太阳能热发电基本原理

　　太阳能热发电概述

　　太阳能热发电是利用太阳能聚光器先将太阳辐射能转化为热能，然后经过各种方式转换为电能的技术形式。

　　太阳能热发电包括： 聚光太阳能热发电（CSP）、太阳能半导体温差发电、太阳能烟囱发电、太阳池发电和太阳能热声发电等。

　　聚光太阳能热发电（CSP）是目前已经商业化大规模应用的技术形式。

　　CSP是通过“光-热-功”的转化过程实现发电的一种技术形式，其在原理上和传统的化石燃料电站类似。二者最大的区别在于输入的能源不同，太阳能热发电采用的是太阳能： 聚光器将低密度的太阳能转换成高密度的能量，经由传热介质将太阳能转化为热能，通过热力循环做功，实现到电能的转换。

　　

　　太阳能热发电基本原理

　　太阳能光热发电的原理是，通过反射镜将太阳光汇聚到太阳能收集装置，利用太阳能加热收集装置内的传热介太阳能光热发电的原理是，通过反射镜将太阳光汇聚到太阳能收集装置，利用太阳能加热收集装置内的传热介质（液体或气体），再加热水形成蒸汽带动或者直接带动发电机发电。光热发电有槽式、塔式和碟式三种系统。

　　槽式

　　1、点聚焦技术： 定日镜自动跟踪太阳，聚焦的阳光反射到位于塔顶的吸热器内。吸热器加热管内的传热介质，将太阳光能转变成热能，再通过热力循环实现发电。

　　2、聚光比300-1000。系统综合效率高。

　　3、吸热器类型： 水/蒸气、熔盐、空气等商业化初期的电站多使用水/蒸作为工作介质（主要考虑到技术风险较小、结构相对简单）

　　4、传热介质的工作温度范围在250~1200C，可采用汽轮机或燃气轮机。

　　

　　塔式

　　1、线聚焦技术： 采用抛物面槽式反射镜将太阳光聚集到位于焦线的吸热管上，加热管内的传热工质（油或水），然后经热交换器产生蒸汽驱动汽轮发电机组发电。

　　2、聚光比在70-80之间; 系统综合效率较低

　　3、吸热器内工作介质： 合成油、水等，当前介质的工作温度一般在400C以内。

　　4、美国354MWSEGS电站建于上个世纪80年代，至今已运行20多年。

　　

　　碟式

　　1、点聚焦技术： 利用旋转抛物面反射镜，将入射阳光聚集在镜面焦点处在该处可放置太阳能吸热器吸收热能加热工质驱动汽轮发电机组发电，也可放置太阳能斯特林发电装置或高倍比聚光光伏系统（CPV）直接发电。

　　2、聚光比1000-3000; 系统效率高

　　3、单机规模小，非常适合分布式发电。今年1月份全球首座商业化碟式斯特林系统在美国投入运行，总容量1.5MW，由60个单机25kW的系统组成。

　　4、截至2010年10月，美国加州批准了总计1372.5MW的碟式斯特林电站项目。

　　

　　太阳能热发电特点

　　太阳能有两种利用途径：一种通过光电池把太阳辐射转化为电能，常见的利用途径是太阳能电池；另外一种通过太阳能集热器把太阳辐射转化为热能，最简单的就是居家使用的屋顶热水器。

　　利用太阳热能发电目前已成为全球风险投资的一个重点领域，其原理是通过聚光装置把太阳光线聚集在装有某种液体的管道或容器。借助太阳热能，液体被加热到一定温度，产生蒸汽然后驱动涡轮机发电，热能转化为电能。这种发电方式被人们称为太阳能热发电。

　　由于太阳能热发电需要充足的太阳直接辐射才能保持一定的发电能力，因此沙漠是最理想的建厂选址地区。与传统的电厂相比，太阳能热电厂具有两大优势：整个发电过程清洁，没有任何碳排放；利用的是太阳能，无需任何燃料成本。

　　太阳能热发电还有一大特色，那就是其热能储存成本要比电池储存电能的成本低得多。举例来说，一个普通的保温瓶和一台笔记本电脑的电池所存储的能量相当，但显然电池的成本要高得多。能够将太阳热能储存，就意味着太阳能热电厂可以克服传统电厂发电可能中断的弊端。

　　然而，价格成为影响太阳能热发电推广的一大障碍。例如，在美国西南部，考虑联邦税收优惠之后，太阳能热电厂的电价约合每度13美分到17美分。美国能源部已经设定目标，力图到2015年把太阳能热发电的电价降到每度7美分到10美分，到2020年进一步降到每度5美分到7美分，以使太阳能热发电可以与煤电等传统发电方式相竞争。

　　

　　太阳能热发电的实例

　　实验电站

　　亚洲首座太阳能热发电实验电站——历经6年科研攻关和施工建设，我国首个、亚洲最大的塔式太阳能热发电电站——八达岭太阳能热发电实验电站在延庆建成，并于2012年8月成功发电。这也使我国成为继美国、西班牙、以色列之后，世界上第四个掌握太阳能热发电技术的国家。

　　作为国家“863”计划重点项目，整个项目研发从2006年年底启动，实验电站部分于2009年7月破土动工。由于国内没有先例，项目开始时没有技术参数、设计规范，光是定日镜的设计，就经历了四代研究才最后定型。

　　该实验电站位于八达岭镇大浮坨村，热发电实验基地占地208亩，基地内包括一个高119米的集热塔和100面共1万平方米的定日镜。此次集热塔正式竣工后，原来被放置在钢塔上的吸热器被成功安装到集热塔塔顶，正式投入使用。

　　2013年6月，该电站发电可并入国家电网。下半年，电站还将开始建设1兆瓦槽式热发电系统，投入使用后，发电量将进一步增加。