主頁 > 新聞動態 > 太陽（yáng）能光（guāng）熱發電技術組成原理與優點 2021-12-07

太陽能光（guāng）熱發電技術組成原理與優（yōu）點

太陽能光（guāng）熱發（fā）電是新能源利用的一（yī）個重要方向。主要形（xíng）式有槽（cáo）式（shì）、塔式，碟式（盤式）三種係（xì）統。光熱發電最大的優勢（shì）在於電力輸（shū）出平穩，可做基礎電力、可（kě）做調峰；另外其成熟可靠的儲能（néng）（儲熱）配置可以在（zài）夜間持（chí）續發電。利用大（dà）規模陣列拋物或碟（dié）形鏡麵收集太陽熱能，通過換（huàn）熱（rè）裝置提（tí）供蒸汽，結合傳統汽輪發電機的工藝，從而達到發電（diàn）的目的。采用太陽能光熱發電技術，避免了昂貴（guì）的矽晶光電轉換工藝，可以大大（dà）降低太陽能發電的成本。而且，這（zhè）種（zhǒng）形式的太陽能（néng）利用還有一個其他形式的太陽能轉（zhuǎn）換所無法比擬的優勢（shì），即太陽能（néng）所燒熱的水可（kě）以儲存在巨大（dà）的容器中（zhōng），在太陽（yáng）落山後（hòu）幾個小時仍然能夠帶動汽輪（lún）發電。

一、陽能光熱發電技術優點
1.太陽能（néng）是取之不盡、用之不竭的潔（jié）淨能（néng）源，而且太（tài）陽能光（guāng）伏發（fā）電是（shì）安全可靠的，不會受到（dào）能源危機和燃料市場不穩定因素（sù）的影響；
2.太（tài）陽光普照（zhào）大地，太陽能是隨（suí）處可得的，太陽能光伏（fú）發電對於偏遠無電地區尤其（qí）適用，而且會降低長距離電網的建設和輸電線路上的電能損（sǔn）失；
3.太陽能的產生不需要燃料，使得運行成本大大降低；
4.除了跟蹤式（shì）外，太（tài）陽能光伏發電沒有運動部件，因此不易損毀，安裝相對容易，維護簡單；
5.太（tài）陽（yáng）能光伏（fú）發電不會（huì）產生任何廢棄物（wù），並且不會產生噪（zào）音、溫室及有毒氣體，是（shì）很理想的潔淨能源。安裝1KW光伏（fú）發電係統，每（měi）年（nián）可少排放CO2600～2300kg，NOx16kg，SOx9kg及其他微（wēi）粒0.6kg；
6.可以有效利用（yòng）建築物的屋頂和牆壁（bì），不需要占用大量（liàng）土地，而且太陽能發電板可以直接吸收太陽能，進（jìn）而降低牆壁和屋頂的溫度，減少室內空調的負荷；
7.太陽能光伏發電（diàn）係統的建設周期短，而且發電組件的使用壽命長、發電方式比（bǐ）較靈活，發（fā）電係統的能量回收周（zhōu）期短；
8.不受資源分（fèn）布地域的限製（zhì）；可在用電處（chù）就近發電。
二、太陽（yáng）能光熱發電（diàn）原理
太陽能發電是利用電池組件將太陽能直接轉變為電能的裝置。太陽能（néng）電池組件（Solar cells）是利用半導體材料的電子學特性實現P-V轉換的固體裝置，在廣大的（de）無電力網地區，該（gāi）裝（zhuāng）置可以方便地實現為用戶照明及生（shēng）活供（gòng）電，一些發達國家還可與區域電網並網（wǎng）實現互（hù）補。目前從民用的（de）角度（dù），在國外技術研究趨於成熟且初具產業化的是"光伏--建築（照明）一（yī）體化"技術，而國內主要研究生（shēng）產適用於無電地區家庭照明用的小型太（tài）陽能發電係（xì）統。

太陽能發電係統主要包括（kuò）：太（tài）陽（yáng）能電池組件（陣列）、控製（zhì）器、蓄電池、逆變器、用戶即照明負載等組成。其中，太陽能（néng）電（diàn）池組件和蓄電池為電源係統，控製器和逆變器為控製保護係統，負載為係統終端。
太陽能電池與蓄電池組（zǔ）成係統的電源單元，因此蓄（xù）電池性能直接（jiē）影響著係統工作特性。

