太阳能热发电系统的研究开发现状_刘静静

第 ３ ３ 卷第 ６ 期２ ０ １ ２ 年 １ ２ 月 电力与能源太阳能热发电系统的研究开发现状刘静静 １ ， 杨帆 １ ， 金以明 ２（ １ ． 东南大学 能源与环境学院 ， 南京 ２ １ ０ ０ ９ ６ ）（ ２ ． 东南大学 图书馆 ， 南京 ２ １ ０ ０ ９ ６ ）摘 要 太阳能热发电是一种很有发 展 前 景 的 大 规 模 太 阳 能 利 用 技 术 。 介 绍 和 分 析 了 国 内 外 塔 式 、 槽 式 、 碟式等太阳能热发电技术的研究状况 ， 分析了这些技术的优缺点以及一些改进方案 。 结合我国国情 ， 指出了 我国太阳能热发电所面临的问题及挑战 ； 根据我国可再生能源发展规划 ， 分析了我国太阳能热发电技术的发展前景 。关键词 太阳能热发电 ； 槽式系统 ； 塔式系统 ； 碟式系统基金项目 东南大学国家 Ｓ Ｒ Ｔ Ｐ 项目 （ ９ １ ０ ２ ８ ６ ０ ９ ） ； 教育部博士点新教师基金 （ ２ ０ ０ ９ ０ ０ ９ ２ １ ２ ０ ０ ０ ８ ） ； 东南大学新进博士教师基金 （ ９ ２ ０ ３ ０ ０ ０ ０ １ ６ ）中图分类号 Ｔ Ｋ ５ １ ４ 文献标志码 Ａ 文章编号 ２ ０ ９ ５ － １ ２ ５ ６ （ ２ ０ １ ２ ） ０ ６ － ０ ５ ７ ３ － ０ ４Ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ Ｓ ｉ ｔ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｎ ｄ Ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｓ ｏ ｌ ａ ｒ Ｔ ｈ ｅ ｒ ｍ ａ ｌＰ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍＬ ｉ ｕ Ｊ ｉ ｎ ｇ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ， Ｙ ａ ｎ ｇ Ｆ ａ ｎ １ ， Ｊ ｉ ｎ Ｙ ｉ ｍ ｉ ｎ ｇ ２（ １ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ， Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ ｅ ａ ｓ ｔ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｎ ａ ｎ Ｊ ｉ ｎ ｇ ２ １ ０ ０ ９ ６ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）（ ２ ． Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ ｅ ａ ｓ ｔ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ Ｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｒ ｙ ， Ｎ ａ ｎ Ｊ ｉ ｎ ｇ ２ １ ０ ０ ９ ６ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍ ａ ｌ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｉ ｓ ａ ｐ ｒ ｏ ｍ ｉ ｓ ｉ ｎ ｇ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｔ ｏ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ａ ｎ ｄ ｕ ｔ ｉ ｌ ｉ ｚ ｅ ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｉ ｎａ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｓ ｔ ｙ ｌ ｅ ． Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｓ ｉ ｔ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍ ａ ｌ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ， Ｔ ｈ ｅ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ － ｔ ｏ ｗ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｔ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ － ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ａ ｎ ｄｄ ｉ ｓ ｈ － ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｓ ａ ｒ ｅ ｂ ｒ ｉ ｅ ｆ ｌ ｙ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ， ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｉ ｒ ｄ ｏ ｍ ｅ ｓ ｔ ｉ ｃ ａ ｎ ｄ ｆ ｏ ｒ ｅ ｉ ｇ ｎ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｓ ｉ ｔ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙｉ ｍ ｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｉ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ．Ｆ ｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｙ ， ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｄ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｔ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｏ ｕ ｒ ｃ ｏ ｕ ｎ ｔ ｒ ｙ ， ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｌ ｌ ｅ ｎ ｇ ｅ ｆ ｏ ｒ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｓ ｏ ｌ ａ ｒｔ ｈ ｅ ｒ ｍ ａ ｌ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｅ ｄ ． Ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ ｐ ｌ ａ ｎ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｎ ｅ ｗ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｐ ｏ ｌ ｉ ｃ ｙ ｉ ｓ ｇ ｉ ｖ ｅ ｎ ．Ｋ ｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ Ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ； Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ － ｔ ｏ ｗ ｅ ｒ ； Ｔ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ － ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ； Ｄ ｉ ｓ ｈ － ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ太 阳 能 热 发 电 有 聚 焦 式 和 非 聚 焦 式 两 种 非聚焦类 直 接 把 太 阳 能 转 化 热 能 发 电 ， 目 前 有太阳能真 空 管 发 电 、 太 阳 能 热 气 流 发 电 和 太 阳能热池发电等 ， 不 过 这 些 技 术 还 在 研 究 阶 段 ， 技术还很不 成 熟 ， 要 实 际 应 用 还 需 要 解 决 许 多 难题 ； 聚焦式 太 阳 能 热 发 电 利 用 聚 光 器 将 太 阳 能转化为高 密 度 的 能 量 ， 作 为 高 温 热 源 直 接 或 者间接加热 给 水 ， 生 成 高 温 高 压 蒸 汽 推 动 发 电 机组发电 ， 可以充分 利 用 传 统 发 电 技 术 ， 技 术 相 对成熟 ， 开发 利 用 项 目 的 技 术 可 行 性 和 经 济 可 行性也更 好 ， 因 此 受 到 更 多 的 关 注 。 