關(guān)于太陽(yáng)能的能源利用方面，目前有兩種，一種是光伏發(fā)電：利用太陽(yáng)能電池板將光能轉(zhuǎn)化為電能;另外一種是光熱技術(shù)：利用太陽(yáng)能的高溫將光能轉(zhuǎn)化成熱能。我國(guó)太陽(yáng)能熱發(fā)電正處于起步階段，十一五規(guī)劃中的863計(jì)劃就有關(guān)于太陽(yáng)能光熱發(fā)電的項(xiàng)目,此前一段時(shí)間內(nèi)，光熱技術(shù)主要是以太陽(yáng)能熱水器或者太陽(yáng)能聚熱廚具為主。隨著國(guó)家的重視與提倡，光熱發(fā)電技術(shù)正以一種蓬勃的姿態(tài)展現(xiàn)在人們的視野之中。2015年12月30日發(fā)布的《國(guó)家重點(diǎn)節(jié)能低碳技術(shù)推廣目錄(2015年本，節(jié)能部分)》中，中低溫太陽(yáng)能工業(yè)熱力應(yīng)用系統(tǒng)技術(shù)和染整企業(yè)節(jié)能集熱技術(shù)被列入目錄中。2016年開(kāi)年，更是各類的光熱展覽、研討會(huì)不斷。那么光熱發(fā)電技術(shù)是如何利用太陽(yáng)能發(fā)電，又是如何分類呢?下面就圍繞這兩個(gè)問(wèn)題簡(jiǎn)要分析一下光熱發(fā)電技術(shù)。
光熱技術(shù)的發(fā)電原理
光熱發(fā)電技術(shù)，是不同于光伏發(fā)電的全新的新能源應(yīng)用技術(shù)。它是一個(gè)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能，再將熱能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程。利用聚光鏡等聚熱器采集的太陽(yáng)熱能，將傳熱介質(zhì)加熱到幾百度的高溫，傳熱介質(zhì)經(jīng)過(guò)換熱器后產(chǎn)生高溫蒸汽，從而帶動(dòng)汽輪機(jī)產(chǎn)生電能。此處的傳熱介質(zhì)多為導(dǎo)熱油與熔鹽。通常我們將整個(gè)的光熱發(fā)電系統(tǒng)分成四部分：集熱系統(tǒng)、熱傳輸系統(tǒng)、蓄熱與熱交換系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)。
集熱系統(tǒng)：集熱系統(tǒng)包括聚光裝置、接收器、跟蹤機(jī)構(gòu)等部件。如果說(shuō)集熱系統(tǒng)是整個(gè)光熱發(fā)電的核心，那么聚光裝置就是集熱系統(tǒng)的核心。聚光裝置即為聚光鏡或者定日鏡等。其反射率、焦點(diǎn)偏差等均能影響發(fā)電效率。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的聚光鏡，效率可以達(dá)到94%，與國(guó)外生產(chǎn)的聚光鏡效率相差不大。集熱系統(tǒng)采集太陽(yáng)能，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能。
熱傳輸系統(tǒng)：熱傳輸系統(tǒng)主要是傳輸集熱系統(tǒng)收集起來(lái)的熱能。利用傳熱介質(zhì)將熱能輸送給蓄熱系統(tǒng)。傳熱介質(zhì)多為導(dǎo)熱油和熔鹽。理論上，熔鹽比導(dǎo)熱油溫度高，發(fā)電效率大，也更安全。熱傳輸系統(tǒng)一般有預(yù)熱器、蒸汽發(fā)生器、過(guò)熱器和再熱器等組成。熱傳輸系統(tǒng)的基本要求是：傳熱管道損耗小、輸送傳熱介質(zhì)的泵功率小、熱量傳輸?shù)某杀镜?。在熱傳輸過(guò)程中，傳熱管道越短，熱損耗就越小。
