太阳能光热发电：在中国可再生能源竞争中前景如何？

中国太阳能和风能资源丰富地区远离用电负荷中心、风电和光伏过快增长以及其电能品质自身具有波动性的问题，使得各地弃风、弃光问题日益突出。于是，曾经由于成本过高而被市场唾弃的太阳能热发电，如今再次成为市场热点。那么，在与激烈的可再生能源竞争中，太阳能光热发电乃英雄尔？

太阳能热发电基本原理

我们绝大多数人都有过这样的经历，在太阳光低下利用凸透镜聚焦点燃木材、纸张或者香烟，这其实就是太阳能高温利用最简单的例子。对太阳能进行大规模的聚焦，即可收集起来产生高温热能，热能转换为工质的内能、利用内能驱动机械做功，即可实现发电。这就是太阳能热发电的基本原理。

我们知道，热机是指各种利用内能做功的机械，按照不同的分类方式有内燃机和外燃机，蒸汽轮机、燃气轮机和斯特林机等。就太阳能热发电系统来说，根据聚光系统所采用的聚焦方式，分为线聚焦和点聚焦两种。线聚焦又分为槽式和菲涅耳式两种，点聚焦分为塔式和碟式两种。目前，通常的聚光系统聚焦倍数10-1000倍，加热工质温度可到400℃（导热油）、560℃（熔融盐），甚至接近1000℃（金属、空气、二氧化碳、氦气、氢气等）左右，利用聚光太阳能把工质加热到高温，理论上可以实现所有的热力循环，包括卡诺循环、布伦顿循环和斯特林循环等。由于聚光系统是太阳能热发电站的主要特点，因而人们通常称为槽式、菲涅耳式、塔式和碟式太阳能热发电４种方式。

从能量转换的角度来看，太阳能热发电站主要包括光热转换和热功转换两个过程。光热转换通过聚光系统和吸热系统实现，热功转换通过热机实现。相比其它发电站形式，太阳能热发电站的主要特点有：

1、只利用太阳能辐射的直射辐射部分。根据不同的气候环境，太阳能直射辐射通常占总辐射的比例50-90％。

2、大规模聚光系统。小到百平方米量级，大至万平方米量级。太阳能热发电站目前只能大规模利用（碟式斯特林太阳能发电以百平方米量级的聚光器为模块），聚光系统占地面积通常以平方公里计。

3、存储和传输工质的管道具有较大热惯性。由于管道具有热惯性，即使不采用储热，其发电的电力品质也比较平稳。

4、储热和补燃。太阳能热发电站可以广泛利用储热和化石能源补燃的技术。储热会使电站增加10-15%的成本。

相比当下如火如荼的光伏和风电，太阳能热发电最大的优势就是电力波动相对较小，这是由于太阳能热发电站系统较大的热惯性（英文Thermalinertia，是指物体由于具有热容，当其所处环境温度瞬间变化时，物体自身的温度变化具有滞后性）、可采用储热（利用大型储热罐和储热介质把热量存储起来。这相当于进一步增大了太阳能热发电站的热惯性）和补燃的原因。热发电站系统自身的热惯性能消除太阳辐照分钟级的波动，而采用储热能消除十分钟至几小时级的波动。电力品质相对平稳是太阳能热发电的最大优势。然而，优势是否会成为胜势呢？先看下面分析。

太阳能热发电站的成本及下降空间分析

下图显示了槽式和塔式太阳能热发电站的成本构成。

图1 太阳能热发电站的成本构成

需要说明的是，太阳能热发电站的成本与其规模、所采用技术途径、储热时间及是否有补燃等因素有重要关系。但可以肯定的是，聚光系统占整个电站成本的40％左右。太阳能热发电站的管路、控制系统和发电系统的成本，与现有化石能源电站相应设备的成本基本相同。由于太阳能热发电站热源的间歇性，其对热机的要求更高。因而，这部分设备成本的下降空间十分有限。综上，太阳能热发电站聚光场的成本几乎完全决定太阳能热发电的成本。那么，太阳能热发电站聚光场的成本如何呢？请看下面分析。