摘要：太陽(yáng)能是一種清潔的可再生能源，充分利用太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電發(fā)熱是我國(guó)能源企業(yè)正在研究和使用的有效方式，這種方式有助于提高太陽(yáng)能的利用率，有助于減少不必要的自然環(huán)境污染和破壞，有助于新能源的開(kāi)拓，是我國(guó)逐步實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的有效體現(xiàn)，也符合我國(guó)低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展要求，歐美一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始關(guān)注具有更高能源利用率的太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)，并相繼建立了不同型式的示范裝置。本文首先對(duì)太陽(yáng)能光熱發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了介紹，分析了國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能發(fā)電的現(xiàn)狀，指出了太陽(yáng)能發(fā)電的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和研究方向 。
關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能;光熱發(fā)電;發(fā)電技術(shù)
引言
目前，我國(guó)由于工業(yè)規(guī)模擴(kuò)大和粗放經(jīng)營(yíng)導(dǎo)致了嚴(yán)重環(huán)境污染和破壞， 因此開(kāi)發(fā)清潔能源是有效解決這一問(wèn)題的重要途徑，目前，世界各國(guó)紛紛將目光投向太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，這也是全球經(jīng)濟(jì)的低碳化發(fā)展方向。太陽(yáng)能作為一種清潔的可再生能源，是未來(lái)的理想能源之一，是人類(lèi)最可靠、最安全、最綠色、最持久的替代能源。目前太陽(yáng)能光伏發(fā)電被炒得如火如荼，而太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)卻少為人知，在太陽(yáng)能光伏發(fā)電遭遇瓶頸的今天，太陽(yáng)能光熱發(fā)電逐漸被人們重視起來(lái)。
一、太陽(yáng)能光熱發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)介
1、太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的分類(lèi)
目前，太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)分為兩種，一種是太陽(yáng)能光伏發(fā)電，一種就是本文提到的太陽(yáng)能光熱發(fā)電。太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)又分為槽式太陽(yáng)能光熱發(fā)電、塔式太陽(yáng)能光熱發(fā)電、碟式太陽(yáng)能光熱發(fā)電。目前槽式和塔式太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)已經(jīng)投入使用，但是碟式發(fā)電系統(tǒng)還處于實(shí)驗(yàn)和示范狀態(tài)。
2、槽式太陽(yáng)能光熱發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)介
這種太陽(yáng)能光熱發(fā)電系統(tǒng)主要是利用槽式拋物面聚光器聚光的太陽(yáng)能產(chǎn)生的熱量進(jìn)行發(fā)電，是一種分散型系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)由聚光集熱裝置、蓄熱裝置、熱機(jī)發(fā)電裝置和輔助能源裝置構(gòu)成。槽式拋物面將太陽(yáng)光線(xiàn)聚集在一條線(xiàn)上，并在這條線(xiàn)上的重要位置安裝集熱器，進(jìn)而吸收太陽(yáng)的能量，之后將眾多的槽式聚光器串聯(lián)或并聯(lián)形成集熱器的排列結(jié)構(gòu)。
一般太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)采用的是雙回路的設(shè)計(jì)，集熱油的回路與動(dòng)力蒸汽的回路是分開(kāi)的，通過(guò)換熱器交換熱量，使用導(dǎo)熱油作為熱，低溫的導(dǎo)熱油從油罐泵進(jìn)入槽式太陽(yáng)能集熱場(chǎng)，被加熱到391℃，之后經(jīng)過(guò)再熱器、過(guò)熱器、蒸發(fā)器、預(yù)熱器四個(gè)裝置，將收集的能量交換給動(dòng)力回路中的蒸汽，進(jìn)而產(chǎn)生熱量極高的蒸汽，進(jìn)入汽輪機(jī)中做功，然后產(chǎn)生電能。
