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太陽能熱發電技術簡析
來源：CSPPLAZA光熱發電網 | 0評論 | 6282查看 | 2012-05-30 22:20:00    
　　太陽能熱發電技術是利用自身的太陽能資源進行發電的技術，其中一種技術是使用曲面反射鏡聚焦太陽射線驅動一個斯特林發動機或者進行蒸發依次驅動一個傳統蒸汽渦輪發生裝置。現今，在多兆瓦特的設備里太陽能聚集(CSP)有利于提供低成本太陽能發電。太陽能發電成本依靠許多因素，包括了垂直照射(DNI)的標準，設備的容量，方案的所有權，方案的有效性和構造等等。成本可以接近于10cents/kWh。近年來，更多的太陽能聚集(CSP)的設備被安裝，因此，太陽能發電成本不斷地減少。成本的減少主要來自于設備的增加與技術的發展提高了發電的效力。

現今太陽能發電技術的發展

　　現今，可再生能源配額制(RPS)不斷激增以及全球氣溫變化受到普遍關注。太陽能熱發電(STE)作為一種清潔，可再用，兆瓦特等級中心發電站的最佳選擇。在沉寂了幾年之后，新型能源工業再一次出現旺盛的增長。在美國、西班牙、澳大利亞和其他陽光普照的國家，數十個將STE容量提升到上千兆瓦的發電站正被授權興建或者正在籌備計劃中。

　　期間，太陽發電站組成的進展仍然局限于幾個實驗室和全世界的工業規劃之中。在工程學、材料學、電腦控制及建模和Q&M方面，國際性的研究和開發正在幫忙提高STE技術的性能和低成本。太陽能技術的發展通過革命突破不斷提高。政府，大學和私人的研究人員從不同的方向進行研究，以達到工業需要的目的。能源的安全性和全球變暖促使了STE的發展，而STE的真正關鍵點在于它的商業展開方面。

　　通常有三種太陽能熱發電(STE)系統：拋物面槽式太陽能發電系統(parabolictrough)、碟式太陽能發電系統(dish-engine)和中央接收器太陽能發電系統(centralreceiver/powertower)。至于其他的STE技術，比如緊湊型線性菲涅耳反射器(CLFR)和太陽能煙囪(solarchimney)也在本文進行討論。由于拋物面槽式太陽發電系統(parabolictrough)、碟式太陽能發電系統(dish-engine)和中央接收器太陽能發電系統(centralreceiver/powertower)都包含產生熱量的結構，它們可以很容易與石化燃料混合使用，并且在某些情況下被用于熱量存儲。混合使用和熱量存儲的好處是在沒有光照的情況下進行能量的調配。因此，混合使用和熱量存儲能提升電力的經濟價值。

　　拋物面技術的成本比塔式和盤式統低，這是由于塔式系統在聚光的時候需要較大的部件而使得較低的溫度和效率。然而，經過20年的技術發展以及O&M成本的降低，槽式系統已經成為目前最為低廉、可靠的太陽能系統，同時它適宜于短期部署。

拋物面槽式太陽能發電系統

　　拋物面槽式太陽能發電系統使用一排橫截面為拋物線的槽型鏡子組成，它們將陽光聚集在高級吸收能力的管道上，在這些管理內包含了熱交換液體，見圖2。這種液體通常為人工合成液體，它們被加熱并且在一系列熱交換器中傳輸以產生過熱蒸汽，然后使用這些熱蒸汽給渦輪發電機提供能量產生電力。

