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摘要：本文主要介绍了太阳能热发电系统的多种类型，初步对比各种类型的优缺点，对太阳能热发电系统组成进行了简要阐述。
关键词：太阳能；热发电系统。
一 太阳能热发电系统类型
聚光太阳能热发电是通过“光-热-功-电”的转化过程实现发电，吸收直射辐射能，其原理上和传统的化石燃料电站类似，又分为塔式、槽式、碟式、线性菲涅尔式等。其中，抛物槽式发电的发展速度最为迅速，已实现大规模的商业运行，碟式发电和塔式发电仍处于示范阶段。
（一）塔式发电系统
塔式发电系统是利用众多独立跟踪太阳光的定向反射镜（定日镜），将太阳热辐射反射到设置于高塔顶部的高温集热器（太阳锅炉）上，通过能量转换把热量传递给导热介质，再由蒸汽发生器产生过热蒸汽，或直接加热集热器中的水产生过热蒸汽，驱动蒸汽轮机发电机组发电。
一个高温集热器一般可以收集100MW的辐射功率，产生1100℃的高温.由于塔式发电系统中定日镜的数量众多，塔式太阳能发电系统的聚光比随之升高，最高可达1500，运行温度达到1000～1500℃。因其聚光倍数高、能量集中过程简便、热转化效率高等优点，塔式发电系统可实现大功率的发电。
塔式太阳能发电系统包括定日镜、接收器、工质加热器、蓄热系统以及汽轮机组等部分，收集装置由多面定日镜、跟踪装置、支撑结构等构成。系统通过对收集装置的控制，实现对太阳的最佳跟踪，从而将太阳的反射光准确聚焦到中央接收器内的吸热器中，使传热介质受热升温，进入蒸汽发生器产生蒸汽，最终驱动汽轮机组进行发电。为了保证持续系统的供电，蓄热装置可以将高峰时段的热量进行存储，以备早晚、阴雨间隙或者调峰时使用。
（二）槽式发电系统
槽式太阳能热发电系统全称为槽式抛物面反射镜太阳能发电系统，该系统将多个槽型抛物面聚光集热器经过串联，并联的排列，利用槽型抛物面反射镜将太阳光聚焦到安装抛物线形反光镜焦点上的线性接收器上，加热流过接收器的热传导液，热传导液在换热器内产生高压、高温蒸汽、最后将蒸汽送入常规的蒸汽涡轮发电机发电。
槽式抛物面聚光集热器是一种线聚焦集热器，聚光性能比塔式系统和蝶式系统低，通常聚光比在10～100之间，吸收器的散热面积也较大，因而集热器介质工作温度一般不超过600℃，属于中温系统。由于目前大部分的槽式太阳能电站采用导热油作为载热工质，因此运行温度一般只有400℃。
槽式太阳能发电包括槽型抛物面聚光/高温真空管集热子系统、导热油/蒸汽换热子系统、发电子系统、蓄热子系统等。其中，发电子系统和蓄热子系统与塔式发电系统基本相似，不同之处在于聚光集热子系统和换热子系统。聚光集热是整个槽式发电系统的核心，它由聚光阵列、集热器和跟踪装置组成。其中，集热器一般采用串、并联排列方式，按南北、东西和极轴3个方向对太阳光进行一维跟踪。换热子系统由预热器、蒸汽发生器、过热器、和再热器4组件分别实现工质加热、换热、产生蒸汽、进行发电的过程。
由于槽式发电系统结构相对紧凑，其收集装置的占地面积比起塔式发电系统和蝶式发电系统来说，相对较小，而且这种系统的经济效益不受规模的限制，集热器等装置都布置于地面上，安装和维护比较方便，聚光集热器可以同步跟踪，降低控制成本。因此，槽式太阳能热发电系统是太阳能热发电中最适宜推广的一种发电系统。但是槽式发电系统的主要缺点是能量集中过程依赖于管道和泵，输热管路复杂，输热损失和阻力损失较大。
2004年10月，由中国科学院电工研究所、皇明太阳能集团联合实验室研制的单轴跟踪的槽式太阳能聚光器在通州开始成功运行。2011年2月，鄂尔多斯50MW槽式太阳能热发电电站完成特许权示范招标，项目计划总投资16亿元，年发电量1.2亿kWh，特许经营期为25年，为带储能的纯太阳能发电运行模式。2010年12月，大唐天威10MW太阳能热发电试验示范项目开工，这是中国首座兆瓦级太阳能热发电试验电站。该试验示范项目以光煤混合发电的方式，通过利用太阳能资源来补充发电，可以有效减少原火电机组煤耗量。
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（三）碟式发电系统
