摘要：太阳能作为一种清洁的可再生能源，是未来社会的理想能源之一，在未来的能源战略中占有重要的地位。本文就太阳能光热发电的技术特点与应用情况进行了简要分析，以供参阅。
关键词：太阳能；光热发电；技术特点；应用
引言
能源已成为影响经济社会发展的一大主要因素，尤其是煤炭、石油等化石燃料的逐渐枯竭，当今世界已出现了能源争夺之战。局部地区的动乱很多都是由不可再生能源的争夺引发的。面对人们能源需求量的增加而不可再生能源的减少，人们开始转而寻求对可再生能源的开发，如风能、水能、太阳能等。尽管目前太阳能占能源总量的比重不大，但未来的发展潜力不可限量，有专家推测，到2100年来自太阳的能源超过世界能源需求总量的一半以上。
1光热发电的工作原理
太阳能光热发电的基本原理与常规火力发电相似，如图1所示，它主要利用大规模阵列镜面集聚太阳热能，通过换热装置加热产生蒸汽，然后驱动传统的汽轮发电机产生电能。光热发电涉及光—热—电之间的转换，包括以下几个过程：光的捕获与转换过程、热量吸收与传递过程、热量储存与交换过程、热电转换过程。相比光伏发电而言，太阳能光热发电技术不需要昂贵的晶硅光电转换工艺，同时具有较高的发电效率。另外，利用相对成熟的热存储技术，可以存储部分热能，到了晚上，利用蓄热发电。
2太阳能光热发电的技术及其特点
2.1槽式光热发电
利用槽式抛物面聚光器聚光的太阳能光热发电系统简称分散型系统。该系统一般由聚光集热装置、蓄热装置、热机发电装置和辅助能源装置（如锅炉）等组成。槽式抛物面将太阳光聚在一条线上，在这条焦线上安装管状集热器。以吸收聚焦的太阳辐射能。常将众多的槽式聚光器串并联成聚光集热器阵列。槽式聚光器对太阳辐射进行一维跟踪。由于槽式聚光器的几何聚光比低及集热温度不高。使得抛物槽式太阳能光热发电系统中动力子系统的热转功效率偏低，通常在35%左右。因此，单纯的抛物槽式太阳能光热发电系统在进一步提高热效率、降低发电成本方面的难度较大。
2.2塔式光热发电
塔式集热系统又称集中型系统，其集热系统由数以千计带有双轴太阳追踪系统的平面镜（称为定日镜）和1座（或数座）中央集热塔构成。每个定日镜都有独立的跟踪系统，可单轴跟踪也可双轴跟踪，可开环控制也可闭环控制；但都需要将太阳光反射到集热塔的接收器上。定日镜的远距离跟踪是个技术难题，定日镜的任何微小传动间隙都将造成反射光线不能照到集热器上；尤其在风力的推动下，光斑的晃动会造成聚焦点温度严重不均匀。集热塔上的接收器相当于火电厂的锅炉，可接收来自镜场的热量；接收器分为间接照射和直接照射2种。间接照射接收器先利用太阳能加热受热面，再通过受热壁面将热量向介质传递。管状接收器就属于这一种类型，其工作温度一般在500℃以上；由于光斑的晃动和其他外力的干扰，会造成温度场的非均匀，导致加热介质泄漏及吸热器烧毁。集热塔上的接收器一般设置预热器、蒸发器及再热器，以提高工作效率。接收器对介质的流动性要求较高，如发现介质缺少或介质未循环流动，应立即启动保护措施，调整镜场角度或隔离接收器，避免接收器过热，造成热介质泄漏和吸热器烧毁。集热塔上部的工作温度较高，应制定严格的操作规范，禁止在接收器工作时登塔。塔式集热系统对供电的可靠性要求很高，一旦定日镜失电，其形成的光斑将不再受控，产生的高温足以给塔架及其他受热物带来致命伤害。另外，成千上万面镜子也容易使人产生光盲等伤害。
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2.3碟式光热发电