本 文 将 主 要讨论聚焦 类 太 阳 能 热 发 电 技 术 ， 特 别 是 技 术 比较成熟的 塔 式 、 槽 式 和 碟 式 三 种 聚 焦 式 太 阳 能热发电技术 ［ １ － ３ ］ ， 评 价 这 些 技 术 的 优 势 和 存 在 的问题及其一些改进的技术方案 。１ 塔式太阳能热发电系统塔式太阳能 热发电系 统 （ 集 中型太 阳 能热发电系统 ） 主要由定日镜部分 、 吸热与热能传递部分（ 热流体系统 ） 、 发电部分组成 。 图 １ 为 塔 式太阳能发电的系统图 。 塔式太阳能热发电系统的吸热器位于高塔上 ， 定日镜群以高塔为中心 ， 呈圆周状分布 。 定日镜可以跟踪太阳的位置 ， 尽 可 能多地把太阳光反射到吸热器 。 吸热器将吸收到的高密度辐射能作为高 温热 源加热工质 ， 高温 工 质通过管道存入高温蓄 热罐 ， 然 后用泵送入蒸 汽发生器加热给水生产高 压过 热蒸汽 ， 利 用蒸汽 驱 动汽轮机组发电 。 汽轮机的乏汽经冷凝器冷凝后送入蒸汽发生器循环使 用 ； 传 热 介质在蒸汽发 生器中放出热量后先回到 低温 蓄热罐中 ， 然后再 送 回吸热３７５刘静静 ， 等 太阳能热发电系统的研究开发现状器加热 ， 完成一个循环 。 蓄热 装置将 高 峰时段 的热量进行存储 ， 可以在以后早 晚时段 或 者阴雨 天使用 ［ ４ － ６ ］ 。图 １ 塔式太阳能发电系统示意由于镜场中的定日镜数目庞大 ， 典型的塔式太阳能热发电系统的聚焦比可高达 １ ５ ０ ０ ， 投射到塔顶吸热器的平均热流密度达 ３ ０ ０ ～ １ ０ ０ ０ｋ Ｗ ／ ｍ ２ ，工作温度可高达 １ ５ ０ ０ ℃ 。 塔式太阳能热发电系统的聚光倍数高 、 能量集中过程简便 、 热转化效率高 ，非常适合大规模并网发电 。 但是目前的塔式系统的造价较高 ， 制约了它的推广应用 。 因此发展塔式太阳能 热 发 电 技 术 还 有 许 多 关 键 技 术 有 有 待 于突破 。１ ） 定日镜反射面的设计 定日 镜 反射面 采用普通的平面或球面形状 ， 加 上定日 镜 采用方 位角仰角跟踪 ， 塔上的太 阳聚光 光 强随 太 阳 位置 变化波动很大 ， 同时各定 日镜还 存 在余 弦 效 应也 会影响反射效果 ， 因此目前塔式 太阳能 热 发电的 光热转换效率仅 ６ ０ ％ 左右 。２ ） 定日镜跟踪控制 散 布在中 心 塔周围 的定日镜为了同时对正中心 塔 ， 就必须 分 别对每 一个定日镜进行不同的控制 ， 控 制系统 复 杂制作 成本高 。３ ） 中心塔的高度 为了 减小余 弦 效应中 心塔必须造得足够高 ， 增加了建设成本 ， 特别是高空的风力较大 ， 制造和安装的难度大大增加 。４ ） 吸热器的性能 白天 ， 太阳光在吸收塔上聚焦的光斑大小会有较大的变化 ， 导致聚光的强度也有大幅变化 ， 加上各个定日镜的余弦效应不同 ，对塔式太阳能热发电系统吸热器的性能要求很高 。５ ） 定日镜的布置 定日镜数目众多 ， 为防止光线遮挡 ， 定日镜占地面积巨大 。大量实验和运 行数据 证明 ， 塔式 太 阳 能 热 发电技术可行 ， 具有巨大的商业应用前景 ， 因此怎样解 决 这 些 技 术 难 题 ， 成 为 了 各 国 研 究 者 的 首 要问题 。２ 槽式太阳能热发电系统槽式太阳能 热 发 电 系 统 通 过 抛 物 面 槽 式 聚光镜面将 太 阳 光 汇 聚 在 焦 线 上 ， 在 焦 线 上 安 装的管状吸 热 器 吸 收 聚 焦 后 的 太 阳 辐 射 能 ， 产 生高温 蒸 汽 ， 推 动 汽 轮 机 进 行 发 电 。 发 电 站 通 常由槽形 抛 物 面 聚 光 器 及 其 单 轴 或 双 轴 跟 踪 系统 、 合成油热载体 及 其 循 环 系 统 、 油 水 换 热 系 统和汽轮机发电系 统 组 成 ， 其 中 聚 光 器 、 吸 收 器 以及跟踪系 统 组 合 在 一 起 ， 构 成 了 槽 式 太 阳 能 热发电系统的太阳 岛 。 