蓄熱與熱交換系統(tǒng)：個(gè)人認(rèn)為，光熱發(fā)電技術(shù)在蓄熱與熱交換系統(tǒng)中充分體現(xiàn)了對(duì)比光伏發(fā)電技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。即將太陽(yáng)熱能儲(chǔ)存起來(lái)?？梢栽谝归g發(fā)電，也可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐挠秒娯?fù)荷，適應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度發(fā)電。蓄熱裝置常由真空絕熱或以絕熱材料包覆的蓄熱器構(gòu)成。蓄熱系統(tǒng)中對(duì)儲(chǔ)熱介質(zhì)的要求為：儲(chǔ)能密度大，來(lái)源豐富且價(jià)格低廉，性能穩(wěn)定，無(wú)腐蝕性，安全性好，傳熱面積大，熱交換器導(dǎo)熱性能好，儲(chǔ)熱介質(zhì)具有較好的黏性。目前我國(guó)正在研究蓄熱的各種新技術(shù)新材料，更有專家提出用陶瓷等價(jià)格低廉的固體蓄熱，以達(dá)到降低發(fā)電成本的效果。
發(fā)電系統(tǒng)：用于太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)有汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、低沸點(diǎn)工質(zhì)汽輪機(jī)、斯特林發(fā)電機(jī)等。這些發(fā)電裝置，可根據(jù)汽輪機(jī)入口熱能的溫度等級(jí)及熱量、蒸汽壓力等情況進(jìn)行選擇。對(duì)于大型光熱發(fā)電系統(tǒng)，由于其溫度等級(jí)與火力發(fā)電系統(tǒng)基本相同，可選用常規(guī)的汽輪機(jī);工作溫度在800℃以上時(shí)，可選用燃?xì)廨啓C(jī);對(duì)于小功率或者低溫的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，則可選用低沸點(diǎn)工質(zhì)汽輪機(jī)或斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)。目前使用的汽輪機(jī)，空冷居多。雖然光熱技術(shù)的發(fā)電系統(tǒng)類似于火力發(fā)電系統(tǒng)，但是還是有一定的區(qū)別，這樣就要要求汽輪機(jī)具有頻繁啟停、快速啟動(dòng)、低負(fù)荷運(yùn)行、高效性等特點(diǎn)。
光熱技術(shù)的分類
依照聚焦方式及結(jié)構(gòu)的不同，光熱技術(shù)可以分為塔式、槽式、碟式、菲涅爾式四種。
塔式發(fā)電系統(tǒng)：塔式發(fā)電系統(tǒng)為點(diǎn)式聚焦系統(tǒng)，其利用大規(guī)模的定日鏡形成的定日鏡場(chǎng)陣列，將太陽(yáng)輻射反射到置于高塔頂部的吸熱器上，加熱傳熱介質(zhì)，使其直接產(chǎn)生蒸汽或者換熱后再產(chǎn)生蒸汽，以此驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。塔式系統(tǒng)具有熱傳遞路程短、熱損耗小、聚光比和溫度較高等優(yōu)點(diǎn)，但塔式系統(tǒng)必須規(guī)?；茫嫉匾蟾?，單次投資較大，采用雙軸跟蹤系統(tǒng)，鏡場(chǎng)的控制系統(tǒng)較為復(fù)雜。
塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)
槽式與菲涅爾式發(fā)電系統(tǒng)：槽式與菲涅爾式發(fā)電系統(tǒng)都屬于線性聚焦系統(tǒng)，二者的聚光型式相同，聚光方法不同。菲涅爾式發(fā)電系統(tǒng)聚光方法為：具有跟蹤太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)裝置的主反射鏡列將太陽(yáng)光反射聚集到具有二次曲面的二級(jí)反射鏡和線性集熱器上，集熱器將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能。槽式發(fā)電系統(tǒng)為利用槽型拋物面反射鏡將太陽(yáng)光聚焦到線性集熱器上，對(duì)傳熱介質(zhì)加熱，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能。其余部分相同，所以將這二者放在一起闡述。
