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太阳能热发电技术的发展现状

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太阳能热发电技术的发展现状

许继刚 王正

[摘要] 全世界太阳能热发电技术主要有三种形式：槽式系统、塔式系统和碟式系统，本文分别阐述了它们各自的特点，并介绍了当前各类系统的工程应用情况。

[关键词] 太阳能热发电；发展；现状

前言

太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程中所产生的能量。据测算,太阳每秒照于地球上的能量相当于500 万t 煤。可以说,太阳能就是人类“用之不竭”的可再生能源。根据有关预测，21世纪的全球能源结构将发生重大变化，太阳能和其它可再生能源将替代石油和煤炭，逐渐成为世界能源的主角。到2050年，太阳能、风能和生物质能在各种一次能源构成中所占的比例将高达50％，远高于石油（0％或甚微）、天然气（13％）、煤（20％）、核能（10％），水电（5％）和其它（2％）。

太阳能热发电技术是具有较强竞争力的可再生能源发电技术。太阳能集热器把收集到的太阳辐射能发送至接收器产生热空气或热蒸汽，用传统的电力循环来产生电能，发电运行成本低，并可以与化石燃料形成混合发电系统。太阳能热发电无噪音,无污染,无需燃料,不受地域限制,规模大小灵活,故障率低,建站周期短，这些优势都是用其它能源发电所无法比拟的，对中国等太阳能资源丰富的国家来说是一个很大的机遇。

太阳能热发电技术综合性很强，涉及太阳能利用、储能、新型材料技术、高效汽轮机技术和自动控制系统等问题，不少发达国家已投人大量人力和物力。经过近40年的研究，太阳能热力发电装置的单机容量已从千瓦级发展到了兆瓦级，目前世界上已有几十座MW级的太阳能热电站投入运行。许多科学家纷纷预测，至2l世纪初中期，太阳能热发电的电价极有可能降到与化石能源电价相同的水平。

国外发展的太阳能热发电系统(STPGS，solar thermal power generation system)，也称聚光太阳能系统(CSP, concentrating solar power system) 主要有三种应用形式：槽式系统、塔式系统和碟式系统。下面分别对其基本原理、技术特点和工程应用发展情况进行论述，并简单介绍国内的太阳能研究情况。

1 槽式太阳能热发电系统

1.1 系统特点

槽式太阳能热发电系统是一种借助槽形抛物面反射镜将太阳光聚焦反射到聚热管上，通过管内热载体将水加热成蒸汽，推动汽轮机发电的清洁能源利用装置。槽形抛物面太阳能发电站的功率为10～100 MW，是目前所有太阳能热发电站中功率最大的。

图1-1 槽式太阳能热发电系统原理图[1]

槽式太阳能热发电系统的聚焦集热器采用分散布置，跟踪精度要求低、跟踪控制代价小，与碟式相比简化了吸收器的结构，用抛物柱面槽式反射镜将阳光聚焦到管状的接收器上，因而属于线聚焦方式，聚光比只有几十，属中温发电。

槽式太阳能集热技术与其他太阳能集热技术相比，有以下特点：① 抛物面场每lm2 阳光通径面积仅需要18kg钢和l1kg玻璃，耗材最少；②结构紧凑，比塔式和碟式太阳能热辐射收集装置占地面积要小大约30％～50％；③运行效益高，目前还没有其它太阳能热发电系统比加利福尼亚的槽式太阳能热发电站有更高的年收益；④ 目前，30～80MW 太阳能热发电装置按集热面积计算的投资价格为200～250欧元／m2。发电成本l0～l6美分／kWh。但是随着材料科学和太阳辐射集热装置制造工艺的发展，以及太阳能热发电系统的改进，发电成本还可以进一步降低；槽形抛物面太阳能集热装置和环带太阳能集热装置的制造只需要不多的构件形式．容易实现标准化，适合批量生产以降低成本[2]。

目前槽式太阳能热发电系统的技术相对最成熟，整体投资最少，经济效益最好，因而在三种聚光式发电中首先实现了商业化并在世界各地得到广泛应用，这类电站分布于阿尔及利亚、澳大利亚、埃及、印度、伊朗、意大利、摩洛哥、墨西哥、西班牙、美国等太阳能资源丰富的国家。