抛 物 面 聚 光 集 热 器 根 据 需要采用串 联 或 并 联 的 布 置 ； 集 热 器 内 的 流 体 工质被加热 后 ， 流 经 换 热 器 加 热 水 产 生 高 温 高 压蒸汽 ， 借 助 于 蒸 汽 动 力 循 环 来 发 电 。 为 了 解 决太阳能的 间 歇 性 和 不 稳 定 性 ， 电 站 一 般 要 求 配置蓄热装置或者辅助锅炉 ， 见图 ２ 。图 ２ 槽式太阳能热电站示意槽式太 阳 能 热 发 电 技 术 采 用 的 是 线 聚 焦 方式 ， 集热器的轴线与焦线平行呈南北方向布置 ， 因此定日镜的控制比较 简单只需要一维跟 踪 ， 但是聚光比也因此 比 塔 式 热 发 电 低 ， 通 常 为 １ ０ ～ １ ０ ０之间 ， 一 般 在 ５ ０ 左 右 ； 工 作 温 度 也 仅 为 ４ ０ ０ ℃左右 。槽式太阳能热发电技术比较成熟 ， 目 前 已 取得了大规模商业化生产的能力 。 截 至 ２ ０ ０ ９ 年 全球在运的光热发电站中 ， 有 ８ ８ ％ 的项目是槽式热发电站 ， 在建的光热发电站项目中占了 ９ ７ ． ５ ％ 。不过槽式太阳能热发电技术也还存在一些问题 ， 特别是核心部件高温真空管还存在一些技术４７５刘静静 ， 等 太阳能热发电系统的研究开发现状缺陷 ， 涂层材料以及涂装工艺 、 玻璃金属封接工艺都还有待改进 ， 金属内管热膨 胀带来 的 安全隐 患也必须有解决方法 。 特别是槽式太阳能热发电系统中的聚光器只能收集直 射光线 ， 为 了 获得更 多的太阳辐射能量 ， 就必须采用 跟踪装 置 调节聚 光器和入射光线的角度 。 聚光器固定在槽式反射镜上一起运动造成装 置笨重 、 反 射镜大 镜 结构造 成风阻 很 大 ， 抗 风 能 力 很 差 ， 因 此 必 须 改 进 支 撑 结构 ［ ７ － １ ０ ］ 。 另外 ， 集热器中的集热管内管为金属管 ，外管为玻璃管 ， 由于两者线膨胀系数不同 ， 使集热管随着温度的变化不断的 热胀冷 缩 ， 会 造成真 空玻璃管泄漏甚至破裂 。加强核心部件 的技术 研发 、 工艺 改 进 将 是 今后提高槽式太阳能热发电效率 、 降低成本的关键 ，也将成为推动槽式太阳能发展的重要动力 。３ 碟式太阳能热发电系统碟式太阳能热发电技术是太阳能热发电中光电转换效率最高的一种 方 式 。 该 系统由聚光器 、接收器 、 热机 、 支架 、 跟踪控制系统等组成 ， 运行时利用旋转抛物面的碟式聚光器将太阳聚焦到安装在抛物面焦点的接收器上 ， 接 收器内 的 传热工 质受热温度和压力升高 ， 推动热 机运转 并 带动发 电机发 电 。 图 ３ 是 碟 式 太 阳 能 热 发 电 装 置 的 现 场照片 。图 ３ 碟式太阳能热发电装置该系统采用的是高效的旋转抛物面蝶式聚光器 ， 聚光比可以达到 ３ ０ ０ ０ 以上 ， 因此接收器的吸热面 积 可 以 做 得 很 小 ， 接 收 温 度 达 ８ ０ ０ ℃ 以 上 。碟式太阳能热发电的效率 非常高 ， 最 高 效率可 达２ ９ ． ４ ％ ， 并且单机容量可以做得较小 ， 一般在 ５ ～２ ５ ｋ Ｗ 之间 ， 非常适合建立分布式能源系统 ， 特别适合应用在农村或一些偏远地区 。 但是碟式太阳能热发电 造 价 昂 贵 ， 目 前 的 建 设 成 本 高 达 ４ ． ７ ～６ ． ４ 万元 ／ ｋ Ｗ ， 高于塔式和槽式太阳能热发电的建设成本 。 碟式系统的优势是聚光比高 、 接收器可以达到 ２ ０ ０ ０ ℃ 的高温 ， 但是目前还没有一种材料可以在这么高的温度下工作 ， 而且高温热能的储存困难 ， 采用热熔盐储热技术不安全而且造价高 ， 因此接收器一般并不放在焦点上 ， 碟式系统的高聚光度的优点实际上并不能得到充分的发挥 。碟式热发电系统结构简单操作方便 ， 还 可 以做成小型微型装置作为太空装备的电源 。 今后的研究方向主要是提高系统的稳定性和降低系统发电成本 ［ １ １ － １ ４ ］ 。４ 聚焦式太阳能热发电技术的比较三种聚焦式太阳能热发电方式各有优点 塔式太阳能发电技术聚 光比和运行温度高 、 系 统容量大和热转换效率高 ， 适合大规模发电 ； 槽式太阳能发电系统的结构简单 、 技术较为成熟 ， 最早进入商业化运行 。 碟式太阳能发电热 效率最高 、 结构紧凑 、 安 装 方 便 ， 非 常 适 合 分 布 式 小 规 模 发 电 系统 。 但是塔式太阳能发电由于建设成本过高 ， 始终无法大规模投入商业化运行 。 