　　在20世紀80年代末就已經能構造出九個槽式太陽能系統，它在加利福尼亞南部產生354MW的電力。槽式發電是最早實現商業化的太陽能熱發電系統。它采用大面積的單軸槽式太陽能追蹤采光板，通過對太陽光的聚焦，把太陽光聚集到安裝在拋物線形反光鏡焦點上的線形接收器上，并加熱流過接收器的熱傳導液，使熱傳導液汽化，同時在能量區的熱轉換設備中產生高壓、過熱的蒸汽，然后送入常規的蒸汽渦輪發電機內進行發電。通常接收太陽光的采光板采用模組化布局，許多采光板通過串并聯的放置，均勻的分布在南北軸線方向。為了保證發電的穩定性，通常在發電系統中加入化石燃料發電機。當太陽光不穩定的時候，化石燃料發電機補充發電，來保證發電的穩定性和實用性。

　　  在幾年的低迷發展之后，人們又重新燃起對拋物面槽式系統的興趣。在美國和其他國家都有新型的專案在進行當中，包括64MW的Nevadasolar1發電站在2007年授權使用，并且在Spain西班牙建立兩個50-MW的AndaSol拋物面槽式設備。

　　美國LUZ公司采用大量拋物面槽式聚光器收集太陽直射光并將其轉換成熱能。每個集熱器由槽式拋物面聚光鏡及位于其焦線的集熱元件組成，每只集熱元件是一支真空集熱管，長4m，每24個集熱器串聯成一條長99m的集熱組合體，80MW系統需要850條集熱組合體。每條組合體都是南北水平向放置，有專門的感測器以及電腦控制跟蹤系統，傳熱介質為導熱油，它在真空集熱管中受熱后，通過一組換熱器使水變成高溫高壓蒸汽，去驅動蒸汽輪機發電。該系統需要拋物面接收器的面積為470265m2(680m×680m)，導熱油在集熱器受熱后的出口溫度為391℃，進入汽輪機的蒸汽壓力為100個大氣壓，Rankine再熱回圈的熱效率為38.4%，由太陽輻射能至電能的最高暫態效率為24%，由太陽輻射能至電能的年平均效率為14%，由于太陽能是隨機的，在工質的回路中增設一個使用常規燃料(通常為天然氣)的輔助鍋爐，以備急需。LUZ發電系統的核心部件是高精度槽式拋物型聚光鏡和真空管集熱器件。由于金屬管壁的溫度在400℃以上，故選擇涂層的性能穩定性、真空度的保持及玻璃與金屬管的封接等都是工藝上較難的問題。集熱元件的吸熱管表面采用了耐高溫的濺射選擇性涂層，具有良好的穩定性。

 塔式太陽能發電系統

　　太陽能塔式發電又叫做高溫太陽能熱發電，它利用獨立跟蹤太陽光的定日鏡群把太陽光聚集到塔頂的能量轉換器(接收器)上，通過能量的轉換把熱量傳遞給熱傳導液，再由蒸汽發生器產生蒸汽帶動蒸汽渦輪發電機產生電能，同時利用冷卻塔進行冷卻再進入接收器進行回圈發電。塔式太陽能發電系統是利用定日鏡來實現對太陽光的反射和聚集，由于塔式發電系統中定日鏡的數量眾多，因此可實現大功率的發電，實際應用上可達到30~400MW之間。而且接收器的散熱面積相對較小，因而可以得到較高的光電轉換效率。同時由于儲能槽的加入，使系統可以一天內連續發電13小時。

　　在美國的首座日光中心接收器是在1980年建立于加州的南部southernCalifornia，在美國的西南部，由于充足的日照強度和相對便宜的土地價格，使這里成為了建設塔式發電站的理想區域，同樣北非、墨西哥、南美、中東和印度等地，也都是理想的塔式發電站建設地。

　　當前的中心處理接收器設計可以允許超過18小時的存儲時間。

　　這樣的熱存儲性能可以使中心接收器具有更多太陽能技術的靈活性，它能夠提供負載系數達到65%的可分配電力，理論上，甚至可以達到100%。

　　西班牙Spain所使用的PS10架構在太陽能塔式技術中處于領導地位，靠近塞維利亞Seville的一座11-MW的發電站已經建成，而且正在籌劃建造20-MWPS20和15-MW太陽能中心接收器的重大專案。
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