太陽能熱發(fā)電是大規(guī)模開發(fā)利用太陽能的一個重要技術(shù)途徑。由于關(guān)鍵技術(shù)有待重大突破，目前國外塔式、槽式、碟式系統(tǒng)都還面臨著投資大、成本高的問題。本文分析了塔式、槽式、碟式現(xiàn)行三種技術(shù)路線在我國推廣應(yīng)用的技術(shù)難點，提出了一個新型分立式太陽能熱發(fā)電技術(shù)路線。這一新技術(shù)不僅具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，而且比國外現(xiàn)行的熱發(fā)電技術(shù)更為經(jīng)濟高效。
太陽能熱發(fā)電是光伏發(fā)電技術(shù)以外的另一有很大發(fā)展?jié)摿Φ奶柲馨l(fā)電技術(shù)。它是將太陽能聚集起來產(chǎn)生高溫?zé)崮埽訜峁ぷ鹘橘|(zhì)來驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。除了高溫?zé)崮艿漠a(chǎn)生來自太陽之外，其他組成部分與常規(guī)發(fā)電設(shè)備類似。因此，實現(xiàn)太陽能光熱轉(zhuǎn)換的聚光接收器能否做到高效率、低成本，是太陽能熱發(fā)電能否實現(xiàn)商業(yè)化的關(guān)鍵。
斥巨資買進國外設(shè)備前景并不樂觀
第一次石油危機之后，歐美一些發(fā)達國家開始關(guān)注具有更高能源利用效率的太陽能熱發(fā)電技術(shù)，并相繼建立起不同型式的示范裝置。根據(jù)太陽能聚光跟蹤理論和實現(xiàn)方法的不同，已經(jīng)出現(xiàn)了塔式定日鏡、槽式線聚焦和碟式點聚焦三種不同技術(shù)路線的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，目前只有槽式系統(tǒng)實現(xiàn)了商業(yè)化，塔式系統(tǒng)、碟式系統(tǒng)仍處于示范階段。
近兩年來，國內(nèi)一些學(xué)者積極呼吁開展太陽能熱發(fā)電示范，有些地方也在籌劃巨資買進國外的塔式或槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備，建設(shè)較大規(guī)模的MW級示范電站。對于這種熱潮，筆者存在著擔(dān)憂與置疑：
1、國外技術(shù)本身尚未成熟，產(chǎn)業(yè)化尚存在困難，還有待重大技術(shù)突破。經(jīng)過四十年多年的探索，熱發(fā)電技術(shù)產(chǎn)業(yè)化在國外也進展非常緩慢。即使是目前已經(jīng)商業(yè)示范運行的槽式系統(tǒng)，盡管熱發(fā)電成本已經(jīng)做到低于光伏發(fā)電成本，但卻并沒有像光伏發(fā)電市場那樣出現(xiàn)快速增長。太陽能熱發(fā)電的產(chǎn)業(yè)化還有待關(guān)鍵技術(shù)的更大突破，比如提高太陽聚光接受器的效率、開發(fā)先進的熱存儲技術(shù)等等。
2、國外技術(shù)直接照搬過來，在我國特殊氣候條件下是否適用值得研究。與塔式、碟式系統(tǒng)相比，槽式系統(tǒng)的抗風(fēng)性能最差，目前的槽式電站多處于少風(fēng)或無風(fēng)地區(qū)，而我國陽光富足地區(qū)往往多風(fēng)、大風(fēng)甚至沙塵暴頻起，直接照搬其適用性非常值得懷疑。如果在我國開展示范，必須增強槽式系統(tǒng)的抗風(fēng)能力，因而成本必然要在國外已有示范基礎(chǔ)上大大增加，并非像已經(jīng)運行的那樣樂觀。
塔式太陽能熱發(fā)電技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化障礙
塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是在空曠平地上建立高大的塔，塔頂安裝固定一個接收器(相當(dāng)于鍋爐)，塔的周圍安置大量的定日鏡，將太陽光聚集并反射到塔頂?shù)慕邮掌魃袭a(chǎn)生高溫，接收器內(nèi)生成的高溫蒸汽推動汽輪機來發(fā)電。圖1為美國Solar two塔式太陽能熱發(fā)電站。
盡管塔式熱發(fā)電系統(tǒng)起步較早，人們也一直希望通過盡可能多的定日鏡，將太陽能量聚集到幾十兆瓦的水平，但是塔式系統(tǒng)的造價一直居高不下，產(chǎn)業(yè)化困難重重，其根本原因在于定日鏡系統(tǒng)的設(shè)計。目前典型的塔式熱發(fā)電的定日鏡有兩個特點：一是定日鏡的反射面幾乎都采用普通的球面或平面；二是定日鏡的跟蹤都使用傳統(tǒng)的方位角仰角公式。這兩個設(shè)計特點導(dǎo)致塔式太陽能聚光接收器存在著以下難以克服的問題：
1、太陽在塔上聚焦的光斑在一天之內(nèi)呈現(xiàn)大幅度變化，導(dǎo)致聚光光強大幅度波動。普通球面或平面反射鏡無法克服由于太陽運動而產(chǎn)生的像差，由于太陽的盤面效應(yīng)，各個反射鏡在中央塔上形成的光斑大小隨著它與中心塔的距離增加而線性增長，塔上最后形成的太陽聚焦光斑在一天之內(nèi)可以隨定日鏡場的大小從幾米變化到幾十米之大，因此聚光光強出現(xiàn)大幅度波動，再加上各個定日鏡的不同余弦效應(yīng)，塔式系統(tǒng)的光熱轉(zhuǎn)換效率僅為60%左右。盡管目前在一些比較講究的塔式系統(tǒng)的設(shè)計中，對不同的定日鏡開始采用不同曲率半徑的球面，以減小太陽在塔上光斑的尺寸，但光學(xué)設(shè)計復(fù)雜性大大增加導(dǎo)致制造成本也跟著大幅增長。
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