据世界银行报告，如果槽式电站功率规模在30-200MW、采用如图1-1的朗肯循环，投资的近期目标是3500-2440欧元／kW；如果规模在130MW、采用整体太阳能联合循环(ISCC)，则近期的投资目标是1080欧元／kW。发电成本的近期目标是：朗肯循环7-10欧分／kWh；中期：并网ISCC，6欧分／kWh；远期：5欧分／kWh。由此可见，槽式太阳能发电技术已经取得了突飞猛进的成果并具有广阔的应用前景[3]。

1.2 工程应用发展

1.2.1 典型的槽式太阳能发电系统

在槽式太阳能热发电系统中，最为典型的是美国从1985年至今，在美国加州Mojave沙漠建成的9座SEGS(solar electric generation system)太阳能电站，这九座槽式太阳能热发电站，总装机容量达353.8MW。经过努力，电站的初次投资由4490美元／kW 降到2650美元／kW ，发电成本从24美分／kWh降到l2美分／kWh。第一个发电系统的平均效率为l0％，现已提高到l4％ 。 表1-1 美国加州SEGS槽式太阳能电站性能分析[3]

电站编号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ

Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ

投运年份 1985 1986 1987 1987 1988 1989 1989 1990 1991

净功率/MW 13.8 30 30 30 30 30 30 80 80

太阳场集热面积，1000m2 83 190 230 230 251 188 194 464 484

太阳场全负荷温度/℃ 307 321 349 349 349 391 391 391 391

汽轮机效率/% 31.5 29.4 30.6 30.6 30.6 37.6 37.6 37.6 37.6

燃气轮机效率/% 37.3 37.3 37.3 37.3 39.5 39.5 37.6 37.6

蒸汽压力/MPa 3.53 2.72 4.35 4.35 10 10 10 10 10

蒸汽温度/℃ 415 360 327 327 327 371 371 371 371

太阳场热效率/% 35 43 43 43 43 43 43 53 50

太阳能发电净效率/% 9.3 10.7 10.2 10.2 10.2 12.4 12.3 14 13.6

年净电力生产量/GWh 30.1 80.5 91.3 91.3 99.2 90.9 92.6 252.8 256.1

年天然气消耗/Mm3 4.8 9.5 9.6 9.6 10.5 8.1 8.1 24.8 25.2

工程费用/美元·kW-1 4490 3200 3600 3730 4130 3870 3870 2890 3440

1.2．2 其它工程应用情况

由于太阳辐射强度时刻在变化，太阳能热发电系统在早晚或云遮间隙必须依靠循环系统维持系统正常运行，为了保证发电相对稳定，自2002年起在工程上开发了整体太阳能联合循环（ISCC）和储能装置，也有采用与加州SEGS电站相同的以矿物燃料为辅助的朗肯蒸汽循环技术。 表1-2 拟造的槽式电站一览

国家 联合循环总量（MW） 太阳能发电容量(MW) 电站系统

阿尔及利亚 140 35 ISCC

埃及 150 30 ISCC

希腊 — 50 朗肯循环

印度 140 30 ISCC

伊朗 467 17 ISCC

以色列 — 100 朗肯循环

意大利 — 40 朗肯循环

墨西哥 291 30 ISCC

摩洛哥 220 30 ISCC

西班牙 — 2×50 朗肯循环

2006 年初夏，欧洲第一座商业用途的采用抛物线凹槽式接收器的太阳能电厂Andasol 1在西班牙安达卢西亚地区的格兰纳达省的Guadix高地上举行盛大的建设开工仪式。根据设计，Andasol 1太阳能电厂输出电量将达到50MW，另一座相同规模的太阳能电厂Andasol 2随后将投入建设，与加州SEGS电站相比，其特点为增加了蓄能装置，同时改进了槽式接收器提高集热效率。西班牙由于政府的大力支持，承诺太阳能上网电价为16美分/kw·h，因此，发展速度较快。

美国内华达州目前正在兴建65MW的槽式太阳能电站，占地357200m2。在加州Mojave沙漠建造553MW的槽式太阳能热发电系统，并已签署了电力购买协议。在亚利桑那州建造280MW槽式太阳能热发电站，计划在2011年投产。 槽式太阳能热发电的另一典范是希腊的克里达电站。克里达电站位于希腊风景如画的克里达岛，为了保护这里的自然环境不被现代化工业所破坏，希腊政府在岛上建了50MW的克里达槽式太阳能热发电站．设计寿命25年，在阴天或晚上采用燃烧矿物燃料方式供热。

