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【摘要】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。从其发电原理上来看，是一种绿色能源的绿色利用方式，且太阳能资源是世界上分布最广泛的取之不尽、用之不竭的可再生能源。从这个意义上看，太阳能光热发电技术的发展对于人类经济社会可持续发展具有重要意义。未来光热发电的发展方向是扩大单个项目规模、提高储热温度、增加容量因子方向发展。
【关键词】光热发电；发展方向；应用前景；开发建设
Analysis on Characteristics of Solar Photothermal Power Generation and Application Prospect
He Ya-li
（China Energy Construction Group Yunnan Electric Power Design Institute Co.， LtdKunmingYunnan650000）
【Abstract】Solar thermal power generation is the use of solar concentrator first solar radiation energy into heat， and then after a variety of ways to convert electricity to the technical form. From the principle of its power generation point of view， is a green energy green use， and solar energy resources are the world's most widely distributed， inexhaustible renewable energy. In this sense， solar thermal power generation technology for the sustainable economic and social development of mankind is of great significance. The future direction of photothermal power generation is to expand the size of a single project to improve the storage temperature， increase the capacity factor direction.
【Key words】Light and heat power generation；Development direction；Application prospect；Development and construction
1. 太阳能光热发电技术的战略地位
（1）光热发电是通过"光--热--功"的转化过程实现发电的一种技术。光热发电在原理上和传统的化石燃料电站类似，两者最大的区别在于输入的能源不同。光热发电利用能源为太阳能，通过聚光器将低密度的太阳能聚集成高密度的能量，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。
（2）太阳能热发电实质是太阳能热利用方式之一。从其发电原理上来看，是一种绿色能源的绿色利用方式，且太阳能资源是世界上分布最广泛的取之不尽、用之不竭的可再生能源。从这个意义上看，太阳能光热发电技术的发展对于人类经济社会可持续发展具有重要意义。
2. 太阳能光热发电技术的技术类型
（1）聚光光热发电是现今最具商业化利用前景的技术形式。根据聚光方式的不同，聚光光热发电可进一步分为点聚焦和线聚焦两大系统。其中，点聚焦系统主要包括塔式光热发电和碟式光热发电；线聚焦系统主要包括槽式光热发电和线性菲涅尔式光热发电（光热发电技术类型汇总表见表1）。
（2）光热发电系统通过常规机组并网，可按照电网要求输出有功和无功，在运行技术和管理经验等方面较为成熟，具有较好的电网友好性。
（3）光热发电通过传统电机并网，能够很好的解决谐波、三相电流不平衡和直流分量等问题。电网调度与经济运行问题：由于光热电站通常配置大容量储热装置，或与其他常规火电机组联合运行，克服了光伏发电的间歇性和波动性，可实现光热电站发电出力的平稳可控，接近常规机组性能，更易接受电网调度，并具备一定的调峰调频能力，减轻电网调峰调频压力。
（4）光热电站通过常规汽轮机或燃气轮机并网，具有一定的转动惯量和阻尼特性，具备按照电网要求向其提供有功和无功功率的能力，同时电网调度有较为丰富的常规机组运行控制和管理经验，有助于电网安全稳定运行。
（5）光热发电的规模化发展不仅能够作为调峰电源，为风电等间歇性电源提供辅助服务，而且随着未来技术的优化提升，大型光热电站完全有可能承担电力系统基础负荷。
3. 光热发电开发建设条件
3.1主要影响因素包括太阳法向直射辐射（DNI）、地形和土地、水资源等。
（1）太阳法向直射辐射强度。
根据国外的经验，DNI值在1800kWh/m2/y以上的地区适宜建设光热发电站。
（2）水资源。
根据美国能源部研究数据（2007），采用水冷技术时，碟式/斯特林发电约为0.0757立方米/MWh，塔式电站用水约为2.27立方米/MWh，槽式电站用水约为3.02立方米/MWh。槽式和塔式高于常规燃煤电站和联合循环天然气发电站。
