太阳能热技术：前景无限

虽然太阳能热发电的商业化进程才刚刚开始，但由于其具有非常强的与现有火电站及电网系统的相容性优势，可充分利用已有火电领域的工业生产能力及设计运行经验，已受到了世界上很多国家的高度重视　　文/本刊记者 杨海霞　　当人们提到太阳能热利用时，总是首先想到“生产热水”这一简单的功能，然而技术的发展早已突破了人们的想象，在低碳经济时代，太阳能热利用的范围可以被拓展到工业节能的广泛领域。　　中国国际工程咨询公司的专家李涛在接受《中国投资》采访时表示，实际上，太阳能热利用主要分为低温热利用、中温热利用和高温热利用。太阳能热水器只是低温的太阳能利用，是太阳能热利用的很小部分。实际上太阳能还有很多可利用领域，尤其是在中高温的领域。　　“在中国，工业用能约占70%的能耗，因此工业中高温用热已经成为目前高能耗的主要来源。在太阳能的中高温应用领域方面，如太阳能热发电、取暖、制冷、海水淡化、啤酒发酵等，我国目前基本上还是一片空白。”李涛说。　　光伏与光热之区别　　太阳能无疑是目前地球上可以开发的最大可再生能源。根据对到达地球上的太阳辐射能量进行转化形式的不同，太阳能的利用可以分为光热和光伏两大类别。　　光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。　　而光热利用按温度可分为中低温和高温利用。中低温主要包括太阳能热水器、太阳能建筑供暖制冷、太阳能海水淡化、太阳能干燥等；高温热利用主要包括太阳能热发电及太阳能热化学等。　　目前，太阳能热发电技术主要包括4类，槽式、线性菲涅尔式、碟式及塔式。其中，槽式和塔式太阳能热发电站目前均已实现了商业化运行，而碟式及线性菲涅尔式则分别处于样机示范及系统示范阶段。　　李涛告诉记者，光伏发电最大的优势是应用场合没有明显限制，有阳光资源的地方都可安装光伏系统。在辐照不好或者夜间，光伏系统通过对蓄电池进行充放电实现连续运行。　　不过，他也指出，规模化光伏电站若采用蓄电池储能，其成本仍然较高，且蓄电池的使用寿命有待考验。　　而太阳能光热利用中除了可以通过材料吸收太阳辐射光谱中不同波长的光能并将其转化为热能供直接使用外，还可以利用聚光器将低密度的太阳能汇聚到焦斑处，使其生成高密度的能量，然后由工作流体将其转化成热能，再利用热能进行发电。聚光器的聚焦方式有点聚焦、线聚焦等几种，对应产生了碟式、塔式、槽式及菲涅尔式等几种主要的太阳能热发电形式，　　因此与常规火电站相比，太阳能热发电系统的“热—功—电”转换环节所采用的热力循环模式及设备基本是相同的。在辐照连续的条件下，太阳能热发电站可以直接产生与火电站完全相同的满足电网品质要求的交流电，保证电网的电压和频率稳定。　　但太阳辐射能本身具有随季节、白天时段不同而不连续变化的特点，受天气条件影响较大。储热材料技术的发展，已为实现规模化稳定运行的太阳能热发电站提供了可能。“在合适的选址区域，带有一定容量储热系统的太阳能热发电站，将不仅可产生满足用户需求的电能，还能根据电网中用电负荷的变化，起到调峰作用”，李涛指出。　　另外从实际电站运行的角度来看，太阳能热发电比太阳能光伏发电有对现有火电站及电网系统更好的兼容性。但是，相比光伏发电，对能够体现太阳能热发电经济性所需要的太阳能辐射资源及规模化容量的要求也更高。　　当然，他也指出，“建立具有经济性的规模化太阳能热发电站，同时需要大片的土地及丰富的太阳能直射资源。”不过，中国的沙化土地面积达169万平方公里，其中有水力和电网资源的沙地约有30万平方公里，有充分的土地资源条件发展太阳能热发电。而且根据全国700多个气象站长期观察积累的资料表明，中国各地的太阳能辐射年总量大致在831-2333kwh/m2之间，其平均值约为1628kwh/m2。尤其在西藏西部、新疆东南部、青海西部及甘肃西部等地区，年辐射总量可达1855-2333 kwh/m2，满足建造具有经济性的规模化太阳能热发电站所对应的辐射资源要求。　　“太阳能热发电相比其他几种可再生能源及燃煤、天然气发电，单位容量电站在其生命周期内所排放的温室气体CO2量也是最低的”，李涛指出。　　商化技术研发趋热　　20世纪70年代出现的石油危机所导致的能源供应不稳定，使得当时主要发达国家包括美国、德国、西班牙、法国、意大利、日本、以色列等开始了太阳能热发电技术的研究，并建立了一系列的各种形式的示范电站，不过在整个20世纪除了槽式之外，其他形式的太阳能热发电技术均处于研究及示范阶段，未有规模化的商业电站建成运行。　　最典型的槽式太阳能热发电系统是上世纪80年代，在美国加州建造的9座槽式太阳能热电站SEGS，总电功率达到354MW，投资12亿美元，这是迄今为止最早实现大型商业化运行的太阳能热电站，　　位于西班牙的Andasol I是欧洲第一座大型槽式商业化电站，由德国Solar Millennium公司和ACS /Cobra合作开发建设。该电站采用熔融盐蓄热，可以满负荷运行7.5小时。该电站已于2008年底投入试运行，上网电价为21欧分/kWh。　　美国和西班牙是建造塔式太阳能热电站较早的国家，国外已经建成的主要塔式电站如2007年3月西班牙建造的PS10投入商业运行，该项目发电功率为l1MWe。　　近几年随着全球气候环境和能源问题的日益严峻，太阳能热发电技术因其具有替代常规火电站的规模化潜能及成本下降的充分可行性，已进入全世界太阳能热利用的热点领域。　　中国对太阳能热发电技术的研究起步较晚，美国加州SEGS 槽式太阳能热发电站的成功运行引起了中国的广泛关注，并曾计划引进该类机组在西藏拉萨建立一座槽式太阳能热发电站。国家“八五”计划也安排了小型部件和材料的攻关项目。　　目前，中国对太阳能热发电技术的研究给予了相当大的重视，国家在“十一五”计划中安排了上亿资金以开发太阳能热发电技术。中国科学院工程热物理研究所和电工研究所进行了一些部件和材料的研究。目前，中科院电工研究所建立了一套1MW塔式太阳能热发电系统，正在进行实验研究。　　近年来随着一些有研究开发实力的工程技术公司的加入，中国在太阳能热发电领域的研究取得到了可喜的进展。北京通用航空设备有限公司、北京康拓科技、德州华园新能源、东莞康达机电等都正在加紧研发具有自主知识产权的关键技术。