太陽能熱技術(shù)：前景無限

　　雖然太陽能熱發(fā)電的商業(yè)化進程才剛剛開始，但由于其具有非常強的與現(xiàn)有火電站及電網(wǎng)系統(tǒng)的相容性優(yōu)勢，可充分利用已有火電領域的工業(yè)生產(chǎn)能力及設計運行經(jīng)驗，已受到了世界上很多國家的高度重視

　　文/本刊記者 楊海霞

　　當人們提到太陽能熱利用時，總是首先想到“生產(chǎn)熱水”這一簡單的功能，然而技術(shù)的發(fā)展早已突破了人們的想象，在低碳經(jīng)濟時代，太陽能熱利用的范圍可以被拓展到工業(yè)節(jié)能的廣泛領域。

　　中國國際工程咨詢公司的專家李濤在接受《中國投資》采訪時表示，實際上，太陽能熱利用主要分為低溫熱利用、中溫熱利用和高溫熱利用。太陽能熱水器只是低溫的太陽能利用，是太陽能熱利用的很小部分。實際上太陽能還有很多可利用領域，尤其是在中高溫的領域。

　　“在中國，工業(yè)用能約占70%的能耗，因此工業(yè)中高溫用熱已經(jīng)成為目前高能耗的主要來源。在太陽能的中高溫應用領域方面，如太陽能熱發(fā)電、取暖、制冷、海水淡化、啤酒發(fā)酵等，我國目前基本上還是一片空白。”李濤說。

　　光伏與光熱之區(qū)別

　　太陽能無疑是目前地球上可以開發(fā)的最大可再生能源。根據(jù)對到達地球上的太陽輻射能量進行轉(zhuǎn)化形式的不同，太陽能的利用可以分為光熱和光伏兩大類別。

　　光伏發(fā)電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。這種技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽能電池。

　　而光熱利用按溫度可分為中低溫和高溫利用。中低溫主要包括太陽能熱水器、太陽能建筑供暖制冷、太陽能海水淡化、太陽能干燥等；高溫熱利用主要包括太陽能熱發(fā)電及太陽能熱化學等。

　　目前，太陽能熱發(fā)電技術(shù)主要包括4類，槽式、線性菲涅爾式、碟式及塔式。其中，槽式和塔式太陽能熱發(fā)電站目前均已實現(xiàn)了商業(yè)化運行，而碟式及線性菲涅爾式則分別處于樣機示范及系統(tǒng)示范階段。

　　李濤告訴記者，光伏發(fā)電最大的優(yōu)勢是應用場合沒有明顯限制，有陽光資源的地方都可安裝光伏系統(tǒng)。在輻照不好或者夜間，光伏系統(tǒng)通過對蓄電池進行充放電實現(xiàn)連續(xù)運行。

　　不過，他也指出，規(guī)模化光伏電站若采用蓄電池儲能，其成本仍然較高，且蓄電池的使用壽命有待考驗。

　　而太陽能光熱利用中除了可以通過材料吸收太陽輻射光譜中不同波長的光能并將其轉(zhuǎn)化為熱能供直接使用外，還可以利用聚光器將低密度的太陽能匯聚到焦斑處，使其生成高密度的能量，然后由工作流體將其轉(zhuǎn)化成熱能，再利用熱能進行發(fā)電。聚光器的聚焦方式有點聚焦、線聚焦等幾種，對應產(chǎn)生了碟式、塔式、槽式及菲涅爾式等幾種主要的太陽能熱發(fā)電形式，

　　因此與常規(guī)火電站相比，太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的“熱—功—電”轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)所采用的熱力循環(huán)模式及設備基本是相同的。在輻照連續(xù)的條件下，太陽能熱發(fā)電站可以直接產(chǎn)生與火電站完全相同的滿足電網(wǎng)品質(zhì)要求的交流電，保證電網(wǎng)的電壓和頻率穩(wěn)定。

　　但太陽輻射能本身具有隨季節(jié)、白天時段不同而不連續(xù)變化的特點，受天氣條件影響較大。儲熱材料技術(shù)的發(fā)展，已為實現(xiàn)規(guī)?；€(wěn)定運行的太陽能熱發(fā)電站提供了可能。“在合適的選址區(qū)域，帶有一定容量儲熱系統(tǒng)的太陽能熱發(fā)電站，將不僅可產(chǎn)生滿足用戶需求的電能，還能根據(jù)電網(wǎng)中用電負荷的變化，起到調(diào)峰作用”，李濤指出。