表（biǎo）1 四種光熱發電技（jì）術的特性對比表

三、太（tài）陽（yáng）能光（guāng）熱發電（diàn）技術種類
按照聚能方式及其結構進行分類，主要有（yǒu）塔式、槽式（shì）、碟式（shì）、菲濕爾式太陽能光（guāng）熱（rè）發電四大類技術(見（jiàn）表1所（suǒ）示)，塔（tǎ）式和（hé）槽式光熱發電技術商（shāng）用更廣泛。
1.塔式太（tài）陽能光熱發電
塔式光熱發電係統為點式聚焦集熱係統，利用大規模自（zì）動跟蹤太陽的定日鏡場陣列，將（jiāng）太陽熱（rè）輻射能精準反射到置於高塔頂部的集熱（rè）器，投射到集熱器的陽光被吸收轉變成熱能並加熱（rè）中間介質，使其直接（jiē）或間接產生540℃～560℃蒸汽，其中一部分用來發電，另一部（bù）分熱量則被儲存，以備早晚（wǎn）或（huò）沒（méi）有陽光時發電使用。塔式係統（tǒng）具有熱傳遞（dì）路程短、高溫蓄（xù）熱、綜合效率高等優（yōu）點，新建的光熱發電項目中塔（tǎ）式光（guāng）熱發電技術（shù）越來越多，塔式是未來太陽熱輻射能光熱發電的主要技術。

2.槽式太陽能（néng）光熱發電
槽式太陽（yáng）能熱發電係統全稱為槽式拋物麵反射鏡太陽能熱發電係統，是將多個槽（cáo）型拋物麵聚光集熱器經過串並聯的排列，加熱工質（zhì），產生高溫蒸汽，驅動汽輪機發電機組發電。