碟式太阳能光热发电系统是利用旋转抛物面反射镜，将入射阳光聚集在焦点上。放置在焦点处的太阳能接收器收集较高温度的热能，加热工质以驱动汽轮机。从而将热能转化为电能。碟式太阳能光热发电系统包括：旋转抛物面反射镜、接收器、跟踪装置和蓄热系统。碟式太阳能热发电系统可以单机标准化生产，具有使用寿命长、综合效率高、运行灵活性强等特点。由于发电成本不依赖于工程规模，适合边远地区离网分布式供电。但碟式太阳能热发电系统单机规模受到限制，造价昂贵。碟式（又称盘式）太阳能热发电系统（抛物面反射镜斯特林系统）是世界上最早出现的太阳能动力系统。它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，有很高的聚光比，达3000以上，能在焦点处产生很高的温度，比其它两种热发电方式的聚光温度都要高，运行温度为750~1500℃，因此它可以达到很高的热机效率。近年来，碟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应用于空间，与光伏发电系统相比，具有气动阻力低、发射质量小和运行费用低等优点。不同于槽式发电系统，碟式太阳能发电系统的热电转化装置主要采用斯特林机作为原动机。自由活塞斯特林机是一种活塞式外燃机，在汽缸内有一个配气活塞和一个动力活塞。汽缸侧壁连接配气活塞上下室的旁路，循环工质通过旁路交替运动到配气活塞的上室和下室。上室和热源交换器耦合，将吸热器的热量传递给工质，工质受热膨胀推动动力活塞做功，输出功率。下室通过中间介质回路把余热传递给回热器，工质通过旁路往复流动完成循环。斯特林热机最高的热电转换效率可达40%。
2.4线性菲涅尔式太阳能热发电系统
线性菲涅耳反射器系统也是近年兴起的一种太阳热发电技术，它被认为是对槽式太阳能发电系统的改进。线性菲涅耳反射聚光器事由主反射镜场、接收器和跟踪装置三部分组成。主反射镜场是由平面镜条组成的平面镜阵列，平面镜的长轴（即转动轴）在同一平面内，跟踪装置使平面镜绕长轴转动，实现跟踪太阳的目的。平面镜反射光汇聚到接收器的受光口，接收器接收到主反射镜的反射光，加热吸收钢管流动工质，使光能转化为热能。线性菲涅耳反射器系统采用菲涅耳结构的聚光镜来替代抛物面镜，并且集热管具有二次反射的功能，聚光效率一般是常规抛物面型集热器的3倍，建造费用可降低50%。图8展示了一种线性菲涅耳反射器系统的集热原理。
3我国光热发电的前景分析
太阳能光热发电方式具有与现有电网匹配性好、光电转化率高、可连续稳定和调峰发电的能力、发电设备生产过程绿色环保等其他发电方式不可比拟的优势，因此成为近年来新能源领域开发应用的热点，各国都出台了相应的经济扶持和激励政策，全球总装机规模持续上升，呈现出一种蓬勃发展的景象。太阳能光热发电技术在未来的研发和应用中，将朝着“高参数、大容量、连续发电”这3个技术方面发展。高参数即为聚光比高、运行温度高和热电转换效率高。为此必须在高反射率高精度反射镜、高精密度跟踪控制系统、高热流密度下的传热、太阳能热电转换等核心技术和关键设备的研制中，加大研发力度。大容量主要指发电规模大，要形成GM级发电能力，主要是降低投资成本和单位发电成本，逐步具备与火力发电成本相当的竞争能力。发电连续性主要是提高储热效能。目前蓄热介质有蒸汽、导热油和熔融盐等。总得来说太阳能热发电技术将会向着低成本、大规模的方向快速发展，将在人类未来的能源结构中占有举足轻重的地位。
参考文献：
[1]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，2015，07：70-71+95
[2]陈丽，付颖.太阳能光伏与光热发电对比简析[J].江西广播电视大学学报，2015，02：90-93
[3]袁炜东.国内外太阳能光热发电发展现状及前景[J].电力与能源，2015，04：487-490
论文作者:邢秀格
论文发表刊物:《电力设备》2018年第26期
论文发表时间:2019/1/16
标签：光热论文; 太阳能论文; 系统论文; 接收器论文; 抛物面论文; 工质论文; 平面镜论文; 《电力设备》2018年第26期论文;