如果太陽(yáng)能供應(yīng)不足，這時(shí)就可以利用輔助加熱器，如鍋爐進(jìn)行加熱， 提高導(dǎo)熱油的熱量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的正常運(yùn)行，保證該系統(tǒng)連續(xù)作業(yè)，持續(xù)的產(chǎn)生電能。因?yàn)椴凼骄酃馄鞯募療釡囟炔桓?，使得槽式太?yáng)能光熱發(fā)電系統(tǒng)中動(dòng)力系統(tǒng)的熱能轉(zhuǎn)化為功的效率不高，一般不到40%，因此， 單純依靠拋物槽式太陽(yáng)能光熱發(fā)電成本較高。
3、塔式太陽(yáng)能光熱發(fā)電系統(tǒng)
塔式太陽(yáng)能光熱發(fā)電系統(tǒng)是一種集中式發(fā)電系統(tǒng)，主要利用定日鏡將太陽(yáng)光聚焦在中心的吸熱器上，太陽(yáng)的輻射能量會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，之后傳遞給熱力循環(huán)工質(zhì)，驅(qū)動(dòng)汽輪做功進(jìn)而實(shí)現(xiàn)發(fā)電。這一太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)可以分為熔鹽系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)和水/蒸汽系統(tǒng)。系統(tǒng)蓄熱是十分重要的內(nèi)容，由于太陽(yáng)能存在一定的間隙性，因此，蓄熱器一定要在太陽(yáng)能缺乏時(shí)補(bǔ)充熱能，進(jìn)而保證發(fā)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。這里介紹兩種塔式太陽(yáng)能光熱發(fā)電系統(tǒng)。
3.1塔式熔鹽系統(tǒng)
熔鹽系統(tǒng)主要是利用硝酸鹽為工作介質(zhì)進(jìn)行熱量傳遞，塔式熔鹽系統(tǒng)的低溫側(cè)一般控制在290℃左右，高溫側(cè)達(dá)到565℃。低溫熔鹽經(jīng)過(guò)泵被輸送到塔頂?shù)娜埯}吸熱器，吸熱器在熱流密度為430KW/㎡的高輻射下將熱量傳遞給熔鹽。熔鹽吸收熱能以后溫度逐漸升高，一直升至565℃，然后經(jīng)過(guò)管道輸送到高溫熔鹽罐，高溫熔鹽被輸送到蒸汽發(fā)生器，產(chǎn)生高溫蒸汽，進(jìn)而推動(dòng)及其做功發(fā)電。
3.2塔式水、蒸汽系統(tǒng)
水、蒸汽系統(tǒng)主要將水作為導(dǎo)熱的載體，在這種發(fā)電系統(tǒng)中，冷水被加壓后輸送到塔頂端的吸熱器，在吸熱器中蒸發(fā)并過(guò)熱后被送至地面，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)做功發(fā)電。
美國(guó)SolarOne試驗(yàn)電站利用的就是這種放電方式，吸熱器是外圓柱式的，由多個(gè)塊管板構(gòu)成，每塊管板有幾十根吸熱管。吸熱器實(shí)際上是將水直接加熱變?yōu)槌瑹嵴羝腻仩t。吸熱器排出的蒸汽溫度為516 ℃ ，壓強(qiáng)極大，進(jìn)而用于驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)做功。
二、太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)的現(xiàn)狀
1、國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀
國(guó)外很多國(guó)家對(duì)于太陽(yáng)能發(fā)電的技術(shù)研究較早，基本從18世紀(jì)末期就開(kāi)始了，在20世紀(jì)初期太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)就被應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，到20世紀(jì)80年代，美國(guó)、西班牙等國(guó)家已經(jīng)大規(guī)模的開(kāi)始太陽(yáng)能光熱發(fā)電了。
美國(guó)于1985年建立了SEGS電站，之后不斷進(jìn)行擴(kuò)建，這是國(guó)際上最大的一個(gè)太陽(yáng)能發(fā)電站，也是全世界第一個(gè)槽式發(fā)電站。這個(gè)發(fā)電站的總裝機(jī)容量為350MW，配備九臺(tái)槽式發(fā)電系統(tǒng)。美國(guó)在內(nèi)華達(dá)州又建立了另一座槽式發(fā)電站，在具體設(shè)計(jì)中借鑒了該發(fā)電站在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，借鑒了SEGS發(fā)電站的建設(shè)與使用經(jīng)驗(yàn)，提高了機(jī)器的運(yùn)行安全性，提高了工作效率。199年，希臘克里達(dá)島建造歐洲的第一座太陽(yáng)能光熱發(fā)電站，裝機(jī)容量為50MW。