3.碟式太陽能光熱發電
盤（pán）式（又稱碟式）太陽能熱發電係（xì）統（拋物麵反射鏡斯特林係（xì）統）是由（yóu）許多鏡子（zǐ）組（zǔ）成（chéng）的拋物麵（miàn）反射鏡組成，接收（shōu）在拋物麵的焦點上，接收（shōu）器內的傳熱（rè）工質被加熱到750℃左右，驅動發動機進行發電（diàn）。4.菲涅爾式太陽能光熱發電
菲濕爾式光熱發電工（gōng）作原理類（lèi）似槽式光熱發電，隻是采用多（duō）個平（píng）麵或微彎曲的光學鏡（jìng）組成的（de）菲涅爾結構聚光鏡來（lái）替代拋麵鏡，眾多（duō）平放的單軸轉動的反射鏡組成的矩形（xíng）鏡場自動（dòng）跟蹤太（tài）陽，將太陽光反射（shè）聚集到具有二次曲麵的二（èr）級反射鏡和線（xiàn）性（xìng）集熱器上（shàng），集熱（rè）器將太陽能轉化為熱能，進而轉化為電能。特點是係統簡單、直接使（shǐ）用導（dǎo）熱介質產生蒸（zhēng）汽，其建設和維護成本相對較低。
四、太陽能光熱發電係統組成
太陽能光熱發電（diàn）實質是由光能到熱能再到電能的能量轉換，實現將太陽光熱輻射能到電（diàn）能的產生與輸出，四種光熱發（fā）電技術按發電原理主（zhǔ）要分為集熱係統（tǒng）、蒸汽發生器係統、蓄（xù）熱換熱係統、發電係統。
1.集熱係（xì）統
利用控製（zhì）裝置保證鏡場光學器件對（duì）太陽的跟蹤，通過反射（shè）、聚（jù）焦和吸收等（děng）過程匯集光能，形成（chéng）較高的能流（liú）密度，實現光能到（dào）熱能（néng）的轉化，聚集的熱能主要用於光熱發電，剩餘熱能用於儲熱。太（tài）陽能（néng）集熱係統包括聚光裝置、吸熱器、跟蹤控製裝置等主要部件。
聚光裝置作為集熱係統的核心，主要由凹麵反射鏡、平麵（miàn）鏡等光學器件組成（chéng）聚光鏡（jìng）場，將光能聚集傳遞（dì）給位於焦（jiāo）點或焦（jiāo）線的吸熱器或集熱管，聚集太陽（yáng）熱輻射能，現國內製造的聚光鏡效率已達到94%，基本等同國外聚光鏡效率。
吸熱器承擔著吸收太陽熱輻射能的重要作用（yòng），主要功能是吸熱聚光裝置反射的（de）太陽（yáng）熱輻射能，直接加（jiā）熱集熱器內工質轉換成熱能，用來發電或儲熱等不同用途。吸熱器（qì）有真空管式和腔體容積式，選用原則根據工程條件（jiàn）、鏡場容（róng）量及（jí）布置等因素（sù），重點是提高吸熱器（qì）單位麵積熱流量，降低熱損失。選擇吸熱器主體材料應考慮耐（nài）高溫、耐腐蝕（shí）、耐（nài）疲勞等，以保證吸熱器設備的安全性和較長服役期。
跟蹤控製裝置除具有一維跟蹤或二維跟蹤等控製能力，具有定期自檢、定期清理等功能，保證陣列鏡場和太陽直射光線的形成穩定（dìng）角度，有效（xiào）調節太陽能集熱裝置的焦距，始終保（bǎo）持整個鏡場對太陽的跟蹤，從而實現太陽熱（rè）輻（fú）射（shè）能有效地反射到吸熱（rè）器，吸熱器吸收這部分輻射（shè）能並將其轉換成為熱能直接利用。
2.蒸汽發生器係統
蒸（zhēng）汽發生器係統包括預熱器（qì）、蒸發器、過熱器和再熱（rè）器等，集熱（rè）係統吸收太陽熱輻射能，通過熔鹽、導熱油等熱（rè）能（néng）載體在蒸汽發生器係統換熱產生高能蒸汽去驅動汽輪機做功（gōng），此（cǐ）係統相當於火力（lì）發電機組的鍋爐。光熱發電配套使（shǐ）用的蒸汽發生器（qì）係統有單列和雙（shuāng）列布置，係統輸送工（gōng）質無論采用強製循（xún）環還是采用自然循環（huán），均要保證（zhèng）係統所需的循環倍率。
研製蒸（zhēng）汽發生器係（xì）統設備首先要綜合考慮設備間相互（hù）匹配溫升、換熱能力、介質（zhì）阻力，其次要重（chóng）點研究分析換熱工質的變溫範圍大導致設備承載的溫差應力，再有要全麵考慮光熱發電頻（pín）繁啟停特殊性和低負荷運行工況產生的疲勞。實現熱能消耗少、阻力小，提高蒸汽發生器係統經濟性。
係統配置的換熱器（qì）均為管殼式結構，有釜式蒸發器，發卡式或集箱式（shì）蛇形管過熱（rè）器，U管或直管換熱器。研（yán）究和設計所述（shù）設備即要在係（xì）統設（shè）計和設備（bèi）設計兩個層麵考慮熔鹽凝固、泄露等風（fēng）險，又（yòu）要關注各（gè）設備內熔鹽（yán）和水的（de）流程，且要配備（bèi）電伴（bàn）熱等防凝措（cuò）施。對於熔鹽工質的蒸汽發生器係統應（yīng）采用預熱、蒸發和過熱（rè）多級（jí）受熱麵設（shè）計，且宜帶有強製循環泵的蒸發器，確保蒸發器局部受熱麵在不同負荷時不超金屬材料的安全使用溫度。
3.蓄熱和換熱係（xì）統
太陽能的儲存主要有（yǒu）兩種方法:一種是將太陽能直接（jiē）收集以熱能方法進（jìn）行儲存，有顯熱儲熱、潛熱儲熱和化學反應儲熱進行太陽能直接儲存(見表2所示);另一種是把太陽能先轉換成其他能（néng）量方式再進行儲存，一般可先轉變為電（diàn）能和機械能，再使用相應方法儲存電能和機械能。
光熱發電最大優勢是能夠進行熱（rè）能儲存，熱量富裕進行儲熱，熱量不足（zú）能夠釋放，適應（yīng）電網24小時調峰發電需求。蓄熱係統由真空絕（jué）熱（rè）或以絕（jué）熱材料包覆（fù）的蓄熱器組成，商業化（huà）光熱發電主要蓄熱（rè）方法是熔融鹽雙罐直接儲（chǔ）能。因為熔鹽比導熱油溫度高，發電效率（lǜ）大，故目前商業化光熱發電中（zhōng）常用（yòng）的是二元熔鹽，其主要成分是硝酸鈉和硝酸鉀。各國研究的新型儲能技術有液態金屬儲能、納米複合相變材料儲能、新型鹽結晶儲（chǔ）能等。
換熱係統主要是指實現能量轉換工序過程所配置的設備，保障（zhàng）在不同工質間（jiān）進行熱能形式轉換（huàn），配備的設備要（yào）傳熱麵積大，熱（rè）損耗小，設備（bèi）抗腐蝕性、抗疲勞性和抗氧化性（xìng）強。

