光热发电技术经济现状及光热电站建设探讨

光热发电技术经济现状及光热电站建设探讨

项敏 任晓东

中机第一设计研究院有限公司 230000

摘要：光热发电是将太阳能转化为热能，通过热能-电能转换过程发电的技术。光热发电可以有效利用中国国际领先的火电汽轮机技术，减少燃煤发电增容政策对常规行业的影响。其主要特点是发电相对稳定可控，运行方式灵活，热电联产。同时，光热发电具有非常好的环境效益。基于此，本文研究了光伏发电的技术经济状况和光伏电站的建设，以供参考。

关键词：光热发电技术；经济现状；光热电站建设

引言

随着经济的不断发展，世界各国都面临着能源危机的问题。太阳能作为一种清洁的可再生能源，是解决能源危机的有效途径之一。太阳能发电技术分为两大类——光伏发电(PV)和光热发电(CSP)。光伏发电通过光伏效应直接将太阳辐射转化为电能；光热发电通过收集太阳能将辐射转化为热能，然后通过热力循环驱动热机发电。与光伏发电相比，光热发电采用成熟的蓄热技术，可以实现24小时稳定连续发电，有利于电网的经济安全运行。

1太阳能光热发电技术类型及特征

1.1槽式集热系统

槽式集热系统主要由槽式抛物面冷凝器和真空吸热管组成，如图2所示。位于抛物面聚光器焦点线上的真空集热管接收槽式抛物面聚光器的聚焦能量流。传热介质(通常使用导热油)在真空集热管的吸热管内流动，吸收热量。吸热管的表面涂有选择性涂层，以最大限度地吸收辐射能量流，减少热量损失。槽式集热系统通常采用东西单轴跟踪，结构简单，安装维护方便，与其他集热系统相比，土地利用率最佳。但聚光器的线性聚焦方式决定了其聚光比较低，通常在50℃-90℃之间，系统最高工作温度只有400℃左右，导致太阳能转换效率有限，适合中低温的太阳能利用。槽式聚光器的聚光效率主要受几何效应和光学效应两个因素影响，其中几何效应包括入射角修正系数、遮光系数、集光器端系数和余弦损耗系数，光学效应包括吸热管吸收率、聚光器镜面反射率、聚光器拦截系数、镜面玻璃和吸热管玻璃透过率等。

1.2碟式集热系统

碟式集热系统主要由碟式抛物面聚光器和斯特林发动机组成。在跟踪过程中，碟式聚光器始终指向太阳，将太阳光聚焦到焦点处的斯特林发动机上。碟式聚光器采用双轴跟踪方式，需要在不同姿态下保持较高的镜面精度和结构强度。碟式吸热器中的传热工质吸收太阳辐射能量，直接作为斯特林发动机的工作工质。碟式集热属于点聚焦，聚光比高达3000，集热温度高达1000℃，能量转换效率高。然而，碟式集热系统结构复杂，蓄热困难，更适合分布式太阳能发电。

1.3塔式光热发电系统

塔式光热发电系统主要由两部分组成:一个双向平面镜和一个中央热塔。双轴平板反射镜将捕获的光传输到中热塔。加热塔上方有一个辐射接收器，它将光能转换为高温，并将水蒸气从加热装置蒸发，从而产生大量水蒸气驱动涡轮机发电。。

2光热发电技术经济及现状

2.1经济角度进行分析

经济分析表明，目前国际太阳热能生产市场处于发展初期，但尚未进入大规模发展阶段，其电力成本远远高于常规电力生产，因此具有很大的恢复潜力参照国内外网络定价机制，并在技术能力不断提高的基础上，太阳能热能生产可优化大部分发电，达到先进能源消耗和先进能源消耗，这不仅能满足根据国际可再生能源机构关于可再生能源成本分析的相关研究，2018年全球新增太阳能和热能装机容量约为500兆瓦，加权平均电力价格为18.5美分/kWh，估计到2022年约为7.4美分/kWh与2010-2018年46 %的成本下降相比，随着市场规模扩大和技术进步，成本下降趋势显然将加快。

