太陽能光熱發(fā)電與光伏發(fā)電對比分析

1、傳統(tǒng)的火力發(fā)電是通過燃燒，把化石中儲存的能量，轉(zhuǎn)化為熱能，再轉(zhuǎn)化為電能。而太陽能光熱發(fā)電則是通過數(shù)量眾多的反射鏡，將太陽的直射光聚焦采集，通過加熱水或者其他工作介質(zhì)，將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，然后利用與傳統(tǒng)的熱力循環(huán)一樣的過程，即形成高溫高壓的水蒸氣推動汽輪機工作，最終將熱能轉(zhuǎn)化成為電能，典型太陽能光熱發(fā)電熱力循環(huán)系統(tǒng)原理如圖所示。太陽能光熱發(fā)電熱力循環(huán)系統(tǒng)原理圖正是通過這樣的環(huán)節(jié)，太陽能光熱發(fā)電技術(shù)和傳統(tǒng)技術(shù)順利地集成在一起。由于火力發(fā)電技術(shù)早已非常成熟，從而降低了太陽能光熱發(fā)電整體技術(shù)開發(fā)的風險。中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)發(fā)布的指出：技術(shù)主要包括太陽能光伏發(fā)電和太陽能光熱發(fā)電兩種，光伏發(fā)電的原理是當太陽光照

2、射到上時，電池吸收光能，產(chǎn)生光生伏打效應，在電池的兩端出現(xiàn)異號電荷積累。若引出電極并接上負載，便有功率輸出。光伏發(fā)電是目前太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)的主流技術(shù)，較為成熟，國家已明確其上網(wǎng)電價（不同地區(qū)在1元/度范圍變化），發(fā)電成本也下降至元/度左右；光熱發(fā)電在我國發(fā)展時間較短，在太陽能聚光方法及設備、高溫傳熱儲熱、電站設計等集成以及控制方面，已經(jīng)取得實質(zhì)性進展，但商業(yè)化業(yè)績較小，上網(wǎng)電價政策尚未落實，發(fā)電成本也較高約為元/度左右。但太陽能光熱發(fā)電與光伏發(fā)電相比具有以下優(yōu)點：1）太陽能光熱發(fā)電輸出電力穩(wěn)定，電力具有可調(diào)節(jié)性，易于并網(wǎng)目前太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)可以通過增加儲熱單元或通過補燃或與常規(guī)火電聯(lián)合運行改善

3、出力特性。而受日光照射強度影響較大，上網(wǎng)后給電網(wǎng)帶來較大壓力，其發(fā)電形式獨特，和傳統(tǒng)電廠合并難度大。通過儲熱改善光熱發(fā)電出力特性（槽式和塔式光熱發(fā)電）。白天將多余熱量儲存，晚間再用儲存的熱量釋放發(fā)電，這樣可以實現(xiàn)光熱發(fā)電連續(xù)供電，保證電流穩(wěn)定，避免了光伏發(fā)電與風力發(fā)電難以解決的入網(wǎng)調(diào)峰問題。根據(jù)不同儲熱模式，可不同程度提高電站利用小時數(shù)和發(fā)電量，提高電站調(diào)節(jié)性能。通過補燃或與常規(guī)火電聯(lián)合運行改善光熱發(fā)電出力特性。太陽能熱可利用化石燃料補燃或與常規(guī)火電聯(lián)合運行，使其可以在晚上或連續(xù)陰天時持續(xù)發(fā)電，甚至可以以穩(wěn)定出力承擔基荷運行，從而使年發(fā)電利用得到7000小時左右。2）太陽能光熱發(fā)電無污染光熱發(fā)

4、電是清潔生產(chǎn)過程，基本采用物理手段進行光電能量轉(zhuǎn)換，對環(huán)境危害極小，太陽能光熱發(fā)電站全生命周期的CO2排放僅為1319g/kWh。而技術(shù)存在致命弱點為在生產(chǎn)過程中對環(huán)境的損耗較大，是高能耗、高污染的生產(chǎn)過程。業(yè)內(nèi)專家認為，太陽能電池在生命周期所能節(jié)約的能源與生產(chǎn)太陽能電池本身所要消耗的資源相比，并不經(jīng)濟。和光熱發(fā)電對比光熱發(fā)電原理利用太陽光中的可見光形成光電子。使用半導體吸附并形成電流，從而實現(xiàn)發(fā)電的過程。利用太陽光中的熱能轉(zhuǎn)化為動能，并使用汽輪機進一步轉(zhuǎn)化為電能實現(xiàn)發(fā)電的過程?？衫觅Y源60%30%發(fā)電成本元/度元/度上網(wǎng)電價1元/度無儲能系統(tǒng)使用電池進行電能儲存，使用壽命短、損耗大通過一些