在對(duì)日跟蹤系統(tǒng)的作用下，陽(yáng)光會(huì)被連續(xù)地聚集在焦點(diǎn)線位置的線型集熱器上。在集熱管中流動(dòng)的熱流體(傳熱介質(zhì))將熱量連續(xù)不斷地輸送到高壓蒸汽發(fā)生器中，通過(guò)熱交換系統(tǒng)，產(chǎn)生熱蒸汽。用于發(fā)電，熱蒸汽做功后經(jīng)過(guò)壓縮冷凝回流到熱蒸汽發(fā)生器中，再次被加熱成為閉環(huán)系統(tǒng)不斷循環(huán)的熱蒸汽。于此同時(shí)，通過(guò)熱交換器后的傳熱介質(zhì)流體也將返回到集熱場(chǎng)中再次被加熱。另外在系統(tǒng)中放置儲(chǔ)熱罐，存儲(chǔ)富余的能量，在太陽(yáng)能不足時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)給，從而加大了太陽(yáng)能的利用效率。
槽式與菲涅爾式發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)部件簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化批量生產(chǎn)和安裝。對(duì)太陽(yáng)的跟蹤系統(tǒng)通常采取單軸跟蹤系統(tǒng)，跟蹤裝置較為簡(jiǎn)化。但其聚光比小，傳熱介質(zhì)一般只能加熱到四五百度，且抗風(fēng)性略差。
槽式光熱發(fā)電系統(tǒng)
菲涅爾式光熱發(fā)電系統(tǒng)
碟式系統(tǒng)：碟式系統(tǒng)也是點(diǎn)式聚焦系統(tǒng)，它應(yīng)該是太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)是世界上最早出現(xiàn)的太陽(yáng)能光熱發(fā)電系統(tǒng)了。碟式系統(tǒng)也稱為拋物面反射鏡斯特林系統(tǒng)，是由許多鏡子組成的拋物面反射鏡組成，接收在拋物面的焦點(diǎn)上，接收器內(nèi)的傳熱介質(zhì)被加熱后，驅(qū)動(dòng)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行發(fā)電。碟式系統(tǒng)的聚光比非常高，從幾百至上千都可達(dá)到，聚焦溫度甚至可以達(dá)到1000℃以上，效率較高，對(duì)于地面坡度要求也更為靈活。但成本上還缺少優(yōu)勢(shì)，技術(shù)上也有待于完善。碟式系統(tǒng)較適用于邊遠(yuǎn)地區(qū)獨(dú)立電站?？梢詥闻_(tái)使用或多臺(tái)并聯(lián)使用，適宜小規(guī)模發(fā)電。
碟式光熱發(fā)電系統(tǒng)
目前光熱發(fā)電項(xiàng)目中，槽式發(fā)電系統(tǒng)占比為84.7%，塔式發(fā)電系統(tǒng)占比為12.4%，其他發(fā)電技術(shù)占比為3%。世界范圍內(nèi)槽式光熱發(fā)電系統(tǒng)占比最高，但塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)綜合效率高，非常適合于大規(guī)模、大容量商業(yè)化應(yīng)用，在規(guī)劃建設(shè)的光熱電站項(xiàng)目中塔式所占的比例已經(jīng)超出了槽式技術(shù)。有關(guān)專家認(rèn)為，未來(lái)塔式光熱發(fā)電技術(shù)將是光熱發(fā)電的主要技術(shù)流派。
關(guān)于光熱發(fā)電技術(shù)，以上均為個(gè)人認(rèn)知，與大家分享交流。目前光熱發(fā)電在大形勢(shì)下發(fā)展良好，國(guó)家相關(guān)政策一一出臺(tái)，各類光熱示范項(xiàng)目也逐一啟動(dòng)。據(jù)《太陽(yáng)能發(fā)電十三五規(guī)劃》牽頭編制機(jī)構(gòu)水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院方面的消息，“十三五”期間 (2016-2020)光熱發(fā)電的裝機(jī)目標(biāo)或定為10GW。相信在各方的推動(dòng)下，未來(lái)的光熱發(fā)電技術(shù)將會(huì)成為太陽(yáng)能利用的主流。
