太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)的概念與分類

【中玻網(wǎng)】太陽(yáng)能熱發(fā)電主要是將聚集到的太陽(yáng)輻射能，通過(guò)換熱裝置產(chǎn)生蒸汽，驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電。太陽(yáng)能熱發(fā)電與常規(guī)化石能源在熱力發(fā)電方式上的原理是相同的，都是通過(guò)Rankine循環(huán)、Brayton循環(huán)或Stirling循環(huán)將熱能轉(zhuǎn)換為電能，區(qū)別在于熱源不同，太陽(yáng)能發(fā)電的熱源來(lái)自太陽(yáng)輻射，因而如何用聚光裝置將太陽(yáng)能收集起來(lái)是大多數(shù)太陽(yáng)能熱發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)之一。
　　
　　此外，考慮到太陽(yáng)能的間歇性，需要配置蓄熱系統(tǒng)儲(chǔ)存收集到的太陽(yáng)能，用以夜間或輻射不足時(shí)進(jìn)行發(fā)電，因此成熟的蓄熱技術(shù)成為太陽(yáng)能熱發(fā)電中的另一關(guān)鍵技術(shù)。
　　
　　直接光發(fā)電和間接光發(fā)電是太陽(yáng)能熱發(fā)電中較常用的分類方式。
　　
　　直接光發(fā)電可分為太陽(yáng)能熱離子發(fā)電、太陽(yáng)能溫差發(fā)電和太陽(yáng)能熱磁體發(fā)電；間接光發(fā)電可分為聚光類和非聚光類，其中聚光類按照太陽(yáng)采集方式可分為太陽(yáng)能塔式發(fā)電、太陽(yáng)能槽式發(fā)電和太陽(yáng)能碟式發(fā)電；非聚光類主要有太陽(yáng)能真空管發(fā)電、太陽(yáng)能熱氣流發(fā)電和太陽(yáng)能熱池發(fā)電等。
　　
　　通常所說(shuō)的太陽(yáng)能熱發(fā)電，主要指間接光發(fā)電，直接光發(fā)電尚在實(shí)驗(yàn)階段。目前主流的太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)集中在塔式、槽式和碟式，它們因開(kāi)發(fā)前景巨大而受到較大的關(guān)注。
　　
　　聚光式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)的主要分類：
　　
　　1、塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電
　　
　　塔式太陽(yáng)能發(fā)電主要由大量的跟進(jìn)太陽(yáng)的定向反射鏡(定日鏡)和裝在中點(diǎn)塔上的熱接收器這兩大部分組成，成千上萬(wàn)面定日鏡將太陽(yáng)光聚焦到中點(diǎn)接收器上，接收器將聚集的太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)化為熱能，然后再將熱能傳遞給熱力循環(huán)工具，驅(qū)動(dòng)熱機(jī)做功發(fā)電．隨著鏡場(chǎng)中定日鏡數(shù)目的增加，塔式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的聚光比也隨之上升，較高可達(dá)1500，運(yùn)行溫度為1000℃～1500℃．它因其聚光倍數(shù)高、能量集中過(guò)程簡(jiǎn)便、熱轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)點(diǎn)，較適合太陽(yáng)能并網(wǎng)發(fā)電。圖1為塔式太陽(yáng)能發(fā)電的系統(tǒng)圖．從圖1可以看出，塔式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)包括:跟進(jìn)太陽(yáng)光的定日鏡、接收器、工質(zhì)加熱器、儲(chǔ)能系統(tǒng)以及汽輪機(jī)組等部分．收集裝置由多面定日鏡、跟進(jìn)裝置、支撐結(jié)構(gòu)等構(gòu)成．系統(tǒng)通過(guò)對(duì)收集裝置的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)的較佳跟進(jìn)，從而將太陽(yáng)的反射光準(zhǔn)確聚焦到中點(diǎn)接收器內(nèi)的吸熱器中，使傳熱介質(zhì)受熱升溫，進(jìn)入蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽，較終驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)組進(jìn)行發(fā)電．此外，為了保證持續(xù)供電，需要蓄熱裝置將高峰時(shí)段的熱量進(jìn)行存儲(chǔ)以備早晚和陰雨間隙使用。
　　
　　2、槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電
　　