槽式太阳能发电聚光比小 、 工作温度低 ， 核心部件真空管技术尚未成熟 、 吸收管表面选择性涂层性能不稳定 ， 阻碍了它的推广 。 碟式发电系统最适合与斯特林发动机配套使用 ， 但是目 前斯特林发动机的技术还不成熟 。 表 １ 给出了三种太阳能热发电的基本参数比较 ， 表 ２ 列出了三种发电方式的优缺点 ［ １ ５ － ２ ０ ］ 。表 １ 三种太阳能热发电的基本参数比较比较项目 塔式 槽式 碟式电站规模 ／ ＭＷ １ ０ ～ １ ０ ０ １ ０ ～ １ ０ ０ ０ ． ０ ０ ５ ～ ０ ． ０ ２ ５反射镜形状 平 、 凹面 抛物面 旋转对称抛物面跟踪方式 双轴 单轴 双轴转换效率 ／ ％ ６ ０ ７ ０ ８ ５峰值效率 ／ ％ ２ ３ ２ ０ ２ ９年净效率 ／ ％ ７ ～ ２ ０ １ １ ～ １ ６ １ ２ ～ ２ ５１ｍ ２ 造价 ／ 美元 ２ ０ ０ ～ ４ ７ ５ ２ ７ ５ ～ ６ ３ ０ ３ ２ ０ ～ ３ １ ０ ０５７５刘静静 ， 等 太阳能热发电系统的研究开发现状表 ２ 三种太阳能热发电系统的优缺点方式 优 点 缺 点塔式转化效率高 、 开发前景好 ， 可混合发电 ， 可高温储能 ， 可改进定日镜和蓄热方式降低成本 。聚光 场 和 吸 热 场 的 优化配合有待 研 究 ， 初 投资 、 运营费高槽式可商业化 、 投资成本低 ， 占地面积最少 、 开发风险低 、 可混合发电 、 可中温储能 。只能生产中 温 蒸 汽 ， 真空管技术有待提高碟式 转化效率最高， 可实现模块化 ，可混合发电 。造价高 、 无与 之 配 套 的斯特林热机 ， 可 靠 性 能差 、 开发风险高对于当前太阳 能发展 存在的 难 点 ， 郑 建涛 等人提出了 ４ 个优化方案 。１ ） 塔式和槽式太 阳能热 发电 系 统 的 组合 取长补短提高槽式系统的 导热介 质 温 度 ， 弥补 塔式系统的高塔建设和控制困难的缺陷 。２ ） 与辅助燃 煤 （ 燃 气 ） 一 体 化 用 太 阳 能 热量来辅助加热锅炉给水 ， 避免 独立太 阳 能发电 需要储热运行的缺点 。３ ） 太阳能光伏发电和光 热发电 的 联 合 光伏电池的工作温度 上升将 导致发 电 效 率下 降 ， 在电池板背面敷设冷 却通道 ， 利 用冷却 工 质冷却 光伏电池可以提高电池的效 率 ， 冷却工 质 带走的 热量可以采用低温热源发电 技术发 电 ， 综 合效率 要比单一的光伏发电高 。４ ） 太阳能热发电的就地 利用 例 如根据 当地的需要将太阳能热发电与制氢和海水淡化相结合 ， 避免电能输送带来的困难和损失 。５ 结语随着太阳能热 发电技 术的进 步 ， 太 阳 能 热 发电的可行性和发展潜力已 经 得到 了普 遍的认可 ，我国政府也非常关注太阳 能 热发 电技 术的发展 ，特别是我国已经把太阳能热发电技术的发展纳入到 “ 十二五 ” 规划中 ， 要求进一 步发展 具 有知识 产权的多种太阳能集成与并 网运行 技 术 ， 开 展多 塔超临界太阳能热 发 电 技 术 的 研 究 ， 实 现 ３ ０ ０ ＭＷ超临界 太 阳 能 热 发 电 机 组 的 商 业 应 用 ［ ２ １ － ２ ６ ］ 。 近年来有关部门投入 了大量 的人力 物 力 ， 太 阳能 热发电的研 究 开 发 也 取 得 了 大 量 成 果 。“ 十 五 ” 期间 ， 我国研制的 ３ 台直径 ５ｍ 的太阳能聚光器 ， 聚光器焦点处的温度已经达到约 １ ６ ０ ０ ℃ ， 设备的技术及经济指标上已经达到国际 先进 水 平 ； ２ ０ ０ ３ 年８ 月建成的第一套设备正常运行至今 。 在这一个项目中采用了多项自主创造的先进技术 ， 例如采用太阳位置式 、 轨道链传动式和双蜗轮均力式等传动方式 、 高反射率旋三维跟踪技术和设备姿态高精密度控制传动技术 ， 聚光系统精度达到 ０ ． ２ ； 采用了蜗轮蜗杆转抛物面反射镜制备技术 ， 聚光器的反射率超过 ９ ４ ％ ； 采用低能耗传动技术 ， 设备运行的电耗小于 ４Ｗ ； 采用高密度热流传热技术 ， 吸热器能在 超 高 热 流 密 度 下 正 常 工 作 ， 热 效 率 不 小 于９ １ ％ 。 我国研制的采光口开口宽度为 ２ ． ５ｍ 的槽式聚光器 ， 单向抛物反射面反射器采用复合蜂窝技术 ， 成为具有超轻型结构的反射面 ， 解决了使用平面玻璃制作曲 面镜的难题 ， 并采用了液 压 传 动 方式 ， 可以在沙漠中运行 。