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張建城：多模式槽式太陽能光熱發電技術

發布者：張建城 | 來源：CSPPLAZA光熱發電網 | 1評論 | 11624查看 | 2012-07-06 18:22:00

槽式太陽能熱發技術可以有多種動力模式選擇，其原因在于槽式聚光裝置可提供100度至500度中高溫熱源，可為不同類型的動力機提供熱源，可以實現熱儲能。目前主要有以下幾種：

一、槽式太陽能蒸汽朗肯循環熱發電技術

槽式太陽能蒸汽朗肯循環熱發電和燃煤熱發電技術除了熱源獲取方式和熱能存儲不同外，其余完全相同。槽式太陽能熱發電根據循環介質可進一步區分為：

1、槽式太陽能蒸汽朗肯循環熱發電技術

1）導熱油換熱、熔鹽儲熱技術

西班牙安達索太陽能熱發電站是歐洲首個槽式電站。安達索1號于2009年3月上網。由于該電站地處高海拔（1100米）和半干旱地區，每年可獲得2200千瓦時/平方米的直接輻射值。該電站共計3個，每個規模為50兆瓦，共計150MW，具有7.5小時熔鹽儲能設施，總占地約200公頃，可為20多萬人提供電力。該電站列入歐盟科技創新計劃給予資助，開創了歐洲建立商業太陽能熱發電站之先河。具有標志性。

目前國際在建的槽式太陽能熱發電站幾乎全部采用該技術，這是目前唯一經過實際考驗證明可以實現工業化發電的太陽能熱發電技術。

2）、熔鹽換熱儲熱發電技術

意大利阿基米德公司5兆瓦太陽能試驗熱電廠首次使用熔鹽作為傳熱流體在西西里島啟動。這是世界第一個采用太陽能和熔鹽循環與燃汽發電互補的發電廠。工質溫度在400-550度。同時可以儲存多達數小時的太陽熱量。技術可行性已被ENEA公司證實。其弱點是為防止熔鹽凝固而造成整個系統癱瘓，必須與石化能源或其他能源互補。美國Halotechnics公司2009年接手美國桑迪亞實驗室技術成果，開發新型熔鹽，結晶點溫度65℃，氣化溫度500 ℃。計劃2011年完成中試，2012年實現產業化。預計該技術將對CSP技術發展產生重要影響。

二）槽式太陽能直接蒸汽DSG熱發電技術

1、直接蒸汽發電Direct Steam Generation（DSG)

該技術是通過太陽輻射和聚光直接產生蒸汽用于驅動汽輪發電機發電。

DSG實驗已經在PSA進行多年，但始終沒有工業化。 2011年3月31日德國航空航天中心DLR和西班牙公用事業公司Endesa在位于西班牙南部的Carboneras開展了太陽能直接蒸汽發電和能量儲存試驗。這個設施的亮點是建立了一個有效的儲能新系統。參加試驗的企業有Flagsol GmbH，MAN-Ferrostaal，Senior Bergh?fer GmbH，SCHOTT Solar CSP GmbH， Milenio Solar S.A. and Ed. Züblin AG. 。

2011年12月世界第一座商業化5MW直接蒸汽（DSG）槽式太陽能熱發電站在泰國北碧府投入使用。德國航天航空中心（DLR）和德國Solarlite公司提供技術，由泰國太陽能公司（TSE）投資和經營管理。該電站標志著試驗多年的直接蒸汽發電即DSG技術正式進入商業應用階段，預示槽式太陽能熱發電將大幅度降低建造成本和發電成本。具有里程碑意義。

經實驗研究證明，由于DSG裝置的集熱和發電配置比較簡單，DSG技術具有明顯優勢：

建立一個50兆瓦的CSP廠，投資總費用可減少15%左右，電力成本可降低10-13%。

由于DSG技術允許有更高的工作溫度，因此可提高熱轉換效率4%，同時降低流體循環熱損失。

由于不再使用帶有危險性的HTFs（導熱油），因此可降低環境風險。

由于換熱可不依賴于HTFs和熱交換器，蒸汽直接蓄熱具有了商業可行性，進而可進一步擴大PT存儲容量。

2、與化石能源互補熱發電技術模式

美國Xcel能源的首個10兆瓦太陽能與30兆瓦煤電混合電廠2010年在科羅拉多州正式運營。該電站是美國能源部科技創新計劃的一部分，由阿本格美國公司承擔。旨在提高熱電效率，減少煤炭使用，降低二氧化碳排放量，開發新一代聚光器，測試太陽能熱發電與燃煤發電互補的商業可行性。該項目預計將減少電廠大約百分之二，三的煤炭使用量，規模擴大后減少百分之十。（實驗裝置為8個“鳳凰槽”陣列）

3、熱儲能技術

實現熱儲能的關鍵在于儲熱媒介，已經商業應用的技術是熔鹽儲熱。西班牙安達索1號采用硝酸鉀和硝酸鈉的混合物，結晶點230度，氣化點680度。使用熔鹽28500噸，滿足7.5小時無日照運行。一般的儲能罐采用兩個罐，其中一個為冷罐，一個為熱罐。最新技術采用單罐躍層存儲。

二、槽式太陽能中低溫有機朗肯（ORC）熱發電技術

美國可再生能源研究室NREL在2006年3月SR-550-39433報告中對2000年-2005年有關槽式太陽能有機朗肯（ORC）電力系統優化和經濟學研究作了總結，然而發展至今，槽式太陽能有機朗肯熱發電技術并沒有突破性進展，其關鍵在于近幾年出現的各種槽式太陽能有機朗肯（ORC）熱發電裝置所采用的技術路線幾乎和地熱發電完全相同，其儲熱也只是簡單的接入，沒有將有機朗肯（ORC）熱發電技術適應中低溫工況和槽式太陽能熱發電具有儲能的優勢給予有機結合，因此槽式太陽能有機朗肯（ORC）熱發電還不能實現大規模裝機。

三、槽式太陽能中低溫斯特林熱發電技術

近年來斯特林熱發電技術有了新的發展，以氦氣為熱膨脹工質的新型中低溫斯特林發電機的出現，改寫了斯特林技術只適用于高溫的歷史。線性斯特林發電機和雙缸、四缸機均可以在200-350度工況條件下工作，單機功率達1-30KW，效率達20-30%。廣泛應用在家用燃氣爐、生物質發電領域。

實現槽式聚光和斯特林發電優勢互補

槽式太陽能可以儲能，中低溫斯特林發電不消耗水。槽式聚光、儲能與斯特林發電一體化實現多能源互補，實現全天候發電，延長發電時數、降低槽式太陽能熱發電制造和發電成本，創造同化石能源競爭的有利條件，實現能源替代。

本文根據太陽能熱發電專家張建城的演講錄音整理。

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