太陽能熱發(fā)電是利用集熱器將太陽輻射能轉(zhuǎn)換成熱能并通過熱力循環(huán)過程進行發(fā)電,是太陽能熱利用的重要方面.80年代以來美、歐、澳等國相繼建立起不同型式的示范裝置,促進了熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展.世界現(xiàn)有的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)大致有三類:槽式線聚焦系統(tǒng)、塔式系統(tǒng)和碟式系統(tǒng).

1)槽式線聚焦系統(tǒng)

該系統(tǒng)是利用拋物柱面槽式反射鏡將陽光聚焦到管狀的接收器上,并將管內(nèi)傳熱工質(zhì)加熱,在換熱器內(nèi)產(chǎn)生蒸汽,推動常規(guī)汽輪機發(fā)電.Luz公司1980年開始開發(fā)此類熱發(fā)電系統(tǒng),5年后實現(xiàn)了商業(yè)化.1985年起先后在美國加州的Mojave沙漠上建成9個發(fā)電裝置,總?cè)萘?54MW,年發(fā)電總量10.8億kWh.9個電站都與南加州愛堤生電力公司聯(lián)網(wǎng).隨著技術(shù)不斷發(fā)展,系統(tǒng)效率由起初的11.5% 提高到13.6%.建造費用由5976美元/kW降低到3011美元/kW,發(fā)電成本由26.3美分/kWh降低到12美分/kWh.

2)塔式系統(tǒng)

塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的基本型式是利用一組獨立跟蹤太陽的定日鏡,將陽光聚焦到一個固定在塔頂部的接收器上,用以產(chǎn)生高溫.

80年代初,美國在南加州建成第一座塔式太陽發(fā)電系統(tǒng)裝置-Solar One.起初,太陽塔采用水-蒸汽系統(tǒng),發(fā)電功率為10MW.1992年,Solar One經(jīng)過改裝,用于示范熔鹽接收器和儲熱系統(tǒng).由于增加了儲熱系統(tǒng),使太陽塔輸送電能的負載因子可高達65%.熔鹽在接收器內(nèi)由288℃加熱到565℃,然后用于發(fā)電.第二座太陽塔Solar Two于1996年開始發(fā)電,計劃試運行三年,然后進行評估.Solar Two發(fā)電的實踐不僅證明熔鹽技術(shù)的正確性,而且將進一步加速30-200MW范圍的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的商業(yè)化.

以色列Weizmanm科學研究所最近正在對塔式系統(tǒng)進行改進.利用一組獨立跟蹤太陽的定日鏡,將陽光反射到固定在塔的頂部的初級反射鏡——拋物鏡上,然后由初級反射鏡將陽光向下反射到位于它下面的次級反射鏡——復合拋物聚光器(CPC),最后由CPC將陽光聚焦在其底部的接收器上.通過接收器的氣體被加熱到1200℃,推動一臺汽輪發(fā)電機組,500℃左右的排氣再用于推動另一臺汽輪發(fā)電機組,從而使系統(tǒng)的總發(fā)電效率可達到25-28%.由于次級反射鏡接收到很強的反射輻射能,因而CPC必須進行水冷.整個實驗仍處于安裝、調(diào)試階段.

3)碟式系統(tǒng)

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,接收器在拋物面的焦點上,接收器內(nèi)的傳熱工質(zhì)被加熱到750℃左右,驅(qū)動發(fā)動機進行發(fā)電.

美國熱發(fā)電計劃與Cummi 公司合作,1991年開始開發(fā)商用的7kW碟式/斯特林發(fā)電系統(tǒng),5年投入經(jīng)費1800萬美元.1996年Cummi 向電力部門和工業(yè)用戶交付7臺碟式發(fā)電系統(tǒng),計劃1997年生產(chǎn)25臺以上.Cummi 預計10年后年生產(chǎn)超過1000臺.該種系統(tǒng)適用于邊遠地區(qū)獨立電站.

美國熱發(fā)電計劃還同時開發(fā)25kW的碟式發(fā)電系統(tǒng).25kW是經(jīng)濟規(guī)模,因此成本更加低廉,而且適用于更大規(guī)模的離網(wǎng)和并網(wǎng)應(yīng)用.1996年在電力部門進行實驗,1997年開始運行.

由于碟式/斯特林系統(tǒng)光學效率高,啟動損失小,效率高達29%,在三類系統(tǒng)中位居首位.

4)三種系統(tǒng)性能比較

三種系統(tǒng)目前只有槽式線聚焦系統(tǒng)實現(xiàn)了商業(yè)化,其他兩種處在示范階段,有實現(xiàn)商業(yè)化的可能和前景.三種系統(tǒng)均可用單獨使用太陽能運行,也可安裝成燃料混合系統(tǒng),其性能比較如表3-5所示.

我國太陽能熱發(fā)電技術(shù)的研究開發(fā)工作早在70年代末就開始了,但由于工藝、材料、部件及相關(guān)技術(shù)未得到根本性的解決,加上經(jīng)費不足,熱發(fā)電項目先后停止和下馬.國家“八五”計劃安排了小型部件和材料的攻關(guān)項目,帶有技術(shù)儲備性質(zhì),目前還沒有試驗樣機,與國外差距很大.