可采用空冷技术减少用水量，约为0.299立方米/MWh，投资成本上升约7%～9%，发电量减少约5%。对塔式热发电运行成本的影响小于槽式热发电方式。 为减少运行成本，通常采用水冷/空冷混合制冷方式。以槽式热发电为例，采用这种方式可减少水耗50%，而发电量损失仅为1%左右。
（3）地形和土地。
光热发电站的建设需要考虑地形的因素，最好选择平坦广阔的土地，一是由于坡地会影响入射角而导致电站效率的变化，二是坡地会增加土地平整的成本。不同的
光热发电技术形式对地形的要求不尽相同。
3.2国外经验显示，槽式和线性菲涅尔式发电要求地面坡度在3%以下；塔式电站可以适合5%～7%以下的地面坡度。碟式由于单机规模较小，因此对坡度的要求更低。
3.3光热发电对土地面积要求较高，目前国际经验显示，建设一座50MW无储热的光热发电站（槽式或塔式）需要占地约1平方公里，一座30MW带6小时储热的光热发电站（槽式或塔式）电站同样需要1平方公里土地。
3.4适宜规模化发展地区多远离负荷中心。包括没有树木的大草原、矮树林、戈壁滩、荒漠地、废弃盐碱地和沙漠等。
4. 太阳能光热发电发展前景
（1）建造大容量太阳能热发电站是降低太阳能热发电成本的重要途径。
（2）在同样技术条件下，机组容量越大，单位kW的投资成本和年运行维护费用越低，机组本身的运行效率和电站辅助设备及管道系统的效率也越高，则电站综合效率明显提高。特别是对于塔式、槽式光热发电站，其发电成本与装机容量规模密切相关。
（3）将光热发电系统与常规火电厂联合运行，既可高效利用太阳能光热系统提供中低温和中低压的水蒸汽，又具有很高的发电系统综合效率，将成为今后较长一个时期内开发利用光热发电技术的重要发展趋势之一。
（4）槽式光热发电系统在中高温应用时成本较低，因此槽式光热发电系统与常规火电厂联合运行是今后首选发展方式。
（5）当电站规模较大或配备大容量储热系统时，塔式光热发电系统与常规火电厂联合运行也具有很好的技术经济性能。
（6）光热发电存在"热"这种中间形式，可通过对热的综合利用提高能源利用效率，具体形式包括采暖制冷一体化、海水淡化等，进行综合利用，同时满足多种需求，对某些特殊地区，如边防海岛、沙漠等地区或灾区尤为有效。
（7）近年来一些科学家提出光热发电技术用于煤的气化与液化，形成气体或液体燃料，进行远距离的运输。
5. 未来发展展望
（1）到2025年，各种光热发电技术的成本都有显著下降。
（2）为了降低成本，槽式发电将向更为简单的系统发展。
（3）从技术类型来看，由于塔式发电在技术进步和效率提升方面具有很大潜力，预计在未来5年内成本将快速下降。
（4）随着储热长达15小时的GemaSolar熔融盐塔式电站（19.9MW）投入商业化运行，预计在2013 年左右，塔式发电的度电成本有望低于槽式发电。
（5）未来光热发电的发展方向是扩大单个项目规模、提高储热温度、增加容量因子。2010～2020年：承担腰荷和峰荷。储热技术进一步发展，但是只能承担腰荷和峰荷。需要建设专用输电线路，将光热发电输送至负荷中心。到2020年，全球光热发电平均容量因子为32%。
（6）2020～2030年：承担基荷与碳减排任务。光热发电在承担基荷方面与燃煤发电相比具有竞争力。大多数国家的激励政策将逐步退出。2010年后建设的项目将在这一阶段收回投资成本，进入高盈利时期。需要建设3000公里的输电线路。到2030年，全球光热发电平均容量因子39%。
（7）2030～2050年：电力与燃料。光热发电与常规化石能源发电相比完全具备竞争力。到2050年，全球光热发电平均容量因子50%。与此同时，太阳能燃料逐渐进入世界能源供应体系。随着电力系统低碳化进程加速，沼气和太阳能燃料成为太阳能热电站主要的备用燃料。
【关键词】光热发电；发展方向；应用前景；开发建设
Analysis on Characteristics of Solar Photothermal Power Generation and Application Prospect
He Ya-li
（China Energy Construction Group Yunnan Electric Power Design Institute Co.， LtdKunmingYunnan650000）
【Abstract】Solar thermal power generation is the use of solar concentrator first solar radiation energy into heat， and then after a variety of ways to convert electricity to the technical form. From the principle of its power generation point of view， is a green energy green use， and solar energy resources are the world's most widely distributed， inexhaustible renewable energy. In this sense， solar thermal power generation technology for the sustainable economic and social development of mankind is of great significance. The future direction of photothermal power generation is to expand the size of a single project to improve the storage temperature， increase the capacity factor direction.