2 塔式太阳能热发电系统

2.1 系统特点

塔式太阳能热发电系统也称集中型太阳能热发电系统。塔式太阳能热发电系统的基本形式是利用独立跟踪太阳的反射镜群，将阳光聚集到固定在塔顶部的接收器上，用以产生高温，加热工质产生过热蒸汽或高温气体，驱动汽轮机发电机组或燃气轮机发电机组发电，从而将太阳能转换为电能。由集中布置的反射镜阵列、中部高塔上的接收器以及跟踪装置这几个主要部分组成。接收器中的介质被反射镜阵列所会聚的阳光加热，产生高温高压的蒸汽驱动汽轮机发电。由于聚光倍数高达1000以上，介质温度多高于350℃，总效率在15％以上，属于高温热发电。其参数可与火电厂的相同，因而技术条件成熟，设备选购方便。但是，每块镜面都随太阳运动而独立调节方位及朝向，所需要的跟踪定位机构代价高昂，限制了它在发展中国家的推广应用。目前塔式发电的利用规模可达10～20MW，处于示范工程建设阶段[4]。

图2-1 塔式太阳能热发电系统[1]

塔式太阳能集热技术的特点： 1）聚光倍数高，容易达到较高的工作温度。阵列中的反射镜数目越多，其聚光比越大，接收器的集热温度也就愈高；

2）能量集中过程是靠反射光线一次完成的，方法简捷有效；

3）接收器散热面积相对较小，因而可得到较高的光热转换效率[2]。

塔式太阳能热发电的参数可与高温、高压火电站一致，这样不仅使太阳能电站有较高的热效率，而且也容易获得配套设备。这种电站的建设费用十分昂贵，美国的Solar One电站初次投资为1.42亿美元，成本比例为: 反射镜52%，发电机组、电气设备18%,蓄热装置10%，接收器5%，塔3%，管道及换热器8%，其它设备4%。随着制镜技术的提高和规模的增大，反射镜成本将大幅度降低。以美国Sunlab为代表的研究部门以及Sargent&Lundy评估机构对塔式太阳能热发电的成本作出了预测。Sunlab基于8.7GW规模预计到2020年塔式太阳能热发电的成本最终可达到约30～40美元/MWh ,即每度电3～4美分; Sargent&Lundy基于2.6GW规模预计到2020年塔式太阳能热发电的成本最终可达到50～60美元/MWh，即每度电5～6美分。与常规化石能源发电相比，如果算上环境污染的成本，那么塔式太阳能热发电的前景将更加广阔。美国能源部主持的研究结果表明；在大规模发电方面，塔式太阳能热发电将是所有太阳能发电技术中成本最低的一种方式[2]。

2.2 工程应用发展

塔式热发电技术正处于商业化示范期，世界上已长期运行的主要塔式示范项目如表2-1。

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太阳能的发展历史及现状

太阳能的发展历史及现状

太阳能的发展历史及现状

太阳能是一种利用太阳辐射能直接转换成可供人类使用的能源的技术。该技术的发展历史可以追溯到数千年前，但现代太阳能技术的发展始于19世纪末。以下是太阳能发展历史及现状的详细介绍。

太阳能的利用历史可以追溯到早期人类社会。在古代，人们学会了利用太阳能来生火并进行烹饪、采暖和干燥食物。例如，古埃及人和古希腊人使用镜片集中太阳光来点燃火种。然而，这些利用太阳能的方式仍然相对简单且受限于特定的用途。

太阳能的现代利用始于19世纪末。1876年，美国发明家威尔顿·斯密斯发明了一种使用太阳能来加热水的设备，这被认为是太阳能热水器的雏形。然而，最重要的突破出现在20世纪50年代和60年代。重要的发展包括：

1.半导体和光伏效应：20世纪50年代，科学家们开始研究半导体材料，并发现了光伏效应。这个新的科学原理表明，当光线照射在一些材料上时，会产生电能。这项发现为太阳能的转换提供了理论基础。