　　另外從實際電站運行的角度來看，太陽能熱發(fā)電比太陽能光伏發(fā)電有對現(xiàn)有火電站及電網(wǎng)系統(tǒng)更好的兼容性。但是，相比光伏發(fā)電，對能夠體現(xiàn)太陽能熱發(fā)電經(jīng)濟性所需要的太陽能輻射資源及規(guī)模化容量的要求也更高。

　　當然，他也指出，“建立具有經(jīng)濟性的規(guī)模化太陽能熱發(fā)電站，同時需要大片的土地及豐富的太陽能直射資源。”不過，中國的沙化土地面積達169萬平方公里，其中有水力和電網(wǎng)資源的沙地約有30萬平方公里，有充分的土地資源條件發(fā)展太陽能熱發(fā)電。而且根據(jù)全國700多個氣象站長期觀察積累的資料表明，中國各地的太陽能輻射年總量大致在831-2333kwh/m2之間，其平均值約為1628kwh/m2。尤其在西藏西部、新疆東南部、青海西部及甘肅西部等地區(qū)，年輻射總量可達1855-2333 kwh/m2，滿足建造具有經(jīng)濟性的規(guī)?；柲軣岚l(fā)電站所對應的輻射資源要求。

　　“太陽能熱發(fā)電相比其他幾種可再生能源及燃煤、天然氣發(fā)電，單位容量電站在其生命周期內(nèi)所排放的溫室氣體CO2量也是最低的”，李濤指出。

　　商化技術(shù)研發(fā)趨熱

　　20世紀70年代出現(xiàn)的石油危機所導致的能源供應不穩(wěn)定，使得當時主要發(fā)達國家包括美國、德國、西班牙、法國、意大利、日本、以色列等開始了太陽能熱發(fā)電技術(shù)的研究，并建立了一系列的各種形式的示范電站，不過在整個20世紀除了槽式之外，其他形式的太陽能熱發(fā)電技術(shù)均處于研究及示范階段，未有規(guī)?；纳虡I(yè)電站建成運行。

　　最典型的槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是上世紀80年代，在美國加州建造的9座槽式太陽能熱電站SEGS，總電功率達到354MW，投資12億美元，這是迄今為止最早實現(xiàn)大型商業(yè)化運行的太陽能熱電站，

　　位于西班牙的Andasol I是歐洲第一座大型槽式商業(yè)化電站，由德國Solar Millennium公司和ACS /Cobra合作開發(fā)建設。該電站采用熔融鹽蓄熱，可以滿負荷運行7.5小時。該電站已于2008年底投入試運行，上網(wǎng)電價為21歐分/kWh。

　　美國和西班牙是建造塔式太陽能熱電站較早的國家，國外已經(jīng)建成的主要塔式電站如2007年3月西班牙建造的PS10投入商業(yè)運行，該項目發(fā)電功率為l1MWe。

　　近幾年隨著全球氣候環(huán)境和能源問題的日益嚴峻，太陽能熱發(fā)電技術(shù)因其具有替代常規(guī)火電站的規(guī)?；瘽撃芗俺杀鞠陆档某浞挚尚行?，已進入全世界太陽能熱利用的熱點領域。

　　中國對太陽能熱發(fā)電技術(shù)的研究起步較晚，美國加州SEGS 槽式太陽能熱發(fā)電站的成功運行引起了中國的廣泛關(guān)注，并曾計劃引進該類機組在西藏拉薩建立一座槽式太陽能熱發(fā)電站。國家“八五”計劃也安排了小型部件和材料的攻關(guān)項目。

　　目前，中國對太陽能熱發(fā)電技術(shù)的研究給予了相當大的重視，國家在“十一五”計劃中安排了上億資金以開發(fā)太陽能熱發(fā)電技術(shù)。中國科學院工程熱物理研究所和電工研究所進行了一些部件和材料的研究。目前，中科院電工研究所建立了一套1MW塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)，正在進行實驗研究。

　　近年來隨著一些有研究開發(fā)實力的工程技術(shù)公司的加入，中國在太陽能熱發(fā)電領域的研究取得到了可喜的進展。北京通用航空設備有限公司、北京康拓科技、德州華園新能源、東莞康達機電等都正在加緊研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵技術(shù)。