【Key words】Light and heat power generation；Development direction；Application prospect；Development and construction
1. 太阳能光热发电技术的战略地位
（1）光热发电是通过"光--热--功"的转化过程实现发电的一种技术。光热发电在原理上和传统的化石燃料电站类似，两者最大的区别在于输入的能源不同。光热发电利用能源为太阳能，通过聚光器将低密度的太阳能聚集成高密度的能量，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。
（2）太阳能热发电实质是太阳能热利用方式之一。从其发电原理上来看，是一种绿色能源的绿色利用方式，且太阳能资源是世界上分布最广泛的取之不尽、用之不竭的可再生能源。从这个意义上看，太阳能光热发电技术的发展对于人类经济社会可持续发展具有重要意义。
2. 太阳能光热发电技术的技术类型
（1）聚光光热发电是现今最具商业化利用前景的技术形式。根据聚光方式的不同，聚光光热发电可进一步分为点聚焦和线聚焦两大系统。其中，点聚焦系统主要包括塔式光热发电和碟式光热发电；线聚焦系统主要包括槽式光热发电和线性菲涅尔式光热发电（光热发电技术类型汇总表见表1）。
（2）光热发电系统通过常规机组并网，可按照电网要求输出有功和无功，在运行技术和管理经验等方面较为成熟，具有较好的电网友好性。
（3）光热发电通过传统电机并网，能够很好的解决谐波、三相电流不平衡和直流分量等问题。电网调度与经济运行问题：由于光热电站通常配置大容量储热装置，或与其他常规火电机组联合运行，克服了光伏发电的间歇性和波动性，可实现光热电站发电出力的平稳可控，接近常规机组性能，更易接受电网调度，并具备一定的调峰调频能力，减轻电网调峰调频压力。
（4）光热电站通过常规汽轮机或燃气轮机并网，具有一定的转动惯量和阻尼特性，具备按照电网要求向其提供有功和无功功率的能力，同时电网调度有较为丰富的常规机组运行控制和管理经验，有助于电网安全稳定运行。
（5）光热发电的规模化发展不仅能够作为调峰电源，为风电等间歇性电源提供辅助服务，而且随着未来技术的优化提升，大型光热电站完全有可能承担电力系统基础负荷。
3. 光热发电开发建设条件
3.1主要影响因素包括太阳法向直射辐射（DNI）、地形和土地、水资源等。
（1）太阳法向直射辐射强度。
根据国外的经验，DNI值在1800kWh/m2/y以上的地区适宜建设光热发电站。
（2）水资源。
根据美国能源部研究数据（2007），采用水冷技术时，碟式/斯特林发电约为0.0757立方米/MWh，塔式电站用水约为2.27立方米/MWh，槽式电站用水约为3.02立方米/MWh。槽式和塔式高于常规燃煤电站和联合循环天然气发电站。
可采用空冷技术减少用水量，约为0.299立方米/MWh，投资成本上升约7%～9%，发电量减少约5%。对塔式热发电运行成本的影响小于槽式热发电方式。 为减少运行成本，通常采用水冷/空冷混合制冷方式。以槽式热发电为例，采用这种方式可减少水耗50%，而发电量损失仅为1%左右。
（3）地形和土地。
光热发电站的建设需要考虑地形的因素，最好选择平坦广阔的土地，一是由于坡地会影响入射角而导致电站效率的变化，二是坡地会增加土地平整的成本。不同的