2.光伏电池的发展：20世纪50年代到60年代，美国贝尔实验室的科学家们在光伏电池领域取得了重要的突破。1954年，他们研制出了第一块高效的光伏电池。

3.太阳能热发电：20世纪50年代和60年代，科学家们还开始研究如何利用太阳能来产生电力。这项技术利用太阳能集中光热来产生蒸汽，然后通过蒸汽产生电力。

自20世纪初以来，太阳能技术已经取得了巨大的进步。以下是太阳能技术的现状： 1.光伏电池的进步：近年来，光伏电池的效率得到了大幅提高。目前市场上的光伏电池效率已经达到20%以上，而且还在不断提升。此外，新的材料和技术的出现使得光伏电池的制造成本大幅降低，使得太阳能更具经济可行性。

2.太阳能热发电的发展：太阳能热发电技术也在不断发展。现代的太阳能热发电系统利用光聚焦技术将太阳能集中起来，以产生高温蒸汽，然后通过蒸汽产生电力。这种技术可广泛应用于大型发电厂和工业领域。

3.太阳能建筑和照明应用：太阳能在建筑领域的应用也有了巨大进展。太阳能光伏板可以安装在建筑物的屋顶上，以利用太阳能来发电。此外，太阳能灯具也越来越普遍，用于户外照明和道路照明。

光伏发电技术的发展历程和现状

光伏发电技术的发展历程和现状

光伏发电技术的发展历程和现状

一、引言

光伏发电，即利用太阳能转换为电能的技术，是当今世界新能源发展的重要方向之一。随着能源危机的日益严重以及环保意识的提高，光伏发电技术得到了越来越广泛的关注与应用。本文将介绍光伏发电技术的发展历程，并分析其现状。

二、发展历程

1. 起源与发展：光伏发电技术的起源可以追溯到19世纪末，法国物理学家贝克勒尔发现硒晶体对光有导电效应，这便是光伏发电的最早原理。20世纪50年代，美国贝尔实验室成功研制出硅太阳电池，标志着现代光伏产业的诞生。

2. 技术突破：进入21世纪，光伏发电技术取得了显著的进步。多晶硅太阳电池、薄膜太阳电池、高效率太阳电池等新型产品相继出现，极大地提高了光伏发电的效率和稳定性。

三、现状

1. 技术进步：目前，全球光伏发电技术的研究主要集中在提高光电转换效率、降低生产成本、开发新型材料等方面。例如，钙钛矿太阳能电池因其低成本、高效率的特点，已成为研究热点。

2. 市场规模：随着技术的进步和政策的推动，全球光伏发电市场规模不断扩大。据国际能源署预测，到2030年，全球光伏发电装机容量将达到1721GW，占全球电力供应的18%。

3. 中国地位：中国是全球最大的光伏发电市场，也是重要的技术研发和设备制造基地。中国政府高度重视光伏发电的发展，提出了一系列鼓励和支持政策，推动了行业的快速发展。

四、挑战与展望

尽管光伏发电技术取得了显著的进步，但仍面临一些挑战，如成本问题、储能问题、电网接入问题等。未来，我们需要继续加大科研力度，优化产业链结构，提升产业竞争力，以实现光伏发电的规模化应用。

总结，光伏发电技术经历了从无到有，从小到大的发展历程，如今已经成为全球新能源发展的重要力量。面对未来的挑战，我们应积极应对，努力推动光伏发电技术的进一步发展。

我国太阳能发电产业发展现状及面临的问题研究

我国太阳能发电产业发展现状及面临的问题研究

我国太阳能发电产业发展现状及面临的问题研究

太阳能发电是利用太阳能转化为电能的一种清洁能源，且太阳能是可再生的资源，因此越来越受到人们的关注。我国太阳能发电产业在近些年得到了长足的发展，但同时面临着许多问题。

一、我国太阳能发电的现状

目前，我国太阳能发电的年装机容量已经达到了数百万千瓦。尤其是近几年，政府对于太阳能发电政策的支持力度大，推动了太阳能市场的快速发展。在我国，太阳能发电主要有两种方式，一种是光伏发电，另外一种是集热式发电。光伏发电是将光能转化为电能，利用光伏组件把太阳能转化为直流电，再通过逆变器转换为交流电。集热式发电是利用太阳能给水进行加热，产生蒸汽带动透平发电。