5、介質(zhì)如熔融鹽、水等材料進行熱儲存，使用壽命長、損耗小每年發(fā)電小時數(shù)（小時）18002200儲能：5000不儲能：2000上下與傳統(tǒng)電廠合并不能能輸出電力特性不可改變可改變，調(diào)節(jié)生產(chǎn)過程清潔度高污染清潔轉(zhuǎn)化效率1020%1530%占地面積（m2/MW）25303540適用范圍適合小規(guī)模、分布式發(fā)電由于其與有著共性，同樣適合集中式大規(guī)模發(fā)電全球技術(shù)水平技術(shù)成熟應用技術(shù)已相對成熟全球產(chǎn)業(yè)化水平產(chǎn)業(yè)化程度很高產(chǎn)業(yè)化初步形成國內(nèi)產(chǎn)業(yè)化水平產(chǎn)業(yè)化程度很高未形成產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢技術(shù)和產(chǎn)業(yè)已相對成熟儲熱成本低且效率高，年發(fā)電小時數(shù)長，與其他發(fā)電可有效契合，是是最有條件逐步替代火電、擔當基礎電力負荷的新能源劣勢生產(chǎn)過

6、程中存在污染，且穩(wěn)定性不高對地理條件要求高資料來源：中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)整理根據(jù)聚光方式的不同，光熱發(fā)電技術(shù)主要分為：塔式、槽式、碟式和線性菲涅爾。其共同點是利用不同技術(shù)加熱工質(zhì)，再驅(qū)動汽輪機發(fā)電，也可以在轉(zhuǎn)成電能的環(huán)節(jié)上采用斯特林發(fā)動機。槽式和塔式光熱電站目前均已實現(xiàn)了大規(guī)模商業(yè)化運行，而碟式及線性菲涅爾式則分別處于系統(tǒng)示范階段。其中目前應用較為廣泛的三種光熱發(fā)電系統(tǒng)比較見下表。三種光熱發(fā)電系統(tǒng)比較槽式碟式塔式發(fā)電規(guī)模（MW）3015015030400運行溫度（°C）3204007502301200系統(tǒng)平均效率（）1525302035商業(yè)化狀態(tài)已商業(yè)化完成示范階段已商業(yè)化已建單機最大容量

7、280MW100KW133MW技術(shù)風險低高中等能量儲存可以電池可以，如熔鹽多燃料設計可以可以可以成本（$/W）成本（$/W）不考慮熱量的存儲占地規(guī)模大小中等應用可并網(wǎng)發(fā)電，中溫段、高溫段加熱小容量分散發(fā)電、邊遠地區(qū)獨立系統(tǒng)供電可并網(wǎng)發(fā)電，高溫段加熱缺點使用油作為傳熱介質(zhì)，限制了運行溫度，最高400C，只能產(chǎn)生中等品質(zhì)的蒸汽可靠性需要加強，預計大規(guī)模生產(chǎn)成本目標尚未達到性能、初期投資和商業(yè)化運行程度不夠資料來源：中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)整理1、槽式太陽能熱發(fā)電槽式太陽能集熱系統(tǒng)如下圖所示在太陽能集熱器上利用拋物線式反射板將太陽光聚焦到中心焦點線上。在對日跟蹤系統(tǒng)的作用下，陽光會被連續(xù)地聚集在焦點線位置的上

8、。在集熱管中流動的熱流體將熱量連續(xù)不斷地輸送到高壓蒸汽發(fā)生器中，通過換熱器進行熱量交換，產(chǎn)生熱蒸汽。若產(chǎn)生的蒸汽用于發(fā)電或供熱，則熱蒸汽做功或放熱完成后經(jīng)過壓縮冷凝回流到熱蒸汽發(fā)生器中，再次被加熱成為閉環(huán)系統(tǒng)不斷循環(huán)的熱蒸汽；若生產(chǎn)的蒸汽是用于其它生產(chǎn)工藝并被消耗，則需補水。同時，通過熱交換器后的熱介質(zhì)流體也將返回到集熱場中再次被加熱。為了在太陽能不足時仍能生產(chǎn)蒸汽，可在系統(tǒng)中放置儲熱罐，存儲富余的能量，在太陽能不足時對系統(tǒng)進行補給，從而加大太陽能的利用效率。2、碟式太陽能熱發(fā)電碟式又稱盤式，其主要技術(shù)特征是采用盤狀拋物面聚光集熱器，它也是一種點聚焦集熱器，其聚光比可以高達數(shù)百倍到數(shù)千倍，因而

9、可以產(chǎn)生非常高的溫度。在其接收器上安裝熱電轉(zhuǎn)換裝置，比如斯特林發(fā)動機或朗肯循環(huán)熱機等，從而將直接轉(zhuǎn)換成電能。可以單臺使用或多臺并聯(lián)使用，適宜小規(guī)模發(fā)電，所以比較適合偏遠山區(qū)遠離電網(wǎng)地區(qū)，進行分布式離網(wǎng)供電。碟式光熱發(fā)電站示意圖3、菲涅爾式集熱發(fā)電菲涅爾式集熱系統(tǒng)如圖8所示，1990年澳大利亞科學家在總結(jié)了槽式和塔式的經(jīng)驗基礎上，提出了緊湊線性菲涅爾反射聚光器和蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的構(gòu)想，并于2002年由德國FRAUNHOFER設計，比利時索拉門多公司制作了5000m2的菲涅爾（Fresnel）太陽能聚光器。相比較槽式，這套系統(tǒng)的一個關(guān)鍵優(yōu)勢就在于菲涅爾的聚焦比大，可以獲得比較高的溫度，每平米鏡面所需要

