[科普中国]-太阳能热发电技术

简介

在太阳能热发电技术中，太阳热能直接发电尚处于原理性直接试验阶段，而太阳热能间接发电已有一百多年的发展历史，通常所说的太阳能热发电技术主要是指太阳热能间接发电，即太阳热能通过热机带动常规发电机发电。太阳能热发电技术无化石燃料的消耗，对环境无污染，可分为两大类：一类是利用太阳热能直接发电，如半导体或金属材料的温差发电，真空器件中的热电子、热离子发电以及碱金属热发电转换和磁流体发电等，这类发电的特点是发电发电装置本体没有活动部件，但此类发电量小，有的方法尚处于试验阶段；另一类是太阳热能间接发电，它使太阳热能通过热机带动发电机发电，其基本组成与常规发电设备类似，只不过其热能是从太阳能转换而来。从能源输入端利用模式看，太阳能热发电系统的发展经历了三个不同的阶段，逐步形成了三大类系：单纯太阳能热发电系统、太阳能与化石能源综合互补系统和太阳能热化学重整复合系统。当然，若从系统输出目标看，这三类系统也还都有各自不同功能类别的系统，如单纯发电的、热电联产或冷热电多联产的以及化工（或清洁燃料）的电力多联产等。1

聚光型太阳能热发电系统聚光型太阳能热发电系统是利用聚焦型太阳能集热器把太阳能辐射能转变成热能，然后通过汽轮机、发电机来发电。根据聚焦的形式不同，聚光型太阳能集热发电系统主要有塔式、槽式和碟式。

塔式太阳能热发电系统（SPT）是将集热器置于接收塔的顶部，许多面定日镜根据集热器类型排列在接收塔的四周或一侧，这些定目镜自动跟踪太阳，使反射光能够精确地投射到集热器的窗口内。投射到集热器的阳光被吸收转变成热能后，便加热盘管内流动的介质产生蒸汽，蒸汽温度一般会达到650℃，其中一部分用来带动汽轮机组发电，另一部分热量则被储存在蓄热器里，以备没有阳光时发电用。1

槽式太阳能热发电系统是一种中温热力发电系统。其结构紧凑，太阳能热辐射收集装置占地面积比塔式和碟式系统要小30%~50%。槽形抛物面集热装置的制造所需的构件形式不多，容易实现标准化，适合批量生产。用于聚焦太阳光的抛物面聚光器加工简单，制造成本较低，抛物面场每平方米阳光通径面积仅需11kg~18kg玻璃，耗材最少。1

碟式太阳能热发电装置包括碟式聚光集热系统和热电转换系统，主要由碟式聚光镜、吸热器、热机及辅助设备组成。现代碟式太阳能热发电技术在20世纪70年代末由瑞典USAB等发起研究。1

太阳能热能发电系统太阳池热能发电的工作原理是利用高温盐溶液在蒸发器内使低沸点介质蒸发产生蒸汽，推动汽轮机并带动发电机发电，从汽轮机排出的蒸汽进入冷凝器冷凝，冷凝液用循环泵抽回蒸发器，重新被太阳池的热盐溶液蒸发，开始新的循环。太阳池热发电方式的最突出优点是构造简单、生产成本低，它几乎不需要价格昂贵的不锈钢、玻璃和塑料一类的材料，只要一处浅水池和发电设备即可。另外它能将大量的热储存起来，可以常年不断地利用阳光发电，即使在夜晚和冬季也照常可以利用。因此，有人说太阳池发电是所有太阳能应用中最为廉价和便于推广的一种技术。1

太阳能热气流发电系统太阳能热气流发电的原理是在以大地为吸热材料的地面大棚式太阳能空气集热器中央建造高大的竖直烟囱，烟囱的底部在地面空气集热器的透明盖板下面开设吸风口，上面安装风轮，地面空气集热器根据温度效应生产热空气，从吸风口吸入烟囱，形成热气流，驱动安装在烟囱内的风轮并带动发电机发电。1

太阳能热气流发电站的实际构造由三部分组成：大棚式地面空气集热器、烟囱和风力机。太阳能热气流发电站的地面空气集热器是一个近地面一定高度、罩着透明材料的大棚。阳光透过透明材料直接照射到大地上，大约有50%的太阳辐射能量被土壤所吸收，其中1/3的热量加热罩内的空气，1/3的热量储于土壤中，1/3的热量为反射辐射和对流热损失，所以，大地是太阳能热气流电站的蓄热槽。1

研究表明，影响电站运行特性的因素有云遮、空气中的尘埃、集热器的清洁度、土壤特性、环境风速、大气温度叠层、环境气温及大棚和烟囱的结构质。1