我国太阳能发电市场的主要发展区域是华东、东北、华南、西南四大区域。其中，华东地区发展最为迅速，城市化程度高，经济水平较高，能源消费较大。东北地区因为天气条件较为恶劣，对于太阳能的利用不高，但在政策的支持下，东北太阳能产业逐渐发展。华南地区因为日照条件和温度较高，资源丰富，太阳能产业发展也非常活跃。西南地区的太阳能产业最早得到了政府扶持，发展较为成熟，但后来政府逐渐把重心放到了其他地区，导致近年来西南地区的发展相对缓慢。

二、我国太阳能发电产业面临的问题

尽管我国太阳能市场逐渐扩大，但是一些问题也出现了。首先，随着我国太阳能发电市场的不断扩大，恶性竞争比较严重。因为太阳能产业门槛较低，新的企业和品牌层出不穷，加上政府对于太阳能产业的补贴逐渐减少，导致市场竞争日益激烈。其次，目前，我国太阳能产业的供给链还不够完善，关键材料比如硅片、逆变器、电池组等部件大部分需要进口，导致了太阳能板价格的不稳定、高企，同时也存在诸多技术难题。

另外，我国太阳能市场依然存在一些制约太阳能发电产业发展的问题。例如，政府政策扶持力度不足，太阳能产业还存在环保和工业互联网连接等问题等等。这些问题一定程度上影响了我国太阳能发电产业的大规模发展。所以，随着我国能源需求的不断增长，太阳能发电作为清洁能源的重要来源，其发展仍然面临诸多挑战。

太阳能技术的发展现状与未来趋势

太阳能技术的发展现状与未来趋势

太阳能技术的发展现状与未来趋势

太阳能作为一种清洁、可再生的能源，近年来受到了越来越多的关注。它不仅可以减少对传统化石能源的依赖，还可以降低对环境的污染。目前，太阳能技术已经取得了一些突破性进展，并呈现出明显的发展趋势。

首先，光伏发电技术是太阳能技术的重要组成部分。光伏发电利用光电效应将太阳能转化为电能，已经成为目前应用最广泛的太阳能利用方式之一。随着太阳能电池的研发不断进步，光电转换效率也在不断提高。传统的硅基太阳能电池已经取得了较高的转换效率，但是其制造成本还相对较高。因此，研究人员正在积极探索新型的太阳能电池材料，如有机太阳能电池、铜铟镓硒太阳能电池等，以提高太阳能电池的转换效率和降低制造成本。

其次，太阳能光热技术也具有重要的应用前景。太阳能光热技术利用太阳能将光能转化为热能，广泛应用于水加热、房屋供暖和工业生产等领域。目前，太阳能光热技术的研究集中在提高集热器的效率和传输热能的方式上。一些新型的集热器材料如聚合物材料、纳米材料等，具有较高的吸收率和热传导性能，可以提高太阳能光热系统的效率。此外，太阳能光热技术还可以与传统的燃煤、燃气发电等方式相结合，实现能源的综合利用。

未来，太阳能技术的发展趋势主要集中在以下几个方面。首先，研究人员将继续改进太阳能电池的效率和稳定性，以提高光伏发电系统的整体性能。例如，采用多晶硅、钙钛矿等新型电池材料，能够显著提高光伏发电的效率和稳定性。同时，通过优化光伏组件的设计和安装方式，进一步提高太阳能电池的利用率。

其次，太阳能光热技术将实现更广泛的应用。随着集热器材料的不断改进和热能传输技术的创新，太阳能光热系统将成为水加热、空调供暖、工业生产等领域的主要能源供应方式。特别是在光热发电领域，通过优化光热发电系统的设计和运行，提高光热发电的效率和可靠性，可以实现太阳能的大规模利用。 此外，太阳能储能技术也是未来的发展方向之一。由于太阳能的不稳定性，储能是解决夜间或阴天无法产生电能的关键。目前，太阳能储能主要依靠电池技术，如锂离子电池、钠硫电池等。未来，研究人员将继续提高储能系统的效率和可靠性，并探索新型储能技术，如太阳能燃料电池、太阳能储热等，以满足不同场景下的能量存储需求。