“ ８ ６ ３ ” 国家重大项目 “ 太阳能塔式发电关键技术研究及系统示范 ” 项目 ， 规划在北京延庆县建造一座我国第一座也是亚洲第一座 １ＭＷ 太阳能塔式热电站 ， 目 前已 取得阶段性成果 。太阳能热发电技术是极具发展潜力和广阔市场前景的一项新 能源 应用技术 ， 也是太 阳 能利用中最经济的 方式之一 。 在 国家政策的支 持下 ， 选择研发适合我国国情 的太阳能热发电系 统 ， 以加快太阳能发电的 规模 性利用 ， 用 阳光经 济 推动能源革命 ， 这对改变我国的能源消费结构具有十分重要的现实意义 。参考文献 ［ １ ］ 王亦楠 ． 对 我 国 太 阳 能 热 发 电 的 一 点 看 法 ［ Ｊ ］ ． 中 国 能 源 ，２ ０ ０ ６ （ ８ ） ．［ ２ ］ 杨敏林 ， 杨晓西 ， 林汝谋 ， 袁建丽 ． 太阳能热发 电技术与系统［ Ｊ ］ ． 热能动力工程 ， ２ ０ ０ ８ （ ５ ） ．［ ３ ］ 孙德胜 ， 陈雁 ． 太阳能热发电技术最新进展与 前景研究 ［ Ｊ ］ ．电源技术 ， ２ ０ １ ０ （ ８ ） ．［ ４ ］ 郑建涛 ， 裴杰 ． 我国聚光型太阳能热发电技术 发展现状 ［ Ｊ ］ ．热力发电 ， ２ ０ １ １ （ ２ ） ．［ ５ ］ 章国芳 ， 朱天宇 ， 王 希 晨 ． 塔 式 太 阳 能 热 发 电 技 术 进 展 及 在我国的应用前景 ［ Ｊ ］ ． 太阳能 ， ２ ０ ０ ８ （ １ １ ） ．［ ６ ］ 徐明 ， 祝雪妹 ． 聚光式太阳能热发电技术的现 状及发展 趋势［ Ｊ ］ ． 南京师范大学学报 ， ２ ０ １ １ （ ３ ） ．［ ７ ］ 许辉 ， 张红 ， 白穜 ， 丁 莉 ， 庄 骏 ． 碟 式 太 阳 能 热 发 电 技 术 综 述［ Ｊ ］ ． 热力发电 ， ２ ０ ０ ９ （ ５ ） ．［ ８ ］ 陈超 ， 聂志刚 ， 那 小 桃 ． 槽 式 太 阳 能 集 热 发 电 系 统 发 展 状 况［ Ｊ ］ ． 工程研究 跨学科视野中的工程 ， ２ ０ ０ ９ ．［ ９ ］ 汤延令 ． 太阳能 热 发 电 技 术 现 状 及 发 展 ［ Ｊ ］ ． 福 建 电 力 与 电工 ， ２ ０ ０ ８ （ １ ２ ） ．（ 下转第 ５ ８ ６ 页 ）６７５马 飞 ， 等 沼气发电站厌氧罐的热平衡与调节２ ． ３ 罐内原料温升对全年不同季节进行 计 算 ， 得到 表 １ 中 的 计算结果 ， 其中夏季因环境温度较高 ， 热水未对罐体进行加热 ， 即 Ｑ ｈ ＝ ０ ， 全部得热量由蒸汽气加热进料提供 。表 ２ 厌氧罐热平衡计算结果季 节 ｔ ０ ／ ℃ ｔ ｗ １ ／ ℃ ｔ ｗ ２ ／ ℃ ｔ ０ ′ ／ ℃ 误差 ／ ％夏季 ３ ２ ． ４ ３ ２ ． ４ ０ ． ０ ０ ０ ６冬季 ３ ４ ． ０ ５ ７ ． ８ ３ ７ ． ３ ３ ４ ． ０ ０ ． ０ ０ ８ ０过渡季 ３ ９ ． ３ ６ ０ ． ０ ４ １ ． ８ ３ ９ ． ３ ０ ． ０ ０ ８ ８季 节 Ｑ ｅ ／ ｋ Ｗ Ｑ ｈ ／ ｋ Ｗ Ｑ ｈ ′ ／ ｋ Ｗ Ｑ ｗ ／ ｋ Ｗ夏季 ０ ． ３ ６冬季 ６ ． ６ ８ １ ３ ４ ． ５ ６ １ ． ２ ８ １ ３ ５ ． ８ ４过渡季 ３ ． ９ ０ １ １ ９ ． ５ １ ０ ． ８ ２ １ ２ ０ ． ３ ３可见在冬夏季 ， 该沼气发 电站厌 氧 消化系 统的热平衡温度在 ３ ０ ～ ３ ５ ℃ 之间 ， 处于厌氧消化的最优消化温度范围 。 其中典型季节冬季的系统能流图如图 １ 所示 ， 输入的能源为原料鸭粪 ， 产生的沼气全部用于系统的沼气发动机 ， 最终输出电能 。过渡季因加热量不变 ， 而散热量较少 ， 厌氧消化温度接近 ４ ０ ℃ ， 但并不会对厌氧消化产生过多不利的影响 ， 而且整套系统的运行方式不变 ， 从工程角度与运行控制角度 ， 都是适合的运行策略 。图 １ 沼气发电站冬季能流图３ 结语根据以上计算过程也能方便地计算保持厌氧消化系统温度稳 定时 需要的热水量 ， 可 以 作为项目初期的设计计 算方 法 ， 为沼气发电站 热系统的设计与选型提供计算方法 。收稿日期 ２ ０ １ ２ － １ ０ － １ ２作者简 介 马 飞 （ １ ９ ８ ７ － ） ， 男 ， 助 理 工 程 师 ， 硕 士 研 究 生 ，从事分布式供能方面的设计与施工工作 。（ 编辑 吴国梁檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿）（ 上接第 ５ ７ ６ 页 ）［ １ ０ ］ 赵军 ， 李新国 ， 陈雁 ． 