太阳能光热发电技术发展现状研究

戴佳栩 周姣

摘 要：能源短缺是当前世界各国面对的共同难题，近年来科研人员致力于研究如何充分利用可再生能源实现低成本、高效率的运行模式，其中太阳能光热发电技术就是一项具有良好发展前景的研究热点。本文对太阳能光热发电技术进行了简要介绍，并对其发展现状和发展方向进行了分析，以期能为相关研究人员提供参考依据。

关键词：太阳能光热发电;分类;发展现状;发展方向

我国长期以煤炭为能源产生的来源，这使得我国能源紧缺和环境污染问题日益加重，严重影响了我国可持续发展的进程。因此利用太阳能等可再生资源、优化我国能源结构是现阶段正大力实行和推广的环保举措。太阳能光热发电摆脱了对光照条件的依赖性，即使在夜晚弱光情况下也可以持续发电，并且依靠着与电网的高匹配度和输出电能的高稳定度，成为了现代具有良好发展前景的研发项目之一。

一、太阳能光热发电系统简介

（一）光热发电技术原理

太阳能光热发电是通过聚热器把太阳辐射的热能采集起来并汇聚到聚热装置，对该装置中的传热介质进行加热，然后换热的装置利用热量把水加热成蒸汽，而这种具有高温高压特征的蒸汽能够驱动汽轮机运转、带动发电机发电。上述光能向热能、机械能、电能的转化过程就是太阳能光热发电技术的原理，从原理上来说与化石燃料的发电基本相同，不同的是光热发电利用的是可再生且清洁的太阳能。

（二）太阳能光热发电系统分类

太阳能光热发电技术按集光形式可分为非集光型和集光型两种。其中，非集光型是传统的平板式，这种技术结构简单且运行平稳，但是产生的温度和效率都非常低【1】。本文主要探讨三种常见的集光型光热发电技术，即塔式光热发电、槽式光热发电以及碟式光热发电。

1.槽式发电系统

槽式发电系统是一种线式聚焦集热系统，也可以称作槽式镜像系统。它利用槽式抛物状反射镜把光辐聚焦到焦线上的集热器中，将热能转化为电能。槽式聚光器可以跟踪太阳辐射，产生中高温的热力。研究人员可以将其进行串并联，使其发电容量无限续增。这种集热装置占地空间小，系统简单便于维护，在现有的光热发电站中，超过80%的都运用了这种技术。但槽式发电系统存在聚光比率较低、热量损耗大等弊端。

2.塔式发电系统

塔式光热发电系统内有着大规模的可以对太阳辐射进行追踪的定日镜阵列，能够把热辐射精确地传射到高塔顶部的集热器中，通过加热介质产生的热量一部分被存储起来，另一部分用来发电，存储起来的热量可以在没有阳光时继续供电。塔式光热发电系统产生的温度比较高，聚光能力也较强，且在传热过程中的热量损耗小，适合大规模生产，这也是近年来新建的光热发电项目中塔式光热系统数量明显增多的原因。但是这种系统也存在前期投资成本高、系统复杂难维护以及占地空间大等缺点。

3.碟式发电系统

碟式发电系统是世界上最早发明的太阳能光热发电系统，它的反射镜是一种旋转镜面，可以将光辐射集中至一点上，这一点就是接收器的焦点。通过这一点对光热辐射的接收，接收器内的传热介质可以被加热至750摄氏度，可见聚光比和温度都很高。但是这种系统存在着成本高、无法储热、设计复杂等缺点，比较适合应用于边远地区独立的电站建设项目中。

二、太阳能光热发电技术的发展现状

（一）国外发展现状

现阶段欧美发达国家投建的太阳能光热发电站效率更高，参数也更大。从18世纪八十年代开始，国外就有了对太阳能光热发电的相关研究，直到20世纪初期这项技术在工业领域开始被运用。建于1985年的美国SEGS电站是目前国际上最大的太阳能光热发电站，也是全球第一个商业槽式光热发电站。该电站配备了9台槽式发电系统，总装机容量达到350MW。之后美国借鉴SEGS电站的实战经验，又建设了另一座槽式发电站，新建的这座发电站在运行效率和机组可靠性方面都有了明显提升。按照国际能源目前的部署方案，全球各个国家应该采取槽式技术和塔式技术建设更多供能稳定的太阳能光热發电站【3】。

