太陽能光伏與光熱發(fā)電技術(shù)發(fā)展概述

胡玉　白玉忠

當(dāng)前，光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈正在逐步形成，但全面開展仍有障礙，部分關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化能力不足，技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用的重點是提高集熱效率和蓄能能力，提升太陽能綜合利用效率，實現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用。

光伏與光熱發(fā)電技術(shù)對比分析

光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)很成熟，過程簡單，無轉(zhuǎn)機，無燃料，無噪聲、無污染。光伏發(fā)電最具發(fā)展理想特征，是可再生、可持續(xù)的新能源清潔發(fā)電技術(shù)。但目前存在的主要問題也很多：占地面積大，轉(zhuǎn)換效率低，運行不可持續(xù)性，并網(wǎng)安全性和電能質(zhì)量問題突出，受氣候環(huán)境因素影響大，地域依賴性強，系統(tǒng)成本高且下降空間已不大，晶體硅電池的制造過程高污染、高能耗等。這些因素嚴(yán)重制約了光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，隨著近年來棄風(fēng)棄光形勢的加劇，國家已叫停多省新增新能源項目。

太陽能光熱發(fā)電最新進(jìn)展

關(guān)鍵技術(shù)方面。我國在太陽能熱發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備方面的研究進(jìn)展依然緩慢。光熱轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵在于太陽能的高效收集，主要技術(shù)包括受光面光學(xué)設(shè)計、選擇性表面技術(shù)、裝置機械結(jié)構(gòu)設(shè)計及集熱體熱結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析。鏡場設(shè)計主要的考慮問題有機械碰撞、光學(xué)損失（包括余弦損失、陰影和阻擋損失、衰減損失、溢出損失等）、性能問題等。

槽式反射鏡的性能指標(biāo)包括反射率、聚光性能、機械強度、抗風(fēng)沙性能、抗腐蝕性能、抗疲勞性能和重量等。目前主要使用的太陽能收集裝置有平板型、真空管、陶瓷和聚焦集熱器（槽式、碟式和塔式）四種。光熱產(chǎn)業(yè)鏈上的系統(tǒng)集成、集熱管、聚光鏡等核心技術(shù)和裝備還未完全掌握，尤其是聚焦跟蹤系統(tǒng)的國產(chǎn)化，嚴(yán)重阻礙太陽能光熱市場發(fā)展。

塔式光熱電站鏡場面積的選擇主要由設(shè)計點吸熱器額定功率、太陽直射輻射（DNI）、吸熱塔高決定。在吸熱器額定功率和DNI相同的前提下，吸熱塔高越高鏡場的面積會略有減小。定日鏡布置距離受吸熱塔高、定日鏡與吸熱塔的相對位置關(guān)系、DNI、吸熱器最大允許熱流密度、吸熱器功率等多種因素的限制。

投資建設(shè)成本方面。光熱電站成本受國家補貼、光資源條件、儲熱容量、系統(tǒng)效率、設(shè)備價格、融資渠道等因素影響較大，而目前在國家未出臺上網(wǎng)電價情況下，基于度電成本為衡量經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)是目前較好，也是較科學(xué)的考核方法。目前我國光熱電站建設(shè)成本居高不下，約30元/W，而光伏發(fā)電成本為7-8元/W，太陽能光熱發(fā)電技術(shù)商業(yè)化發(fā)展的主要障礙是成本。定日鏡的成本變化對光熱電站造價影響很大，是建造成本占比最大的部分。儲熱成本與儲熱時間和裝機容量有關(guān)。熔鹽儲熱系統(tǒng)成本主要由熔鹽、熔鹽泵、儲罐、換熱器、電伴熱、儀表閥門等設(shè)備材料費用構(gòu)成。塔式電站的造價包括太陽島、常規(guī)島和儲熱系統(tǒng)成本等。常規(guī)島、基礎(chǔ)設(shè)施、場地等參照火電相關(guān)系統(tǒng)估算。與光伏發(fā)電相比，光熱發(fā)電不需昂貴的硅晶光電轉(zhuǎn)換工藝，可大大降低成本，也可實現(xiàn)連續(xù)發(fā)電。光熱發(fā)電是朝陽產(chǎn)業(yè)，是未來電力能源發(fā)展的主要方向之一，然而制約其發(fā)展的主要瓶頸依然是發(fā)電成本過高，經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)不理想，而且國內(nèi)仍處于試驗研究及工程示范階段，實驗裝置及商業(yè)示范項目太少，技術(shù)及產(chǎn)業(yè)鏈不夠成熟，部分設(shè)備存在技術(shù)瓶頸，且實驗數(shù)據(jù)和性能指標(biāo)都在保密狀態(tài)，設(shè)備性價比不好評判，技術(shù)路線的選取存在風(fēng)險。隨著光伏成本的一再降低，特別是高倍聚光砷化鎵技術(shù)的運用，使光伏成本大幅降低，非儲能光熱發(fā)電很難與之抗衡，光熱發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性也因此受到了質(zhì)疑。國外目前新建的光熱電站大多匹配有儲能裝置，實現(xiàn)24小時發(fā)電，其電網(wǎng)友好性較光伏發(fā)電具有明顯優(yōu)勢。

光伏、光熱綜合利用發(fā)展情況。太陽能光伏光熱綜合利用將流體加熱后用于采暖或熱水，降低電池板工作溫度，提升光電效率，從而大大提升太陽能綜合利用效率。目前主要關(guān)注的是集熱與冷卻系統(tǒng)的匹配問題，如何選擇循環(huán)工質(zhì)，以及不同工況的控制問題等。鑒于多晶硅生產(chǎn)造成的污染問題，以及光伏發(fā)電的不可調(diào)性，光伏電站僅適合分布式有限發(fā)展（例如當(dāng)前開展比較廣泛的屋頂光伏等項目），而光熱發(fā)電則在技術(shù)應(yīng)用成熟和相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈形成時便可規(guī)模化發(fā)展，而且二者可以綜合利用，特別是現(xiàn)在比較火熱的屋頂光伏產(chǎn)業(yè)，既利用了太陽能，又節(jié)約了占地面積，光熱電站的生活及部分廠用電等可以考慮引入光伏發(fā)電設(shè)計。

（作者單位：1.神華國華（北京）電力研究院有限公司；2.寧夏國華寧東發(fā)電有限公司）endprint