表2 太陽能光熱發電係統中蓄熱方式的（de）特（tè）性對比

4.發電係統（tǒng）
光熱動力（lì）島（dǎo）發電係統相當（dāng）於火電、核電的發電係統，將熱（rè）能（néng）轉化為電能並（bìng）輸出。此係（xì）統配置裝（zhuāng）備同火電基本類似，即要配置蒸汽輪機、燃氣輪機和發電機等主要設備，還（hái）要配（pèi）置給水係統、回熱係統所需的給水泵、高低加等設備。發電係統的性能直接關係（xì）到太陽能光熱發電經濟性，當發電係統效率提升1%，光熱發電將增長年收益2%以上。研製光熱發電動力島主要設備要特（tè）別關注發電（diàn）頻繁啟停、快速啟動、低負荷等苛刻工況，采取相應措施保證發電係（xì）統設備的安全（quán）性（xìng）和穩定性。
五、太陽能光熱發（fā）電技術發展主要方向
1.光熱（rè）發電高參數、大容量、連續發電發展。太陽熱輻射能可直接（jiē）發電能，且能進行熱能儲存，實現（xiàn）光熱發電長周（zhōu）期平穩電力連續輸出。百兆瓦級塔式（shì）光熱發電站投入商業運行證明，塔式技術能實現更高的運行溫度，超強的集熱（rè）能力（lì）和儲熱能力，保證驅動（dòng）汽輪（lún）機發電的工質參數高，甚至實現超臨界技術發電。光熱發電在技術層（céng）麵已（yǐ）具備大容量、高（gāo）參（cān）數、連續發電的基本條件，工程層（céng）麵要加快光熱發（fā）電技術向著高（gāo）參數和大容量進程是總體大趨勢。
2.光熱發電技術互補，建設（shè）集合式光熱發電站。碟式技（jì）術效率高但儲能差;槽式技術成熟但熱輸出溫度較低;塔（tǎ）式聚（jù）光比高運行溫度但投資成本大。采用任何單一（yī）技術模式建設光熱（rè）發電站均有局限性，研究槽式、塔式、碟式、菲濕爾中兩種（zhǒng）或三種光熱發電組合技術，取長補短充分發揮各自聚光比高、集熱技術成熟和總體效率高等技術優勢，從建設和運維方麵降低成本，提高光（guāng）熱發電的運行效率，現已采用組合技術建設光熱發電站，探索研究更有利於發揮各自優勢多（duō）種技術組合勢在必行。
3.組（zǔ）建風、光、熱等清潔能源多種組合（hé）模式（shì）發電站。將成熟的風、光、熱等各種清潔（jié）能源（yuán）技術進行優化組合，建立能源全方位利用機製，實現電力（lì）生產和輸出靈活性和總（zǒng）體輸出功率穩定（dìng）性（xìng），組建具有（yǒu）儲能的光熱（rè）、光伏、風（fēng）能、生物質等互補技術的新能源發電站，充分利用風電、光伏、光熱和儲能各自優勢，有效解決電力調峰問題，提升電力係統風、光、電、儲等能源的利用效益，提高電力（lì）係統的（de）可靠性和（hé）經濟性。
4.建設光熱發電和傳統化石燃料聯合電站。隨著太陽能發電技（jì）術的成熟，將太陽能和煤電、天（tiān）然（rán）氣等常（cháng）規火電站（zhàn）有效對接，利用太陽能和化石能源各自特點，建設光熱發電（diàn）與燃氣或燃油或煤電組合（hé）式聯合循環電站，充分利用太陽能再生清潔資源和規（guī）模化儲熱優勢，降低化石能源的消耗（hào）比重，實現連續穩定的電力（lì）供應（yīng）滿足經濟發展需要。
太陽能光熱發電技術同超臨界CO2技術結合是將來光（guāng）熱發展的新方向，隨著新型（xíng）熔鹽和液體金屬等傳熱工質技術（shù）的成熟，太（tài）陽能光發電效率將不斷提高，太（tài）陽能利用將占有更大比（bǐ）重。
六、太陽能光熱發電技術結論
以上幾種（zhǒng）係統性能比較。幾種係統隻有槽式線聚焦係統實現了商業化，其他兩種（zhǒng）處在示範階（jiē）段，有（yǒu）實現（xiàn）商業化（huà）的可能和前景。幾種係統均可單獨使用太陽能運行，安裝成燃料混合（如與天（tiān）然氣（qì）、生物質氣等）互補係統是（shì）其突出的優（yōu）點。
就幾種形式（shì）的太陽熱發電係統相（xiàng）比較而言（yán），槽式熱發電係統是（shì）最成熟，也是達到商業（yè）化發展的技術，塔（tǎ）式熱發電係統的成熟（shú）度不如拋物麵（miàn）槽（cáo）式（shì）熱發電係統，而配以斯特林發電機的拋物麵盤式（shì）熱發電係統（tǒng）雖然有比較優良（liáng）的性能指標（biāo），但（dàn）主要還是（shì）用於邊遠地區的小型獨立供電，大規模應用成（chéng）熟度則稍遜一籌。應該指（zhǐ）出（chū），槽式、塔（tǎ）式和盤（pán）式（shì）太陽能光熱發電技術同樣受（shòu）到世界各國的重視，並正在積極開（kāi）展工作（zuò）。

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