（二）国内发展现状

目前，中国的太阳能光热发电项目集中在人口密度小且光照充足的地区。我国从20世纪七十年代开始研究太阳能光热发电技术，但当时由于科技水平不足，很多技术难题得不到有效解决，导致太阳能光热发电技术的研发进程过于缓慢。直到九十年代，在中科院电工所以及清华大学等高校的积极研究下，我国太阳能光热发电技术才取得了比较可观的发展成绩。我国第一座槽式发电站建设在内蒙古的鄂尔多斯市，其总装机容量是50MW，这座发电站的建立标志着我国太阳能光热发电技术正式进入商业化道路。

随着我国太阳能光热发电技术的不断提高，市场需求也在不断上升。现今我国许多大型电力企业都在积极参与对太阳能光热发电技术的研究，而且初步形成了产业链，目前以每年350MW至550MW的速度不断增长。虽然中国的光热发电技术距离国际领先水平还有一定的差距，但作为我国可再生能源研究领域的重要部分，光热发电技术无疑会为我国的可持续发展起到重要的支撑作用，在未来有着追平或超越国际领先水平的可能性。

三、光热发电的技术发展主要方向

（一）向高参数、大容量的方向发展

光热发电技术利用太阳能辐射产生电能，能够实现长期持续发电，且在发电的同时又可进行热能存储，对社会其他行业的发展有着极大的推进作用。塔式发电技术凭借其较高的运行温度和较强的集储热能力，目前已被运用到商业领域，并且我国已建成一些百兆瓦级别的塔式光热发电站。由此可见，光热发电技术已经具备了保障商业运行的基本能力，未来要向高参数和大容量的方向不断发展。

（二）采用组合技术建设光热发电站

就单一的光热发电模式来看，槽式系统的技术成熟但是输出效率不足;碟式系统输出效率高但储能效果不好;塔式输出效率和储能效果都不错，但是建设成本太高。运用单一的技术建设太阳能光热发电站都有一定的局限性，因此探索组合型的电热发电技术是一种新的研究方向。根据实际情况选用合适的系统进行组合，能够在前期投入上降低成本，在后期运作过程中提高输出量，最终达到各取所长的效果。

（三）建设清洁能源组合发电站

随着发电技术的不断成熟，是否能将风、热、光等清洁能源进行结合发电，从而建立一个全方位的发电机制是一个值得探讨的问题。从理论上来说，这种对清洁能源全方位利用的电站具有电能生产的灵活性和电量输出的庞大性，通过充分利用风能、热能和光能的优势，能够有效解决电力的调峰问题，从总体上提高电力系统的经济性和稳定性【2】。

（四）建设光热与化石燃料联合电站

太阳能发电技术和传统的煤电、天然气发电技术进行完美对接，是一个值得研究人员充分考虑的发展热点。废弃这些常规电站会产生大量的沉没成本，因此可以结合光热发电技术，将传统电站改造为与光热发电系统相结合的联合式电站。这样能够充分利用太阳能的可再生特征和低成本优势，有效降低化石燃料的损耗比重，在供电的同时满足各国经济发展和环境保护的需求。

结语：

太阳能发电能够有效解决当前能源短缺的问题，并且为生态治理提供可行途径。太阳能光热发电不会产生废气和废渣，也不会消耗稀缺资源，同时具有很高的安全性，发电站的建设和管理过程均不易对周围环境造成严重的危害和影响。现今我国光热发电发展的重要制约因素是成本问题，因此建立具有更高容量和低成本的太阳能光热发电站是我国未来研发的主要方向。

参考文献：

[1]上官小英，常海青，梅华强.太阳能发电技术及其发展趋势和展望[J].能源与节能，2019（03）：60-63.

[2]张福君，李凤梅.综述太阳能光热发电技术发展[J].锅炉制造，2019（04）：33-36+46.

[3]刘逸群.太阳能光热发电技术发展现状研究[J].现代工业经济和信息化，2015，5（07）：70-71+95.