2、我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電現(xiàn)狀
我國(guó)在20世紀(jì)70年代開(kāi)始了對(duì)于太陽(yáng)能發(fā)電的研究，但是由于科學(xué)技術(shù)發(fā)展受到一定的限制，因此制約了我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的研發(fā)。一直到20世紀(jì)90年代末期，我國(guó)加大投入，科技部門(mén)與清華大學(xué)、中科院等聯(lián)合，我國(guó)的新能源企業(yè)、設(shè)計(jì)公司等紛紛參與，促進(jìn)了太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展。內(nèi)蒙古鄂爾多斯建立了我國(guó)第一座槽式太陽(yáng)能發(fā)電站，裝機(jī)容量為50MW，自此，我國(guó)太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)開(kāi)始商業(yè)化運(yùn)營(yíng)。
太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，使我國(guó)的市場(chǎng)需求不斷擴(kuò)大，目前，我國(guó)很多大型電力企業(yè)都在參與太陽(yáng)能光熱發(fā)電的技術(shù)研發(fā)，我國(guó)也建立了很多太陽(yáng)能光熱發(fā)電的示范項(xiàng)目，我國(guó)太陽(yáng)能光熱發(fā)電市場(chǎng)每年將會(huì)以約400MW的速度增長(zhǎng)。我國(guó)的太陽(yáng)能光熱發(fā)電工程目前主要集中在內(nèi)蒙古西部、青海、新疆南部、西藏及河西走廊一帶。
三、太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
太陽(yáng)能是一種清潔能源，更是一種可再生能源，太陽(yáng)能的限制條件較少，很容易實(shí)施和應(yīng)用，而且有助于實(shí)現(xiàn)大容量發(fā)電。太陽(yáng)能光熱發(fā)電現(xiàn)有電網(wǎng)匹配性好、光電轉(zhuǎn)化率高、發(fā)電穩(wěn)定為特點(diǎn)，生產(chǎn)過(guò)程無(wú)污染，對(duì)環(huán)境的影響較小 ，因此，深受各行各業(yè)的歡迎和重視。在未來(lái)，國(guó)際能源署下屬的SolarPACES、歐洲太陽(yáng)能熱能發(fā)電協(xié)會(huì)和綠色和平組織的預(yù)測(cè)認(rèn)為到2030年在太陽(yáng)能在全世界能源供應(yīng)份額中會(huì)占到3%，預(yù)計(jì)到到2050年會(huì)達(dá)到10%。
目前我國(guó)很多城市都在醞釀太陽(yáng)能光熱發(fā)電項(xiàng)目，到2011年，我國(guó)發(fā)改委出臺(tái)了《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》正式開(kāi)始實(shí)施，國(guó)家非常支持利用太陽(yáng)能發(fā)電，加大投入，完善設(shè)備設(shè)施，降低太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)的成本，以西藏、甘肅、寧夏、青海、新疆等重點(diǎn)區(qū)域，建立太陽(yáng)能發(fā)電站，逐漸取代常規(guī)能源而廣為使用。
結(jié)語(yǔ)
綜上所述，太陽(yáng)能作為重要的綠色能源，對(duì)環(huán)鏡污染小，有利于實(shí)現(xiàn)我國(guó)的低碳經(jīng)濟(jì)的，利用太陽(yáng)能發(fā)電，可以減少煤炭能源燃燒的排放，提高太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的使用率。與國(guó)外技術(shù)先進(jìn)國(guó)家相比，我國(guó)太陽(yáng)能光熱發(fā)電的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)相對(duì)較弱，仍需要做更多的技術(shù)積累。建議國(guó)家出臺(tái)相關(guān)政策鼓勵(lì)示范項(xiàng)目建設(shè)，帶動(dòng)光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展。(責(zé)編：張建蘋(píng))
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