蝶式（又称盘式）太阳能热发电系统利用碟（盘）状抛物面镜将入射阳光聚集到聚光集热器的焦点处，传热工质流经集热器吸收太阳光传换成的热能，然后驱动热机运转，并带动发电机发电，一般在焦点处安装斯特林发动机发电。
蝶式太阳能热发电系统是世界上最早出现的太阳能动力系统，由于碟式太阳能热发电系统聚光比可达到3000以上，使得接收器的吸热面积很小，减少能量损失，同时使接收器的接收温度达到800℃以上，因此蝶式太阳能热发电系统是目前效率最高的太阳能发电系统，发电效率最高可达到29.4%，而且系统能够独立运行，应用灵活，无须消耗大量水资源，占地面积小，制造成本低。但是，蝶式太阳能热发电系统单机容量较小，一般为5～25kW，比较适合建立分布式能源系统。
蝶式太阳能热发电系统一般由旋转抛物面反射镜、高温吸热器、跟踪传动装置、热工转换装置和发电储能装置等组成。整个蝶式发电系统安装于一个双轴跟踪支撑装置上，实现定日跟踪。蝶式反射镜可以是一整块抛物面，也可由聚焦于同一点的多块反射镜组成。与塔式和槽式太阳能发点不同的是，蝶式太阳能发电主要采用斯特林热力循环，完成热能到机械能的转换，但由于斯特林热机的技术开发尚未成熟，因而蝶式太阳能发电尚在试验示范阶段。
上述三种方式太阳能热发电的各自优缺点非常明显：
（1）塔式太阳能发电：运行温度为565～10490℃，年容量因子为20%～77%，峰值效率为23%，年净效率7%～20%。塔式太阳能发电由于聚光比高、运行温度高、系统容量大、热转换效率高、可以实现高温蓄热、联合运行等特点，适合大规模联网发电。
（2）槽式太阳能发电：运行温度为390～600℃，年容量因子为23%～50%，峰值效率为20%，年净效率11%～14%。槽式太阳能发电系统由于结构简单、技术成熟、可以实现中温蓄热、可以联合运行等特点，成为第一个进入商业化生产的热发电方式。
（3）碟式太阳能发电：运行温度为750～1382℃，年容量因子为25%，峰值效率为24%（最高达30%），年净效率12%～25%。碟式太阳能发电由于热效率最高、结构紧凑、安装方便、可标准化生产等优点，非常适合分布式小规模能源系统。
二 太阳能热发电系统组成
典型的太阳能热发电站由聚光集热子系统、蓄热子系统、辅助能源子系统、监控子系统和热动力发电子系统5个子系统组成，主要零部件有定日镜阵列、吸热器、传热介质、换热器、储热系统、控制系统、汽轮发电机等。
（一）聚光集热子系统
主要零部件包括聚光器和接收器。聚光器实现将低密度的太阳光收集起来，一般分为平面反射聚光和曲面反射聚光。
（1）平面反射聚光。将太阳能聚集在高台顶端的接收器，聚光比为100～1000，可将接收器中德工质加热到500～2000℃。
（2）曲面反射聚光。分为一维抛物面和二维抛物面，一维的聚光比为10～30，集热温度达到400℃；二维的聚光比为50～1000，集热温度可达800～1000℃。
接收器是聚光装置的集热部件，结合聚光器聚焦的阳光，并将太阳能转化成热能。
（二）蓄热子系统
储存太阳场收集的多余热能，以提供夜间或阴雨天发电所需能量。蓄热材料有显然储热材料、潜热储热和化学储热3种，装载蓄热材料的蓄热罐一般有单罐蓄热和双罐蓄热。
（三）辅助能源子系统
通常采用常规锅炉设备，以维持热动力发电站稳定运行。
（四）监控子系统
包括跟踪系统和检测系统。跟踪系统保证聚光器跟踪太阳光视位，聚光系统越大，对跟踪精确度越高。检测系统主要是对太阳辐射量、温度环境和风速等影响太阳能收集的外界环境变量进行记录、分析。
（五）热动力发电子系统
包括现代汽轮发电机组和燃气轮发电机组（槽式和塔式）、斯特林动力发电（碟式）、低沸点工质汽轮发电（太阳池热动力发电）等。
三 结束语
光热发电受光照的变化影响较小，电能质量好。抛物槽式发电的发展速度最为迅速，已实现大规模的商业运行，碟式发电和塔式发电仍处于示范阶段。太阳能热发电做为一种清洁的和可再生的能源应用前景一片光明。
参考文献：
1）太阳能热动力发电技术;刘鉴民；化学工业出版社
论文作者:沈檬
论文发表刊物:《防护工程》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/21
标签：系统论文; 太阳能论文; 子系统论文; 蓄热论文; 抛物面论文; 蒸汽论文; 接收器论文; 《防护工程》2018年第34期论文;