太阳能热发电正成为世界范围内可再生能源领域的投资热点。在中国，太阳能光热发电刚刚起步，但由于其成本高、效率低和规模小等限制，当前太阳能热利用率仅占我国一次能源供应的1%。对此，中科院工程热物理研究所金红光研究员认为，太阳能热利用要突破瓶颈，有效提高在一次能源利用中的比重和实现国家节能减排目标，大力发展适合我国特点的中低温太阳能互补发电技术是必然之路。
太阳能高温发电存在瓶颈
太阳能热发电主要有槽式聚焦系统、塔式聚焦系统、碟式聚焦系统和反射菲涅尔聚焦系统等4种方式。目前已经商业化运行的主要是槽式和塔式。在光电效率方面，除了碟式达到30%以上，其他3种基本为15%左右。
目前，制约太阳能热发电发展的主要技术障碍是聚光成本较高，在不稳定太阳辐照下的系统光学效率和热功转换效率低和太阳能发电规模难以实现突破。
“这些太阳能光热发电技术并未完全成熟。”金红光告诉《科学时报》，太阳能高温发电的核心技术尚未掌握，引进国外技术和照搬国外模式需付出巨额的经济代价，聚光装置和蓄能部件、复杂而昂贵（聚光占总投资成本的48%~58%，蓄能占20%）。同时，通过聚集高达800℃~900℃的高温太阳热，产生300℃左右的低温、低压蒸汽发电，造成500℃~600℃巨大温差的太阳辐射热浪费，因此年平均发电效率仅为10%~12%，效率较低。
这些聚光集热式太阳能发电技术，在某些应用领域各具优势，但没有一种技术能在所有领域独占鳌头。在这些技术成本的相对竞争中，将会出现一些重大创新和变化。
太阳能中低温发电新思路
相对于目前聚集高温热发电的单一太阳能发电模式，金红光提出的“中低温太阳能互补发电技术”具有其独特的优势。
据介绍，这项技术基于国内已成熟的“中低温太阳能技术”，通过采用低聚光比抛物槽式太阳能集热器，产生500 ℃以下的太阳热，并与火电站发电技术及燃料转化发电技术等匹配共建，实现能源互补利用。
值得一提的是，这项技术可以应用于更新改造部分中小火电站。聚集300℃以下的中低温太阳能替代部分或全部火电站的回热系统的蒸汽抽汽，一方面使汽轮机增容、节约煤耗，另一方面，充分利用中低温太阳热与高压、高参数的汽轮机技术相结合，可使太阳能热发电单机达到几十万千瓦的容量。
面对中国9亿千瓦/年的火电总装机容量，这项技术显然具有其特殊的意义。
倘若用这项技术改造三成的中小火电，初步估算，每年可节约3685万吨标煤，以2009年煤价780元/吨考虑，年经济效益可达287亿元。
“这项技术的优势在于能使太阳能聚能蓄能部件成本投入降低90%左右的同时大幅度提高太阳能热转化效率和单机容量。而且能够大幅度提高火力发电和化石能源转化效率，降低煤耗。”金红光告诉《科学时报》。
建立太阳能与化石能源互补基地
继2006年金红光团队在北京通州建成15千瓦试验台之后，这项技术已经获得国内大型电力企业的高度关注。据介绍，与华电集团合作建设的200千瓦装置正在建设中。
这项技术同时得到了国际同行的高度评价，ASME Solar Energy Technology杂志前主编、瑞士苏黎世工学院A. Steinfeld 教授评价道：“对太阳能高效利用是一个重要的研究领域，这原创性地建立了评价太阳能中低温利用过程的理论框架。”
这种以中低温太阳能燃料转化为核心的发电系统的优势在于：一是将聚集的中低温太阳能提升到高品质燃料化学能的形式，不再拘泥于简单的热利用，实现了中低温太阳能与化石燃料的梯级利用；二是中低温太阳能燃料可通过燃烧产生高温燃气的方式推动热机做功，可使太阳能热发电效率达到35%，同时设施占地面积减少40%~60%、投资成本降低40%~50%，将是太阳能热发电技术的重大突破和变革。
对于这项技术的应用前景，金红光充满信心。他告诉记者：“我国新疆、内蒙古等西部地拥有丰富的太阳能资源，同时煤炭资源又占全国煤炭资源总量约90%。在我国西部地区建立数千万千瓦级大型太阳能与化石能源互补的综合基地，将煤基多联产与太阳能燃料转化技术结合，规模化生产清洁燃料或制氢、发电，再将其输送到东部，从而形成全国新型能源网络，不仅可以大力增加太阳能热利用在我国能源结构的使用比率，而且会对未来太阳能热发电技术发展起到历史性转变作用。”
“从长远来看，太阳能高温发电技术会成为主流，但目前来看，太阳能中低温发电技术是符合我国中短期需求的实用技术。”金红光说。