太阳能热发电技术及其在我国的应用前景 ［ Ｊ ］ ． 太阳能 ， ２ ０ ０ ５ （ ４ ） ．［ １ １ ］ 刘巍 ， 王宗超 ． 碟 式 太 阳 能 热 发 电 系 统 ［ Ｊ ］ ． 重 庆 工 学 院 学报 （ 自然科学版 ） ， ２ ０ ０ ９ （ １ ０ ） ．［ １ ２ ］ 陈伟 ， 张军 ． 聚光 型 太 阳 能 热 发 电 现 状 及 在 我 国 应 用 的 风险分析 ［ Ｊ ］ ． 可再生能源 ， ２ ０ １ ０ （ ０ ２ ） ．［ １ ３ ］ 吴静 ． 以太 阳 能 为 辅 助 热 源 的 混 合 发 电 方 式 研 究 ［ Ｄ ］ ． 华北电力大学 （ 北京 ） ， ２ ０ １ ０ ．［ １ ４ ］ 韦彪 ， 朱天宇 ． Ｄ Ｓ Ｇ 太阳 能 槽 式 集 热 器 聚 光 特 性 模 拟 ［ Ｊ ］ ．动力工程学报 ， ２ ０ １ １ ．［ １ ５ ］ Ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ Ｚ Ｄ ， Ｈ ｅ Ｙ Ｌ ， Ｘ ｉ ａ ｏ Ｊ ， ｅ ｔ ａ ｌ ． Ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ － ｄ ｉ － ｍ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｎ ｕ ｍ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｆ ｈ ｅ ａ ｔ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ － ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｃ ｅ ｉ ｖ ｅ ｒ ｔ ｕ ｂ ｅ ｏ ｆｐ ａ ｒ ａ ｂ ｏ ｌ ｉ ｃ ｔ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ［ Ｊ ］ ． Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｃ ｏ ｍ ｍ ｕ ｎ ｉ －ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｉ ｎ Ｈ ｅ ａ ｔ ａ ｎ ｄ Ｍ ａ ｓ ｓ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ， ２ ０ １ ０ ， ３ ７ （ ７ ） ７ ８ ２ － ７ ８ ７ ．［ １ ６ ］ 裴刚 ， 符慧德 ， 季 杰 ， 韩 崇 巍 ． 槽 式 太 阳 能 聚 光 集 热 系 统 在不同跟踪模式下的对比 ［ Ｊ ］ ． 太阳能学报 ， ２ ０ １ ０ （ １ ０ ） ．［ １ ７ ］ 徐荣吉 ， 何雅 玲 ， 肖 杰 ， 程 泽 东 ． 槽 式 太 阳 能 电 站 集 热 管 热性能测试及回归分析 ［ Ｊ ］ ． 工程热物理学报 ， ２ ０ １ １ （ １ １ ） ．［ １ ８ ］ 王云峰 ， 季杰 ， 何 伟 ， 陈 海 飞 ． 抛 物 碟 式 太 阳 能 聚 光 器 的 聚光特性分析与设计 ［ Ｊ ］ ． 光学学报 ， ２ ０ １ ２ （ ０ １ ） ．［ １ ９ ］ Ｃ ｈ ｅ ｎ Ｃ ｈ ｉ ｆ ｅ ｎ ｇ ， Ｌ ｉ ｎ Ｃ ｈ ｉ ｈ ｈ ａ ｏ ， Ｊ ａ ｎ Ｈ ｕ ａ ｎ ｇ ｔ ｚ ｕ ｎ ｇ ． Ａ ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ －ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｗ ｏ ｒ ｅ ｆ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍ ｉ ｒ ｒ ｏ ｒ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ｂ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ａ ｒ ａ ｙ ｔ ｒ ａ ｃ ｉ ｎ ｇｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ［ Ｊ ］ ． Ｏ ｐ ｔ ｉ ｋ ， ２ ０ １ ０ ， １ ２ １ （ １ １ ） １ ０ ４ ２ － １ ０ ５ １ ．