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光热发电的真相 一文尽知“发家事”

来源:无所不能发布时间:2015-12-03 15:26:08作者:吴治永

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。

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。

 

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