点区域内平衡光热和光伏之间电力产生和传输，消除光伏发电存在的间歇性的问题。两项技术相结合，降低总的发电成本。典型的热发电和光伏发电综合性发电站如美国的新月沙丘项目，该项目可以全天候的给矿业提供电力。

3、解决偏远地区供电问题，建立分布式的发电系统，可采用槽式发电系统。

4、高效利用太阳能高温高热。太阳能光热发电站的聚光镜场可以用来产生蒸汽以供工业事业使用。海南乐东、临高淡水净化项目、广东番禺纺织厂师范、新疆克拉玛依稠油开采等多项项目都是工业使用的实例。

四、太阳能光热发电应用中需解决的问题

（一）太阳能光热发电的政策环境障碍分析

我国对太阳能光热发电产业越来越重视，各项支持政策在逐渐的增多。但是当前的政策主要集中在：引导性政策、研发支持类政策、市场引导类政策这样规划类的方面。专门针对太阳能光热出台强有力的经济激励政策还没有出台，这也是目前制约我国太阳能光热发电产业发展的重要瓶颈。

虽然光伏发电补贴电价并未形成法律法规，但电价在不断的明确和下降，光伏装机量在国内从2010年上开始高速增长，到2013年底，我国光伏装机容量达到18.1GW。相比之下，光热发电行业缺乏明确的电价补贴政策予以支持。

（二）技术层面需解决的问题

太阳能光热发电是将太阳能转化为热能，通过热功转化过程发电的技术。如今，全球正在逐步推行太阳能光热发电技术的商业化，但是我国这项技术尚处于起步阶段，相关产业链还不完善，无法到到完全商业化的状态。这可以看出我国的太阳能光热发电产业在各个环节的发展还面临不同程度的挑战：

1、光热发电站的系统集成技术缺乏

太阳能集热、常规发电、传热蓄热等多种系统集成，集合光学、热学、材料及其机械等多个技术领域，都是太阳能发电站所涉及的的项目。这些项目的综合应用与传统的电力生产或是单纯的太阳能应用都不相同，它需要跨学科、跨领域的研究人才和集成技术，更总要的是相关的集成经验。

我国缺乏商业化的光热发电站，仅有的几个项目也都在实验运行中，无成熟的集成经验，也缺乏整个电站运营的能力。而各国气候和环境不尽相同，在我国特殊的气候条件下，国外的一些成熟技术和经验能否实行还是一个未知数。

2、关键技术有待突破

我国太阳能光热发电处于起步阶段，核心技术属于空白状态，许多关键技术被国外垄断，我国科技人员只能通过不断的自主研发进行试验，这些关键技术和装备的研发和制造，直接关系着我国太阳能光热的产业化进程，这也是成为我国太阳能光热发电规模化发展的重要制约因素。

3、技术体系、技术标准产业服务体系还处于空白

我国的太阳能光热发电还处于技术研发和示范阶段，相关产业链上的产品还处于试制前期阶段，未达到相应产业化标准。光热发电处于试验状态，导致我法检测相关产业的生产是否符合研发要求，产业无法得到正确回馈，不能作出相关技术改进，不能提供更好的产品服务，导致研发缺乏产业的支撑而进展缓慢，这样的恶性循环使得我国光热发电技术得不到有效发展。

五、太阳能光热发电国内应对情况分析

1、随着多家大型企业投入生产太阳能光热发电设备，我国有望实现设备本土化，降低建设成本。

2、上网电价补贴、贷款担保、财政补贴、税收优惠、降低进口关税、加速折旧等相关政策有助于降低项目成本。政府的支持力度对光热发电事业的发展来说具有十分重大的意义。在2011年国家发改委鼓励发展新能源的政策中，谭洋能光热发电位居首位，这表明政府对于光热发电项目的重视程度越来越大。在今后不断的发展中，相关实质性的细节还需要政府和企业逐步落实，不断消除不稳定因素的影响。

3、在政府政策的大力支持下，我国科学家对塔式、碟式、槽式三种发电技术进行深入研究，掌握其核心技术，相信我国从原材料、设备、系统设计及成太阳能光热发电产业链的时间不会很长。

4、特高压电网建设列入国家十二五的规划中，建设“三纵三横”的高压线路可以使西北地区光热发电站的电力输送到东南部。

六、结语

综上所述，我国的太阳能光热发电技术起步晚、进展缓慢，基础薄弱，相关关键材料、关键设备国产化程度低下。但我国政府不断重视支持这项技术的研发，积累经验、改进产品性能，逐步形成完善的产业链体系。确信在我国政府和企业的共同努力下，太阳能光热发电站产业必将在我国能源利用中发挥越来越重要的作用，未来发展前景广阔。

[1]张争,夏勇.太阳能光热发电的发展现状及前景分析[J].长江工程职业技术学院学报,2013,31（1）：24-26.

[2]尹航,卢琛钰,汪毅,等.太阳能光热发电技术及国际标准化概述[J].电器工业,2014（7）：58-60.

[3]杜凤丽,原郭丰,常春等.太阳能热发电技术产业发展现状与展望[J].储能科学与技术,2013（6）：551-565.