成本是光伏發電3-4倍 光熱發電靠譜嗎?

北極星太陽能光伏網訊:說起太陽能發電，想必大家已然不陌生，小到路邊裝有太陽能電池板的路燈，大到大型的太陽能發電站，都有太陽能發電的身影。只不過，這些太陽能發電項目多數是光伏發電，除了太陽能光伏外，還有一種利用太陽能轉化為電能的方式——太陽能光熱發電。

（一）什麼是太陽能光熱發電？

太陽能光熱發電，是將比較集中的太陽光能通過傳遞介質轉化為熱能，然後再轉化為電能的技術。一般光熱發電系統可以分成四部分：集熱系統、熱傳輸系統、蓄熱與熱交換系統、發電系統。

集熱系統，顧名思義就是聚集太陽能，並將太陽能轉換為熱能，簡而言之就是利用太陽把集熱工質（編者註：工質即實現熱能和機械能相互轉化的媒介物質）「烤熱」。熱傳輸系統，是通過泵等設備將工質輸送給蓄熱系統或熱交換系統，傳輸過程就是一個字：「快」，以免工質「涼」下來。蓄熱和熱交換系統，相當於一個「大電池」和一座「燒火爐」。

蓄熱系統將送來的熱量存儲下來，熱交換系統將工質（一般是水）「燒開」成蒸汽，來推動汽輪機旋轉。發電系統則類似常規火力發電系統，蒸汽驅動汽輪機，再帶動發電機發電。

所以，太陽能光熱發電經歷了四步能量轉換過程：光能——熱能（存起來或者發電）——機械能（汽輪機轉動）——電能。

光熱發電四大系統

光熱發電按所加熱介質的溫度高低分為高溫發電和低溫發電。高溫太陽能光熱發電都是採用以水蒸氣為介質的朗肯循環。而低溫太陽能發電是以低沸點有機物為工質的朗肯循環。

朗肯循環

目前國際上光熱發電的主流形式為高溫光熱發電，又可以根據集熱形式不同分為塔式、槽式、碟式等種類。

塔式系統利用多臺平面反射鏡（稱為定光鏡），將太陽光反射到中心高塔頂部的接收器上（下方左側圖中發光的部分），並轉換成熱能傳給工質。

槽式系統的聚光鏡為槽型拋物面，一般成串使用，細長型的管狀集熱器被固定在聚光鏡的焦點線上，工質在集熱管內被加熱。目前，國際上已投運或在建的光熱發電站中，槽式光熱發電系統較多。

碟式光熱發電是利用旋轉拋物面聚光鏡將太陽光聚集在集熱器上，集熱器內的工質被加熱從而驅動發電機做功發電的一種發電方式，是目前發電效率最高的，可達30%。

塔式、槽式、碟式光熱發電

（二）塔式、槽式、碟式，三種技術路線大PK

上文提到了光熱發電的三大主流形式——塔式、槽式、碟式系統。下面我們來一探究竟。

1、塔式光熱發電系統

塔式系統的聚光鏡一般是定日鏡群（編者註：定日鏡即將太陽或其他天體的光線反射到固定方向的光學裝置），將陽光聚集到一個固定在接收塔頂部的接收器上，接收器上的吸熱器吸收由定日鏡系統反射來的高熱流密度輻射能。

目前，國內外採用的定日鏡大多是鏡表面具有微小弧度的平凹面鏡。和其他兩種不同的是，塔式系統可通過熔鹽儲熱，具有聚光比高、工作溫度高、熱傳遞路程短、熱損耗少、系統綜合效率高等特點，可實現高精度、大容量、連續發電，適合大規模併網發電。

2、槽式光熱發電系統

槽式系統因為聚光鏡為槽式拋物面，所以太陽光會聚焦在一條直線上，即焦線。在這條焦線上安裝管狀太陽能集熱器，用來吸收聚焦後的太陽輻射能。

其關鍵技術在於聚光鏡的生產製造，以及兩個方面的控制，一個是自動跟蹤控制，使得槽式聚光器時刻對準太陽，以保證最大限度的吸收太陽能，據統計跟蹤比非跟蹤所獲得的能量要高出37.7%。另外一個是傳熱液體迴路的溫度與壓力控制。

槽式系統聚光後溫度可達到400°C左右。

槽式系統原理圖

3、碟式光熱發電系統

碟式系統為點聚焦，於焦點處的太陽能接收器收集高溫熱能，加熱工質，驅動發電機組，或在焦點處直接放置太陽能斯特林發電裝置。這種系統具有壽命長、效率高、靈活性強等特點，可以獨立運行，非常適合作為邊遠地區的小型電源使用。

一般碟式太陽能熱發電功率為10.25kW，聚光鏡直徑為5.10米。

小型碟式光熱發電裝置

綜合對比三種技術路線，塔式在大規模發電中最具有發展潛力，但是前期單位投資過大且降低造價很難，缺乏大規模發電裝置運行的實際經驗；

槽式系統結構相對簡單、技術較為成熟，商業化運營經驗豐富，仍是當前光熱發電的主流路線，但其聚光比小、系統工作溫度低、核心部件真空管技術尚未成熟、吸熱管表面選擇性塗層性能不穩定等問題仍舊存在；

