太阳能光伏与光热发电技术发展概述

胡玉　白玉忠

当前，光热发电产业链正在逐步形成，但全面开展仍有障碍，部分关键设备国产化能力不足，技术研发与应用的重点是提高集热效率和蓄能能力，提升太阳能综合利用效率，实现规模化应用。

光伏与光热发电技术对比分析

光伏发电技术已经很成熟，过程简单，无转机，无燃料，无噪声、无污染。光伏发电最具发展理想特征，是可再生、可持續的新能源清洁发电技术。但目前存在的主要问题也很多：占地面积大，转换效率低，运行不可持续性，并网安全性和电能质量问题突出，受气候环境因素影响大，地域依赖性强，系统成本高且下降空间已不大，晶体硅电池的制造过程高污染、高能耗等。这些因素严重制约了光伏产业的发展，随着近年来弃风弃光形势的加剧，国家已叫停多省新增新能源项目。

太阳能光热发电最新进展

关键技术方面。我国在太阳能热发电关键技术和设备方面的研究进展依然缓慢。光热转换的关键在于太阳能的高效收集，主要技术包括受光面光学设计、选择性表面技术、装置机械结构设计及集热体热结构设计与分析。镜场设计主要的考虑问题有机械碰撞、光学损失（包括余弦损失、阴影和阻挡损失、衰减损失、溢出损失等）、性能问题等。

槽式反射镜的性能指标包括反射率、聚光性能、机械强度、抗风沙性能、抗腐蚀性能、抗疲劳性能和重量等。目前主要使用的太阳能收集装置有平板型、真空管、陶瓷和聚焦集热器（槽式、碟式和塔式）四种。光热产业链上的系统集成、集热管、聚光镜等核心技术和装备还未完全掌握，尤其是聚焦跟踪系统的国产化，严重阻碍太阳能光热市场发展。

塔式光热电站镜场面积的选择主要由设计点吸热器额定功率、太阳直射辐射（DNI）、吸热塔高决定。在吸热器额定功率和DNI相同的前提下，吸热塔高越高镜场的面积会略有减小。定日镜布置距离受吸热塔高、定日镜与吸热塔的相对位置关系、DNI、吸热器最大允许热流密度、吸热器功率等多种因素的限制。

投资建设成本方面。光热电站成本受国家补贴、光资源条件、储热容量、系统效率、设备价格、融资渠道等因素影响较大，而目前在国家未出台上网电价情况下，基于度电成本为衡量经济效益指标是目前较好，也是较科学的考核方法。目前我国光热电站建设成本居高不下，约30元/W，而光伏发电成本为7-8元/W，太阳能光热发电技术商业化发展的主要障碍是成本。定日镜的成本变化对光热电站造价影响很大，是建造成本占比最大的部分。储热成本与储热时间和装机容量有关。熔盐储热系统成本主要由熔盐、熔盐泵、储罐、换热器、电伴热、仪表阀门等设备材料费用构成。塔式电站的造价包括太阳岛、常规岛和储热系统成本等。常规岛、基础设施、场地等参照火电相关系统估算。与光伏发电相比，光热发电不需昂贵的硅晶光电转换工艺，可大大降低成本，也可实现连续发电。光热发电是朝阳产业，是未来电力能源发展的主要方向之一，然而制约其发展的主要瓶颈依然是发电成本过高，经济性指标不理想，而且国内仍处于试验研究及工程示范阶段，实验装置及商业示范项目太少，技术及产业链不够成熟，部分设备存在技术瓶颈，且实验数据和性能指标都在保密状态，设备性价比不好评判，技术路线的选取存在风险。随着光伏成本的一再降低，特别是高倍聚光砷化镓技术的运用，使光伏成本大幅降低，非储能光热发电很难与之抗衡，光热发电的经济性也因此受到了质疑。国外目前新建的光热电站大多匹配有储能装置，实现24小时发电，其电网友好性较光伏发电具有明显优势。

光伏、光热综合利用发展情况。太阳能光伏光热综合利用将流体加热后用于采暖或热水，降低电池板工作温度，提升光电效率，从而大大提升太阳能综合利用效率。目前主要关注的是集热与冷却系统的匹配问题，如何选择循环工质，以及不同工况的控制问题等。鉴于多晶硅生产造成的污染问题，以及光伏发电的不可调性，光伏电站仅适合分布式有限发展（例如当前开展比较广泛的屋顶光伏等项目），而光热发电则在技术应用成熟和相关产业链形成时便可规模化发展，而且二者可以综合利用，特别是现在比较火热的屋顶光伏产业，既利用了太阳能，又节约了占地面积，光热电站的生活及部分厂用电等可以考虑引入光伏发电设计。

（作者单位：1.神华国华（北京）电力研究院有限公司；2.宁夏国华宁东发电有限公司）endprint