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(浙江工程设计有限公司 浙江 杭州 310008)
摘要:本文阐述了有关太阳能热发电技术,分析了我国太阳能热发电技术发展现状,并从从太阳能资源丰富,分布地域广,太阳能热能发电技术容易掌握,能量巨大,清洁可用等方面讨论了我国发展太阳能发电技术产业的问题和趋势。
关键词:塔式;太阳能;热发电;现状;展望。
一、有关塔式太阳能热发电技术简介
1、太阳能热发电。利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能,通过换热装置提供蒸汽或使用特殊介质储存热能,并在适当时候结合传统汽轮发电机的工艺,将热能转化为电能,从而达到发电的目的。太阳能热发电系统主要由集热系统、热传输系统、蓄热贮能系统、热机、发电机等组成。集热系统聚集太阳能之后,经过热传输系统将聚集的太阳能传给热机,由热机产生动力,带动发电机发电。
2、塔式太阳能热发电。按太阳能采集方式划分,目前热发电系统主要有3种类型:槽式线聚焦系统、塔式系统和碟式系统。三种系统均可单独使用太阳能运行,安装成燃料混合(如与天然气、生物质气等)互补系统是其突出的优点,其性能比较如表1所示。
表1三种太阳能热发电系统性能比较
槽式系统 塔式系统 碟式系统
规模 30-320兆瓦 10-20兆瓦 5-25兆瓦
运行温度(℃) 390/734 565/1049 750/1382
年容量因子 23%-50% 20%-77% 25%
峰值效率 20% 23% 24%
年净效率 11%-16% 7%-20% 12%-25%
可否储能 有限制 可以 蓄电池
互补系统设计 可以 可以 可以
美元/平方米 630~275 475~200 3.100~320
美元/瓦 4.0~2.7 4.4~2.5 12.6~1.3
美元/峰瓦 4.0~1.3 2.4~0.9 12.6~1.1
就几种形式的太阳热发电系统相比较而言,槽式热发电系统是最成熟,也是达到商业化发展的技术,塔式热发电系统的成熟度目前不如抛物面槽式热发电系统,而配以斯特林发电机的抛物面盘式热发电系统虽然有比较优良的性能指标,但目前主要还是用于边远地区的小型独立供电,大规模应用成熟度则稍逊一筹。应该指出,槽式、塔式和盘式太阳能热发电技术同样受到世界各国的重视,并正在积极开展工作。
二、我国太阳能热发电优势分析
1、我国的太阳能资源丰富,分布地域广
中国地处北半球欧亚大陆的东部,主要处于温带和亚热带,具有比较丰富的太阳能资源。根据全国900多个气象台站长期观积累的资料表明,中国各地的太阳辐射年总量平均值约为5.88×10'MJ/m'。中国太阳能资源除天山北面的新吸小部分地区的年总全约4.48×10'MJ/m.外,大部分地区的年总量都超过5. 88 X 10'M1/m',是中国太阳能资源比较丰富的地区,约占全国总面积的2/3以上,具有利用太阳能的良好条件;除四川盆地及其毗邻地区外,中国绝大部分地区的太阳能资源都相当于或超过外国同纬度的地区。因此,中国具有极大的太阳能潜力,应该大力着手太阳能发电的研究开发。另外,中国的西部高原地区和东部沿海地区,都有丰富的太阳能资源以及盐湖和盆场,所以在中国进行太阳池发电的研究和应用,也是很有前途的。
2、利用太阳能热能发电技术容易掌握,能量巨大,清洁可用。(1)有阳光的地方到处都可以安装,不需要像风能那样进行选址;(2)同时光电站可以集成在建筑上而不必单独占地;(3)光伏发出来的电可以直接被负载消耗;(4)另外光伏电站和投资的稳定性和低风险性一直受到集成商和投资商的高度认可。以上的特点决定了太阳能发电市场会成为最有前途的一个可再生能源市场形式。
3、太阳能热发电成本有所降低。与太阳能光伏发电相比,太阳能热发电在发电效率上与之相当,其单位投资成本和发电成本随容量的增加而降低,因此在大规模应用时成本上有着明显的优势。目前欧洲光伏上网电价为44欧分,而光热的上网电价则为27欧分;虽然太阳能热电站不像光伏发电那样简单易行,它需要的土地面积大,整套发电系统的技术也相对复杂,但我国的太阳能资源主要分布在地广人稀并不适合发展灌溉农业的缺水地区,如宁夏、新疆、西藏等地,因此在土地资源的利用上同其他产业冲突较小,具有良好的发展前景。
4、符合国家相关政策。随着国内能源需求的进一步提升,煤炭、石油的不可再生资源的有限性,环境污染问题的扩大,能源结构调整将是一个长期的任务,提高可再生资源的比重也是大势所趋。为提升可再生资源的特别是风、生物、太阳能源的发电比重,国家采用电价补贴政策加以鼓舞。(1)符合国家产业政策。中华人民共和国国家发展和改革委员会第9号令《产业结构调整指导目录(2011年本)》,在该指导目录中“第一类 鼓励类 五、新能源”中“第1条 太阳能热发电集热系统、太阳能光伏...”。本项目的太阳能热能利用技术被列入了该产业指导目录的鼓励类产品中。(2)符合国家《能源发展“十二五”规划》,2013年1月1日,国务院发布了《关于印发能源发展“十二五”规划的通知》。(3)符合国家《可再生能源发展“十二五”规划》。(4)符合国家《太阳能发电科技发展“十二五”专项规划》科学技术部于2012年3月27日,发布了《太阳能发电科技发展“十二五”专项规划》。(5)电价补贴政策。国家发展改革委、国家电监会关于可再生能源电价补贴和配额交易方案(2010年10月-2011年4月)的通知提供了2010年10月~2011年4月可再生能源发电项目的补贴表,根据该表数据,风能发电的补贴为0.21~0.26元/kW,生物质能发电补贴为0.35元/kW,太阳能发电补贴为0.72~1.1元/kW。