光热发电技术形式对地形的要求不尽相同。
3.2国外经验显示，槽式和线性菲涅尔式发电要求地面坡度在3%以下；塔式电站可以适合5%～7%以下的地面坡度。碟式由于单机规模较小，因此对坡度的要求更低。
3.3光热发电对土地面积要求较高，目前国际经验显示，建设一座50MW无储热的光热发电站（槽式或塔式）需要占地约1平方公里，一座30MW带6小时储热的光热发电站（槽式或塔式）电站同样需要1平方公里土地。
3.4适宜规模化发展地区多远离负荷中心。包括没有树木的大草原、矮树林、戈壁滩、荒漠地、废弃盐碱地和沙漠等。
4. 太阳能光热发电发展前景
（1）建造大容量太阳能热发电站是降低太阳能热发电成本的重要途径。
（2）在同样技术条件下，机组容量越大，单位kW的投资成本和年运行维护费用越低，机组本身的运行效率和电站辅助设备及管道系统的效率也越高，则电站综合效率明显提高。特别是对于塔式、槽式光热发电站，其发电成本与装机容量规模密切相关。
（3）将光热发电系统与常规火电厂联合运行，既可高效利用太阳能光热系统提供中低温和中低压的水蒸汽，又具有很高的发电系统综合效率，将成为今后较长一个时期内开发利用光热发电技术的重要发展趋势之一。
（4）槽式光热发电系统在中高温应用时成本较低，因此槽式光热发电系统与常规火电厂联合运行是今后首选发展方式。
（5）当电站规模较大或配备大容量储热系统时，塔式光热发电系统与常规火电厂联合运行也具有很好的技术经济性能。
（6）光热发电存在"热"这种中间形式，可通过对热的综合利用提高能源利用效率，具体形式包括采暖制冷一体化、海水淡化等，进行综合利用，同时满足多种需求，对某些特殊地区，如边防海岛、沙漠等地区或灾区尤为有效。
（7）近年来一些科学家提出光热发电技术用于煤的气化与液化，形成气体或液体燃料，进行远距离的运输。
5. 未来发展展望
（1）到2025年，各种光热发电技术的成本都有显著下降。
（2）为了降低成本，槽式发电将向更为简单的系统发展。
（3）从技术类型来看，由于塔式发电在技术进步和效率提升方面具有很大潜力，预计在未来5年内成本将快速下降。
（4）随着储热长达15小时的GemaSolar熔融盐塔式电站（19.9MW）投入商业化运行，预计在2013 年左右，塔式发电的度电成本有望低于槽式发电。
（5）未来光热发电的发展方向是扩大单个项目规模、提高储热温度、增加容量因子。2010～2020年：承担腰荷和峰荷。储热技术进一步发展，但是只能承担腰荷和峰荷。需要建设专用输电线路，将光热发电输送至负荷中心。到2020年，全球光热发电平均容量因子为32%。
（6）2020～2030年：承担基荷与碳减排任务。光热发电在承担基荷方面与燃煤发电相比具有竞争力。大多数国家的激励政策将逐步退出。2010年后建设的项目将在这一阶段收回投资成本，进入高盈利时期。需要建设3000公里的输电线路。到2030年，全球光热发电平均容量因子39%。
（7）2030～2050年：电力与燃料。光热发电与常规化石能源发电相比完全具备竞争力。到2050年，全球光热发电平均容量因子50%。与此同时，太阳能燃料逐渐进入世界能源供应体系。随着电力系统低碳化进程加速，沼气和太阳能燃料成为太阳能热电站主要的备用燃料。