［ ２ ０ ］ Ｋ． Ｌ ｏ ｖ ｅ ｇ ｒ ｏ ｖ ｅ ， Ｇ． Ｂ ｕ ｒ ｇ ｅ ｓ ｓ ， Ｊ ． Ｐ ｙ ｅ ．Ａ ｎ ｅ ｗ ５ ０ ０ ｍ ２ ｐ ａ ｒ ａ ｂ ｏ －ｌ ｏ ｉ ｄ ａ ｌ ｄ ｉ ｓ ｈ ｓ ｏ ｌ ａ ｒ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ［ Ｊ ］ ． Ｓ ｏ ｌ ａ ｒ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ， ２ ０ １ １ ， ８ ５（ ４ ） ６ ２ ０ － ６ ２ ６ ．［ ２ １ ］ 罗熙 ， 李明 ， 王云峰 ， 李国良 ， 魏生贤 ， 王炳灿 ． 槽式聚光热电联供系统抛物反射面的性能参数分析 ［ Ｊ ］ ． 可再生能源 ， ２ ０ １ １ （ ０ ２ ） ．［ ２ ２ ］ 胡中文 ， 张明锋 ， 郑继华 ． 太阳能发电 研究 综述 ［ Ｊ ］ ． 能源研究与管理 ， ２ ０ １ １ （ １ ） ．［ ２ ３ ］ 杜春旭 ， 王普 ， 马 重 芳 ， 吴 玉 庭 ． 线 性 菲 涅 耳 聚 光 系 统 无 遮挡镜场布置的光学几何方法 ［ Ｊ ］ ． 光学学报 ， ２ ０ １ ０ （ １ １ ） ．［ ２ ４ ］ 于秀艳 ． 如何提 高 太 阳 能 热 发 电 系 统 的 效 率 ［ Ｊ ］ ． 太 阳 能 ，２ ０ １ １ （ １ ２ ） ．［ ２ ５ ］ Ｂ ． Ｊ ． Ｈ ｕ ａ ｎ ｇ ， Ｗ． Ｌ ． Ｄ ｉ ｎ ｇ ， Ｙ． Ｃ ． Ｈ ｕ ａ ｎ ｇ ． Ｌ ｏ ｎ ｇ － ｔ ｅ ｒ ｍ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄｔ ｅ ｓ ｔ ｏ ｆ ｓ ｏ ｌ ａ ｒ Ｐ Ｖ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｏ ｎ ｅ － ａ ｘ ｉ ｓ ３ － ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎｓ ｕ ｎ ｔ ｒ ａ ｃ ｋ ｅ ｒ ． ［ Ｊ ］ ．Ｓ ｏ ｌ ａ ｒ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ， Ｖ ｏ ｌ ｕ ｍ ｅ ８ ５ ， Ｉ ｓ ｓ ｕ ｅ ９ ，Ｓ ｅ ｐ ｔ ｅ ｍ ｂ ｅ ｒ ２ ０ １ １ ， Ｐ ａ ｇ ｅ ｓ １ ９ ３ ５ － １ ９ ４ ４ ．［ ２ ６ ］ Ａ ｑ ｅ ｅ ｌ Ａ ｈ ｍ ｅ ｄ Ｂ ａ ｚ ｍ ｉ ， Ｇ ｈ ｏ ｌ ａ ｍ ｒ ｅ ｚ ａ Ｚ ａ ｈ ｅ ｄ ｉ ．Ｓ ｕ ｓ ｔ ａ ｉ ｎ ａ ｂ ｌ ｅｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｓ Ｒ ｏ ｌ ｅ ｏ ｆ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｑ ｕ ｅ ｓｉ ｎ ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｓ ｕ ｐ ｐ ｌ ｙ Ａ ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗ． ［ Ｊ ］ ．Ｒ ｅ ｎ ｅ －ｗ ａ ｂ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ Ｓ ｕ ｓ ｔ ａ ｉ ｎ ａ ｂ ｌ ｅ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ Ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗ ｓ ， Ｖ ｏ ｌ ｕ ｍ ｅ １ ５ ， Ｉ ｓ ｓ ｕ ｅ８ ， Ｏ ｃ ｔ ｏ ｂ ｅ ｒ ２ ０ １ １ ， Ｐ ａ ｇ ｅ ｓ ３ ４ ８ ０ － ３ ５ ０ ０ ．收稿日期 ２ ０ １ ２ － １ ０ － １ ８作者简 介 杨 帆 （ １ ９ ７ ８ － ） ， 男 ， 副 研 究 员 ， 博 士 研 究 生 ， 东 南大学能源与环境学院 ， 太阳能技术研究中心 。（ 编辑 吴国梁 ）６８５