2.2聚光器

聚光器的主要问题有：①国内在聚光器制造领域的厂家相对有限，需要切实提高聚光器的标准，突破现有技术的束缚，提高聚光器的生产水平，切实解决光斑发热等问题；②聚光器的制造精度较高，需为之投入大量的成本，由于此方面的限制，导致市面上聚光器产品的品质普遍偏低；③聚光器镜面的清理流程错综复杂，且对人力资源要求较高，应配备充足的高素质人员，而我国现阶段此类领域的人才总量依然有限；④聚光器对天气较为敏感，易影响镜面的稳定性，导致其无法正常运行。对于上述问题，需从如下几方面寻找突破口：①有关人员需要向外界学习，从国外同行中汲取经验，提高自身技术水平；②切实提高聚光镜面的制造水平，保证制造的精度，从源头把控产品的品质；③在不影响聚光器质量的前提下，最大限度降低成本，同时可朝模块化、自动化组装等方向发展，材方面则可以选择高性能的钢化玻璃，将其作为挡风结构使用。

2.3储热系统设备

储热系统通常配备有2个储热罐，其主要问题有：①熔盐具有储热的特质，随着使用时间的延长，易发生凝固；②导热油缺乏足够良好的热稳定性，在温度达到400℃以上时，易出现极速分解的情况；③现阶段，在大型储热系统设备的设计标准和设计水平方面尚有诸多不足之处。对于此类问题，需要做好：①合理应用防凝固措施，并引入更加稳定的介质，例如低凝固点三元盐；②在现有基础上优化对镜场的控制模式；③引进国外先进的融化热源设备，与同时加大自主研发力度。

3基于现阶段太阳能光热发电技术发展问题的改进措施

在继续研究和技术开发之后，我国大多数大型企业都部署了太阳能光伏发电设备，以打破设备依赖进口的发展模式，实现设备选址的发展目标。与此同时，以特别预算补贴和降低税收标准为代表的宏观经济政策继续得到执行，强有力的政策指导促进了光伏发电产业的发展。作为扩大使用清洁和可再生能源综合战略的一部分，太阳能光伏发电的技术和工业形式取得了突破。在随后的发展中，各部和各公司必须积极合作，执行宏观经济发展战略，总体上着眼于发展，注意发展中的矛盾，从源头上消除工业发展进程中的不稳定因素和障碍。与此同时，技术人员应加强研究工作，同时加强基础技术的研究和发展，以实现以技术为基础的自主发展。

4光热电站项目管理建议

(1)土地成本、限电等因素对光热项目投资财务测算影响较大。在进行投资模型分析时需要考虑限电因素，光热电站集中的西北几个地方尤其严重，目前稍有缓和。如果要建设很多光热电站，限电可能是不可避免的，要通过行业的力量在国家层面出台切实的措施，确保首批光热项目全额上网。环保形势严峻，未来光热项目建设的土地成本只会增加，不会减少，所以应积极推动针对光热项目开发用地的地方性优惠政策。(2)制订可行的项目计划并落实。光热系统比较复杂，外部影响因素很多。在项目计划过程中，应给出足够的时间，尤其是国外设备采购、设计等方面，还有三岛之间的联调部分，要留出足够的时间。因为项目推进过程中由于经验不足变化非常多，计划一定要做完善。(3)科学选择技术路线。国内首批20个光热示范项目中有一部分在技术路线选择上出现了一些问题，由于各种原因，包括可行性研究不够深入，技术路线产生变化。因为光热技术路线选择较多，如果改变路线，可能损失巨大。(4)做好关键设备、部件的调研。某些关键设备、部件如导热油泵、盐泵、加热炉、旋转接头等出现问题以后带来的可能是系统风险，对项目影响很大。

结束语

目前太阳能光热发电系统存在的主要问题是经济性不足，其发电成本是常规能源发电成本的3～5倍，主要原因有:①受聚光效率、动力循环效率等因子的影响，光热发电效率不高;②太阳能集热场建设成本高，集热场成本占到电站总投资成本的40%。由此可知，集热系统对于光热发电性能具有重要的影响，槽塔联合集热能够提高纯槽式系统的集热温度，又能降低纯塔式系统的集热成本，同时综合了槽式成本低、塔式运行温度高的优势，有于实现高效、低成本光热发电，发展前景十分可期。

参考文献

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