太阳能热发电技术探讨

刘丽花郭丽赵亚琴

摘要:太阳光能作为一种高效的清洁能源，被大力开发使用。本文介绍了目前一种新型的太能利用形式—太阳能热发电。并通过对比同一地区太阳能热发电项目和常规光伏发电项目出力特性，得出太阳能热发电具有较好的稳定性和连续性。由于受目前技术条件的限制，还不具备大规模建设的条件。建议加大研究力度，推进光热发展。

关键词：太阳能热发电；出力特性

引言

能源是国民经济发展和人民生活必需的重要物资基础，对社会、经济发展和提高人民物质文化生活水平极为重要。人类进入21世纪，一场新的能源革命正在悄然进行。人们迫切呼唤建立以清洁、可再生能源为主的能源结构逐渐取代以污染严重、资源有限的化石能源为主的能源结构。我国已建设了一批风能、太阳能、生物质能等发电项目，并取得了初步的成效。

本文通过对同一地区太阳能热发电项目和常规光伏发电项目出力特性的比较，分析太阳能热发电站电力输出具有一定的稳定性。

1太阳能热发电在国内外的发展情况

20世纪80年代太阳能热利用技术的最大突破是实现了太阳能热发电的商业化。受能源危机及全球环境危机的影响，近年来，太阳热发电又进入新的高速发展时期。美国一家公司在西班牙建设的第一个50MW太阳热发电系统于2008年并网发电，第二个50MW太阳热发电系统于2009年投入运行，该公司在埃及的250MW太阳热发电系统也已经开工建设。在中国，一批槽式聚光太阳能热发电项目也正进入项目前期工作阶段。

2太阳能热发电项目的形式

目前，太阳能热发电在技术上和经济上可行的有以下几种方式：

1）太阳能塔式热发电

太阳能塔式热发电厂由反射镜阵列、高塔、集能器、蓄热器、发电机组等五个主要部分组成。反射镜阵列由许多面反射镜按一定规律排列而成。这些反射镜自动跟踪太阳，反射光能够精确地投射到高塔的集能器窗口里。高塔可以建在反射镜阵中央或南侧。集能器按需要设计成单侧受光或四周受光。当阳光投射到集能器被吸收转变成热能后，便加热盘管内流动着的介质水产生蒸汽。一部分热量用来带动汽轮发电机组发电，另一部分热量则被贮存在蓄热器里，以备没有阳光时发电用。2007年我国在南京就建成了70KW的太阳能塔式热电厂。

2）太阳能碟式热发电

太阳能碟式发电也称盘式系统。主要特征是采用盘状抛物面聚光集热器，其结构从外形上看类似于大型抛物面雷达天线。由于盘状抛物面镜是一种点聚焦集热器，其聚光比可以高达数百到数千倍，因而可产生非常高的温度。

3）太阳能槽式热发电，包括线形菲涅尔式和抛物线式。

太阳能槽式热电厂采用多个抛物线槽型镜面集热器，将太阳能光聚集到位于焦线的中心管上，使管内的导热介质水加热至350-390度，然后循环的被加热介质经热交换产生过热蒸汽，过热蒸汽推动汽轮发电机组发电。

在上述几种技术中，抛物面槽式领先一步。目前槽式热发电系统的功率可达10-1000MW，是目前所有太阳能热发电站中功率最大，也是目前最具商业化运用条件的太阳能发电模式。

3太阳能热发电项目生产技术方案及出力特性分析

3.1太阳能热发电项目生产技术方案

太阳能热发电的基本工作原理为：利用太阳集热器将太阳能收集起来，加热工质，产生过热蒸汽，驱动热动力装置带动发电机发电，从而将太阳能转换成电能。

典型太阳能热发电系统由以下4部分组成：聚光集热子系统（太阳岛）、蓄热子系统（热岛）、辅助能源子系统（动力岛）、汽轮发电子系统（电力岛）。

根据分析，太阳辐射值随季节变化，电站发电量也随季节变化较大。同时，由于电站配有储能装置，在夏季典型日，阳光辐射强，电站可实现连续不间断发电，具有环保、高效、经济的特点。阳光辐射值较低的季节，发电可持续到晚21点左右，在夜间和凌晨时段，电站发电间断。

4常规太阳能发电项目发电原理及出力特性分析

4.1光伏电站发电原理

本文指并网光伏发电系统。它是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成负荷电网要求的交流电滞后直接接入公共电网。

光伏一般由太阳能电池方阵，蓄电池组，充放电控制器，逆变器，交流配电柜，太阳跟踪孔子系统等设备组成。

4.2出力特性分析

以山西同一地区某20MW光伏电站为例，分析典型日出力特性，预测曲线如下：

由光伏电站典型日出力情况可以看出，光伏电站出力受光照时间影响显著。早8点后，逐渐开始发电；高峰出现在11点~15点；17点以后，停止发电。

5结论

由以上分析可以看到，太阳能热光伏电站配置了蓄热系统，可以实现在早晚和白天云遮间歇的时间内，靠蓄热系统释放热量，来维持发电系统正常运转。而常规光伏电站受昼夜及云层变化影响大，不能实现连续稳定发电。但是，受当前技术条件的限制，太阳能热发电的相关技术还不很完善，设备制造成本高，还不具备大规模建设的条件。

因此，需进一步加大在光热发电领域的开发研究，降低发电成本，提高太阳能利用程度和水平。

参考文献

[1]王长贵,崔荣强,周篁.新能源发电技术[M].北京：中国电力出版社，2003：138-172.

[2]李心,赵晓辉,等.塔式太阳能热发电全寿命周期成本电价分析[J].电力系统自动化,2015,39(7):84-88.

[3]纪军,何雅玲.太阳能热发电系统基础理论与关键技术战略研究[J].中国科学基金,2009,(6):331-336.

[4]陈静,刘建忠,等.太阳能热发电系统的研究现状综述[J].热力发电,2012,41(4):17-22.

作者简介

刘丽花(1981），女，硕士，高级工程师，主要从事电力系统电网规划设计工作

郭丽(1978），女，硕士，高级工程师，主要从事电力同业对标工作

赵亚琴(1985），女，本科，工程师，主要从事电网设计工