三、我国太阳能热发电发展亟待解决的问题
与常规电力相比,太阳能发电无论在技术经济性方面,还是在与电力系统适应性方面,还存在许多亟待解决的问题。
1、经济性仍是制约太阳能发电发展的主要因素。太阳能发电成本虽然已显著降低,但与常规能源发电相比,光伏发电的经济性仍然较差,目前光伏发电的成本是常规能源发电成本的3倍左右。光热发电设备制造产业基础还比较薄弱,电站开发建设还处于示范阶段,发电成本比光伏发电略高。在目前政策体系和市场机制下,经济性差是制约太阳能发电规模化发展的主要因素。
2、并网运行管理是制约太阳能发电发展的关键因素。与建筑结合的分布式光伏发电是太阳能发电的重要应用方式,但我国尚未形成适应分布式发电发展的电力体制和价格机制。特别在电网接入和并网运行管理上,仍未建立与分布式发电相适应的电网接入和并网运行机制,无法充分发挥分布式光伏发电规模小、效率高、效益好的优势,极大影响了分布式能源企业的积极性,制约了分布式光伏发电的大规模发展。
3、促进太阳能发电的政策体系还不完善。目前,促进太阳能发电发展的土地、价格、财税等方面的经济政策和电网接入等方面的技术政策还不够完善,适应分布式光伏发电的电力管理体制还不成熟,完善太阳能发电政策体系、促进电力体制改革的任务十分迫切。
四、我国塔式太阳能热发电技术发展展望
1、塔式太阳能热发电技术得到突破
随着定日镜这一关键技术方案的解决,塔式太阳能热发电技术已走出了具有战略意义的一步,只要把定日镜、高温集热装置和发电系统等三项关键部件的成本都降低,实现全民使用太阳能热发电的目标将为期不远了。陈应天教授所创造的新型数码光学理论和自动跟踪集聚太阳能光发电技术,使各种更廉价、更高效的太阳能聚光接收器正被陆续开发,从几个太阳聚光的新型光伏发电系统、几十个太阳聚光的新型太阳灶、几百个太阳聚光的高集中度的光伏发电系统、再到成千上万个太阳聚光的高温太阳炉,理论突破的巨大威力已经得到实践的成功检验。相信太阳能将成为最具潜力且资源最丰富的可再生新能源。
2、塔式太阳能热发电发展迅速
太阳能塔式发电是应用的塔式系统。塔式系统又称集中式系统。它是在很大面积的场地上装有许多台大型太阳能反射镜,通常称为定日镜,每台都各自配有跟踪机构准确的将太阳光反射集中到一个高塔顶部的接受器上。接受器上的聚光倍率可超过1000倍。在这里把吸收的太阳光能转化成热能,再将热能传给工质,经过蓄热环节,再输入热动力机,膨胀做工,带动发电机,最后以电能的形式输出。主要由聚光子系统、集热子系统、蓄热子系统、发电子系统等部分组成。1982年4月,美国在加州南部巴斯托附近的沙漠地区建成一座称为“太阳1号”的塔式太阳能热发电系统。该系统的反射镜阵列,由1818面反射镜环包括接收器高达85.5米的高塔排列组成。1992年装置经过改装,用于示范熔盐接收器和蓄热装置。以后,又开始建设“太阳2号”系统,并于1996年并网发电。今年,以色列Weizmanm科学研究院正在对此系统进行改进,据悉仍在研究实验中。
3、大规模塔式太阳能热发电已成我国发电必由之路
中国自主研发的亚洲首座兆瓦级太阳能热发电站于2010年中期竣工并投入使用,该发电站总设计师中国科学院电工研究所王志峰教授在接受《中国日报》专访时表示,该1.5MW级的塔式发电站由中科院电工研究所、热物所、西安交大、华电集团等10家单位共同承担研究建设任务,它的成功运行将对中国太阳能热发电站的大面积推广起到里程碑的作用。该项目在208土亩地上将建成100面定日镜,用来收集太阳光,反射聚集到塔身高为100 m的太阳能吸热塔的吸热器里,将太阳能通过加热水,产生蒸气,作为动力发电。按照设计该电站年发电量将达到270×104kW•h,可提供5 000户家庭用电需求,可减排二氧化碳2 300余t,二氧化硫21 t,氮氧化合物35 t.。根据发改委公布的2015年发展规划,我国太阳能热发电站的装机容量将达到150 MW,也就是说国家将在未来五年中投资100亿元人民币兴建相当于100个延庆太阳能热电站规模的太阳能热电设施。
参考文献:
[1]赵玉文.21世纪我国太阳能利用发展趋势【J】.中国电力,2000, 33(9) :73-77;
[2]王野平,徐岩松,梁伟延.从可持续发展战略高度审视太阳能热力发电【J】.科技管理研究,2002,(3):92一95。
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