　　槽式太陽(yáng)能發(fā)電采用多個(gè)槽形拋物面式聚光器，將太陽(yáng)光聚集到接收裝置的集熱管上，加熱工質(zhì)，產(chǎn)生高溫蒸汽后推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電．收集裝置的幾何特性決定了槽式太陽(yáng)能發(fā)電的聚光比要低于塔式，通常在10～100之間，運(yùn)行溫度達(dá)400℃．如圖3所示，槽式太陽(yáng)能發(fā)電包括聚光集熱部分、換熱部分、
　　
　　發(fā)電儲(chǔ)能部分。其中，發(fā)電儲(chǔ)能部分與塔式基本相似，不同之處在于聚光集熱和換熱部分．聚光集熱是整個(gè)槽式發(fā)電系統(tǒng)的核心，它由聚光陣列、集熱器和跟進(jìn)裝置組成．在此部分，集熱器大多采用串、并聯(lián)排列的方式，可按南北、東西和較軸3個(gè)方向?qū)μ?yáng)光進(jìn)行一維跟進(jìn)．在換熱部分，預(yù)熱器、蒸汽發(fā)生器、過(guò)熱器和再熱器4組件實(shí)現(xiàn)了工質(zhì)加熱、換熱、產(chǎn)生蒸汽、進(jìn)行發(fā)電的過(guò)程．由于槽式發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)緊湊，其收集裝置的占地面積比起塔式和碟式來(lái)說(shuō)，相對(duì)較小，因而為槽式太陽(yáng)能發(fā)電向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)
　　
　　3、碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電
　　
　　作為目前熱發(fā)電效率較高的方式，碟式太陽(yáng)能發(fā)電整合多個(gè)反射鏡組成拋物面蝶形聚光鏡，通過(guò)對(duì)其的旋轉(zhuǎn)，將太陽(yáng)光聚集到接收器中，經(jīng)接收器吸熱后加熱工質(zhì)，進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電．旋轉(zhuǎn)拋物面蝶形聚光鏡的應(yīng)用使得碟式太陽(yáng)能發(fā)電的聚光比達(dá)到3000以上，這一方面有效地提高了光熱轉(zhuǎn)換的效率，但是另一方面也由于其較高的接收溫度，對(duì)接收器的材料和工藝提出了更高的要求．從圖4看出，碟式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)包括拋物面蝶形聚光鏡、高溫接收器、跟進(jìn)傳動(dòng)裝置、發(fā)電儲(chǔ)能裝置等．
　　
　　與塔式和槽式不同的是，碟式太陽(yáng)能發(fā)電主要采用斯特林(Stirling)熱力循環(huán)，完成熱能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)化，但由于斯特林(Stirling)熱機(jī)的技術(shù)開(kāi)發(fā)尚未成熟，因而碟式太陽(yáng)能發(fā)電尚在試驗(yàn)示范階段。
　　
　　4、其他
　　
　　方式近來(lái)，一種新型的太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)引起了廣泛的關(guān)注．該設(shè)計(jì)采用一列同軸排列的反射鏡取代傳統(tǒng)意義上的拋物面反射鏡，將太陽(yáng)光首先聚焦在上部的中點(diǎn)反射鏡上，再由中點(diǎn)反射鏡向下反射，將太陽(yáng)光聚焦到地面接收器中，這種新型的聚光方式稱為向下反射式或菲涅爾反射式(如圖5)．由于二次聚焦，保證了較高的聚光比;同時(shí)，向下反射的方式不但避免了高塔上安裝接收器的風(fēng)險(xiǎn)，也解決了塔頂熱量損失大、安裝維護(hù)成本高等問(wèn)題，勢(shì)必成為未來(lái)太陽(yáng)能熱發(fā)電的一個(gè)重要研究方向。
　　
　　5、三種太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)的比較
　　
　　上述3種太陽(yáng)能熱發(fā)電方式各有優(yōu)點(diǎn)，就理論而言，塔式太陽(yáng)能發(fā)電由于聚光比高、運(yùn)行溫度高、系統(tǒng)容量大和熱轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)，較適合大規(guī)模生產(chǎn);槽式太陽(yáng)能發(fā)電因其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、技術(shù)較為成熟，成為了靠前個(gè)進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)的熱發(fā)電方式;而碟式太陽(yáng)能發(fā)電因其熱效率較高、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便等特點(diǎn)，非常適合分布式小規(guī)模能源系統(tǒng)．另一方面，前期投入過(guò)高且難以降低成本使得塔式太陽(yáng)能發(fā)電始終沒(méi)有廣泛投入商業(yè)化生產(chǎn);聚光比小、系統(tǒng)工作溫度低、核心部件真空管技術(shù)尚未成熟、吸收管表面選擇性涂層性能不穩(wěn)定等問(wèn)題，阻礙了槽式太陽(yáng)能發(fā)電的推廣;碟式發(fā)電系統(tǒng)中，斯特林熱部門(mén)鍵技術(shù)難度大、開(kāi)發(fā)時(shí)間短等原因，致使其仍處于試驗(yàn)示范階段。