10、的基礎和電機很少，系統(tǒng)通過使用標準的平面鏡代替需要特殊方法加工的曲面反射鏡，讓所有的鏡子貼近地面，降低風載和鋼的使用，從而降低成本。菲涅爾式太陽能光熱發(fā)電站基本原理圖4、塔式太陽能熱發(fā)電塔式系統(tǒng)如下圖所示，具有規(guī)模大、熱傳遞路程短、熱損耗小、聚光比和溫度較高等特點，是幾種光熱發(fā)電系統(tǒng)中可達到發(fā)電成本最低的一種。它利用眾多定日鏡形成的定日鏡場陣列，將太陽輻射反射到置于高塔頂部的吸熱器上，加熱吸熱工質(zhì)使其直接產(chǎn)生蒸汽或者換熱后再產(chǎn)生蒸汽，以此驅(qū)動汽輪機帶動，從而將太陽能轉(zhuǎn)換為電能。整個系統(tǒng)主要由4大基本部分構(gòu)成：聚光系統(tǒng)、吸熱系統(tǒng)、儲熱系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)。塔式光熱發(fā)電站基本原理圖目前，槽式和塔式光熱發(fā)

11、電已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化，菲涅爾和碟式技術(shù)所占的份額依舊很少，短期看也沒有出現(xiàn)大跨步發(fā)展的跡象。世界范圍內(nèi)槽式光熱發(fā)電系統(tǒng)占比最高，因為塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)的初始投資高、碟式發(fā)電系統(tǒng)能量儲存困難。但塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)綜合效率高，非常適合于大規(guī)模、大容量商業(yè)化應用，在規(guī)劃建設的光熱電站項目中塔式所占的比例已經(jīng)超出了槽式技術(shù)。我們認為，未來塔式光熱發(fā)電技術(shù)將是光熱發(fā)電的主要技術(shù)流派。四種光熱發(fā)電技術(shù)的裝機比例統(tǒng)計（截至2013年3月份）類別槽式塔式菲涅爾碟式已建成%在建%計劃建設%合計%現(xiàn)階段被廣泛商業(yè)化運行的槽式聚光系統(tǒng)多為管桁架式，耗用的鋼材多，自重大，成本高，加之是單軸跟蹤，聚光比低，光熱轉(zhuǎn)換效率低。而碟

12、式聚光系統(tǒng)雖然具有較高的光學效率和較低的跟蹤誤差，并采用了高效率的集熱器，從而具有較高的熱電轉(zhuǎn)換效率等這些優(yōu)點。但是在增大聚光面積時，增加了支撐架體設計難度，由于抗風等級的要求導致用鋼量大幅度提高，造成系統(tǒng)成本增加。作為線性菲涅爾聚光系統(tǒng)，雖然建設和維護成本相對來說低廉，但其普遍存在遮擋和陰影問題，造成系統(tǒng)效率低，聚光倍數(shù)只有數(shù)十倍。導熱管路上能量損失問題也是線性菲涅爾集熱器上不容忽視的問題。相比上述不足，秦皇島瑜陽光能科技有限公司的復合碟作為一種新型聚光系統(tǒng)，具有以下優(yōu)點：（1）焦點固定設計（即系統(tǒng)集熱裝置固定）一一具有塔式焦點不移動的特點。本發(fā)明降低了太陽能聚光系統(tǒng)接收器的設計難度，解決其它系統(tǒng)中普遍存在的管路安裝困難的問題。(2)高精度雙軸跟蹤，高倍點聚焦設計一一可實現(xiàn)高溫利用。(3)優(yōu)化布置反射鏡場和接收器形式一一解決了線性菲涅耳反射鏡式集熱系統(tǒng)普遍存在遮擋和陰影問題。(4) 低矮型設計一一抗風效果好，結(jié)構(gòu)簡單，耗材量小，安裝方便，節(jié)約建設成本。(5) 集熱核心部件石墨柱的應用一一采用導熱性好，耐腐蝕，化學性質(zhì)穩(wěn)定的石墨柱，直插式的方式將集熱器與導熱儲能裝置融為一體。秦皇島東陽科技有限公司是專業(yè)研發(fā)太陽能光熱產(chǎn)品的高新技術(shù)企業(yè)，在2014年依托秦皇島瑜陽光能科技有限公司共同完成太陽能跟蹤伺服機構(gòu)的研究并取得成功，并