碟式的熱效率最高，結構緊湊、安裝方便，非常適合分布式小規模能源系統，但斯特林熱機關鍵技術難度大，目前仍處於試驗示範階段。

三種技術路線比較（2013年）

（三）都是利用太陽能，光伏發電和光熱發電有啥不一樣？

光伏發電的原理稱為「光生伏特」，就是當太陽光照射到太陽能電池上時，電池吸收光能，在電池的兩端出現異號電荷積累，即產生電壓，引出電極並接上負載，就產生電流。

光伏電池發電原理與光伏電站系統圖

所以，除了來源都是太陽，光伏發電和光熱發電完全是兩碼事。但是它倆經常被放在一起比較，看看誰更厲害。我們今天也來比一比，首先看光伏發電，主要優勢有：

（1）基本不受地域影響，理論上只要太陽能照到就能裝；

（2）不消耗化石能源，無汙染，零噪聲；

（3）發電過程簡單，直接從光能轉變成電能，沒有中間環節；

（4）佔用土地少，如果裝在房頂上，佔地基本為零；

（5）結構簡單，便於搭建，維護成本低。

當然，光伏發電的劣勢也很明顯：

（1）陰天、晚上沒有功率輸出；

（2）因為沒有中間環節導致電能儲存成本高，限制了接入電網的規模；

（3）目前和火電相比效率還是比較低，光伏轉換效率不足20%。

再來看光熱發電，它最大的優勢就是有中間環節，因為有熱能作為中間能源，就具有了三大優勢：

（1）能源存儲成本大大降低，熱能存儲技術成熟度遠高於電能存儲；

（2）隨之帶來的發電可調度性很高，這一點就很類似火電站了，可以隨時根據負荷調整發電量，平滑地輸出功率；

（3）因為可以平滑輸出，就具備了作為電網旋轉備用和消峰填谷出力的可能，可相當於「快速火電機組+抽水蓄能機組」。

但是劣勢也很明顯：

（1）地域性是硬傷，光熱發電對工作溫度要求高，需要直射光照，所以一般都建在沙漠裡；

（2）成本高昂，光熱發電的成本是常規能源發電成本的一倍以上，電站投資成本是光伏的4倍，太陽能流留密度低，需要大面積的光學反射裝置和昂貴的接收裝置將太陽能直接轉換為熱能，這一過程的投資成本佔整個電站投資的一半左右，這是導致光熱發電成本居高不下的最大原因；

（3）技術上仍舊不成熟，這點看商業化程度就可以知道了。

（四）光熱發電雖好，但投入實際使用仍任重道遠

光熱發電技術自上世紀50年代誕生至今，經歷了多個發展階段，截至2015年12月底，全球已建成投運的光熱電站接近5GW。

2006-2015年，全球太陽能熱發電累計裝機容量，數據來源：IRENA

這其中，西班牙在運光熱電站總裝機容量為2300MW，佔全球總裝機容量近一半，位居世界第一，美國總裝機量為1777MW，位列世界第二，兩者合計約佔全球光熱裝機的88%。

除這兩大光熱大國外，印度、南非、阿聯、阿爾及利亞、摩洛哥等國也在大力發展光熱太陽能技術，中國是世界上第8個掌握大規模光熱技術的國家。

截至2015年12月，各國在運太陽能光熱發電站裝機容量，數據來源：IRENA

光熱發電儘管原理簡單，其能量轉換環節卻比光伏發電複雜很多，涉及光學、熱學、電學、材料學、熱能工程等多個學科的交叉融合，對於不同技術路線，效率提升的障礙和路徑也有所不同，可以說推廣應用仍是任重道遠。

但是我們應該看到其發展的巨大前景：

1、與光伏電站、火電廠聯合發電，形成互補效應。在同一個發電區域內平衡光熱和光伏之間的電力生產和輸送，可消除光伏的間歇性問題，這兩大技術的結合從總體上可有效降低整體系統的發電成本。

2、建立分布式發電系統，解決偏遠山區供電問題，碟式系統最適合，但由於其發電技術還不成熟，目前多採用槽式發電系統。

有專業人士指出，國內企業進軍光熱發電市場，整體產業鏈已初步形成：五大電力公司先後跟進太陽能光熱發電。國內企業在光熱產業鏈上下遊元件生產方面高速成長，如大型塔式電站用定日鏡的能力和產能，兆瓦級太陽能塔式熱發電站已經試運行；槽式太陽能熱發電方面，已有300°C真空管，目前正在向450°C真空管邁進。

結語

與光伏發電相比，光熱發電能夠將太陽的熱量保存在工質中進行存儲，在陰天和晚上釋放出來，以實現連續發電，一年將有超過5000小時的滿發運行時間，可以在電網中作為一個基礎電源來承擔調節作用，可以說光熱發電的前景比光伏發電更好。

不過，前路漫漫，提高關鍵部件的性能、解決相關技術難題、降低商業成本，以及國家政策施行與法律法規的完善都是不容迴避的問題。

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