背景资料
聚光光热发电原理∶系统先使用汇聚的太阳光将热量接收器中的介质(液体或气体)加热到非常高的温度,然后把这部分热量转换为机械能,再从机械能转化为电能。聚光光热发电技术分为四种∶槽式、塔式、碟式及反射菲涅尔式。
槽式∶利用槽式聚光镜,直接将太阳光反射到位于镜面焦点处的集热管,将内部传热物质转化为蒸气从而驱动涡轮发电。
塔式∶将吸收到的太阳能射线集中到塔中,对传热工作物质加热进而发电。
碟式∶利用旋转抛物面反射镜,将入射太阳光聚焦到焦点上,用焦点处放置的斯特林发电装置进行发电。
菲涅尔式∶工作原理类似槽式光热发电,只是采用菲涅耳结构的聚光镜来替代抛面镜。
在非洲撒哈拉沙漠建一座巨型太阳能光热电站,为欧洲提供15%的清洁电力,听上去带有科学幻想色彩的计划,正在欧洲悄然进行;而大洋彼岸的中国,在历经数年犹豫、波折之后,太阳能光热发电也开始由幕后走向前台。
专家预测,目前200兆瓦的太阳能热力机组,每年将会帮地球减少1500万吨二氧化碳,等于种了1280万亩的森林,也等于为地球减少了290万辆汽车。
太阳能光热发电起步于上世纪70年代,但一直作为实验电站在世界各地建立。从1985年到1991年,美国和以色列联合成立的路兹公司,在美国加州沙漠建成了9个太阳能光热电站,并成功实现了商业化运行。
从国际上来看,未来光热发电容量将大大超过光伏发电,并有可能取代常规能源而广为人类利用。
全球发展光热发电趋势已现
两千多年前古希腊人在西西里岛上用金属镜反射阳光打败罗马舰队的传奇故事,给后人带来了深远的影响,对西西里岛人尤其非同一般。
上世纪70年代,西西里岛卡塔尼亚省政府决定在阿德诺镇上建立一座太阳能发电站。这个计划得到了欧洲共同体九个成员国的支持,并共同出资于1980年12月建设完成。
这个太阳能发电站实际上是一座摆满了镜子的巨大广场,共有180面特大的玻璃反射镜,镜面的总面积共有6200多平方米。镜面的角度用电子计算机控制和调整,使它们反射出去的阳光都集中到矗立在对面的中央塔上。中央塔有55米高,顶上装备有锅炉和阳光接收器。接收器接收到阳光热能将锅炉内的水加热,最高温度可达到500摄氏度,压力可达到6485千帕,这样的高温高压蒸汽完全可以推动涡轮机发电。这座发电站的发电能力达1000千瓦,在当时,这可算得上是规模最大的太阳能发电站之一了。
广场上180面特大的反射镜,使人不能不想起阿基米德当年利用金属镜反射阳光打败敌船的阵势。负责这项工程的工程师格雷茨坦率地说:“这项工作就是根据当年阿基米德的著名战争故事设计的。”阿德诺镇上的这个太阳能发电站,就是今天我们所说的聚光光热塔式太阳能发电站。
从那以后,世界各地陆续开始建设太阳能发电站。从1985年至1991年,美国和以色列联合组成路兹公司,在美国加州沙漠建成9座槽式太阳能热电站,从第一个电站的30兆瓦装机容量发展到第九个的80兆瓦装机容量,并成功实现了商品化运行。之后,世界各国相继建立起不同形式的太阳能示范电站,促进了太阳能光热发电技术的发展。
如今,太阳能光热电站遍布美国、西班牙、德国、法国、阿联酋、印度、埃及、摩洛哥、阿尔及利亚、澳大利亚等国家。2009年,全球已并网运行的光热电站装机容量约600兆瓦,全部集中在美国和西班牙。
美国目前投入商业运行的太阳能光热电站总装机容量达432兆瓦,位居世界首位。2009年,美国有3座总计12兆瓦的太阳能光热电站投入运行,2010年还会再新增3座。这几座电站若能如期建成,美国在世界聚光光热发电领域的领先地位将更加巩固。
西班牙目前的总装机容量达330兆瓦,仅次于美国。西班牙的远期规划是在2020年达到2万兆瓦的装机容量。2009年,西班牙预登记的太阳能光热发电项目达57个,预计在2013年投入运营。照这样的趋势,2013年,西班牙的光热发电规模将超越美国。
2009年7月,欧洲各国联合启动“欧洲沙漠行动”,各国政府和企业计划在未来十年内投资4000亿欧元,在撒哈拉沙漠地区建立庞大的光热电站,该项目至少将满足全欧洲15%的电力需求。
由于光伏产业尤其是晶硅太阳能,在发展过程中会带来高能耗、高污染等问题,很多国家和地区已经开始鼓励光热发电,限制光伏发电。美国加州的规划是要求到2030年,光热发电与光伏发电的装机比例为4∶1。
太阳能热发电的四种技术形式,相比之下各有优劣。像以美国为主的槽式电站最长的运行了将近三十年,说明槽式光热发电技术的可靠性已经经受住了时间的考验,技术最为成熟;而塔式发电系统发电效率较高,但占地面积较大,目前主要用于边远地区的小型独立供电;碟式发电效率最高,但存在反射镜局部容易过热等问题;菲涅尔式发电优势明显,投资比槽式发电低45%,占地面积仅为塔式的1/4。
根据国际权威机构2009年统计,目前在全世界运行的槽式太阳能热发电占整个太阳能聚热发电装置的88%,占在建项目的97.5%。未来十年,全世界光热发电规模将达到24G瓦,其中槽式太阳能热发电仍占主导地位。特别是欧盟即将在非洲建立的“欧洲沙漠行动”项目,仍将采用成熟的槽式太阳能热发电技术。
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