20世紀(jì)以來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，使人們對(duì)能源的需求量不斷增長(zhǎng)。同時(shí)由于化石能源資源的有限性，以及他們?cè)谌紵�過(guò)程中對(duì)全球氣候和環(huán)境所產(chǎn)生的影響日益為人們所關(guān)注，因此從資源、環(huán)境、社會(huì)發(fā)展的需求來(lái)看，開(kāi)發(fā)和利用新能源和可再生能源是必然的趨勢(shì)。在新能源和可再生能源家族中，太陽(yáng)能是最引人注目，開(kāi)展研究工作最多，應(yīng)用最廣的成員。

    太陽(yáng)能是一種清潔能源，這對(duì)于當(dāng)前人類(lèi)對(duì)環(huán)境污染的重視尤為重要。太陽(yáng)能還屬于無(wú)限的能源。據(jù)專(zhuān)家預(yù)測(cè)，太陽(yáng)的壽命有600億年，而地球的壽命只有50億年，因此太陽(yáng)能相對(duì)于我們?nèi)祟?lèi)來(lái)說(shuō)是無(wú)限的。而且它也不受任何人的控制和壟斷。這些優(yōu)點(diǎn)都是常規(guī)能源所無(wú)法比擬的。當(dāng)然太陽(yáng)能也有不足的地方，比如太陽(yáng)輻射的強(qiáng)度受到氣候、晝夜、緯度、季節(jié)、海拔的影響，往往需要配備儲(chǔ)能設(shè)備。又如它的能流密度低，實(shí)際利用時(shí)需要較大的太陽(yáng)能收集裝置，占地面積大，投資大。這些因素也都制約了太陽(yáng)能的利用。

    到本世紀(jì)以來(lái)，隨著新材料的應(yīng)用、電子技術(shù)等高科技的高速發(fā)展，為太陽(yáng)能的有效利用提供了條件。人們將太陽(yáng)能輻射通過(guò)收集和轉(zhuǎn)換變?yōu)榭芍苯永�用的能源，使太�?yáng)能的利用得到相當(dāng)大的發(fā)展。其中利用太陽(yáng)能發(fā)電就是對(duì)太陽(yáng)能最好的利用。

    目前太陽(yáng)能發(fā)電有兩種方法。一種是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為熱能，然后按常規(guī)方式發(fā)電，稱(chēng)為太陽(yáng)能熱發(fā)電。另一種是通過(guò)光電器件利用光生伏打原理將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為電能，稱(chēng)為太陽(yáng)能光伏發(fā)電。

    一、 太陽(yáng)能熱發(fā)電

    1、太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)

    太陽(yáng)能熱發(fā)電也叫做太陽(yáng)能聚光發(fā)電，是將太陽(yáng)輻射從面積上濃縮產(chǎn)生高溫發(fā)電的裝置。由于太陽(yáng)光聚集后可以產(chǎn)生高溫，因此該技術(shù)用于與熱發(fā)電機(jī)相連來(lái)構(gòu)成發(fā)電系統(tǒng)。太陽(yáng)能聚光技術(shù)最早可以追溯到140年前(D.Mills,2003),Mouchot和Pifre于1882年在法國(guó)所做的研究工作。其后，在1888年Ericsson，1901年Eneas，1913年Shuman和1968年Francia在該方面也進(jìn)行了大量的研究工作。最值得一提的是在上世紀(jì)80年代，由于70年代的石油危機(jī)，太陽(yáng)能熱發(fā)電得到了重視，一批大規(guī)模的太陽(yáng)聚光器在世界各國(guó)安裝。如發(fā)電總功率354MW的槽式太陽(yáng)能熱電站在美國(guó)加洲建成，在十幾年間已經(jīng)發(fā)電超過(guò)5000GWh。

    當(dāng)前太陽(yáng)能熱發(fā)電按照太陽(yáng)能采集方式可劃分為（1）太陽(yáng)能槽式發(fā)電；（2）太陽(yáng)能碟式發(fā)電；（3）太陽(yáng)能塔式發(fā)電；

    （1） 太陽(yáng)能槽式發(fā)電

    槽式發(fā)電是最早實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)。它采用大面積的單軸槽式太陽(yáng)能追蹤采光板，通過(guò)對(duì)太陽(yáng)光的聚焦，把太陽(yáng)光聚集到安裝在拋物線形反光鏡焦點(diǎn)上的線形接收器上，并加熱流過(guò)接收器的熱傳導(dǎo)液，使熱傳導(dǎo)液汽化，同時(shí)在能量區(qū)的熱轉(zhuǎn)換設(shè)備中產(chǎn)生高壓、過(guò)熱的蒸汽，然后送入常規(guī)的蒸氣渦輪發(fā)電機(jī)內(nèi)進(jìn)行發(fā)電。通常接收太陽(yáng)光的采光板采用模塊化布局，許多采光板通過(guò)串并聯(lián)的放置，均勻的分布在南北軸線方向。為了保證發(fā)電的穩(wěn)定性，通常在發(fā)電系統(tǒng)中加入化石燃料發(fā)電機(jī)。當(dāng)太陽(yáng)光不穩(wěn)定的時(shí)候，化石燃料發(fā)電機(jī)補(bǔ)充發(fā)電，來(lái)保證發(fā)電的穩(wěn)定性和實(shí)用性。

    一些國(guó)家已經(jīng)建立起示范裝置，對(duì)槽式發(fā)電技術(shù)進(jìn)行深入的研究。到2000年，隨著先進(jìn)技術(shù)和設(shè)計(jì)的提出，減少了槽式發(fā)電在熱收集方面的損耗和電的寄生效應(yīng)，使槽式發(fā)電得到了較大的提高�？墒挂粋�(gè)80MW的發(fā)電站的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到12.9%。

    當(dāng)前，隨著熱能存儲(chǔ)設(shè)備的加入，可使槽式發(fā)電的效率比最初提高7%。熱能存儲(chǔ)設(shè)備可以存儲(chǔ)剩余的熱量，保證發(fā)電的平穩(wěn)，同時(shí)它也為獨(dú)立的太陽(yáng)能發(fā)電提供了保障。有了熱能存儲(chǔ)設(shè)備的加入，可使一個(gè)80MW的發(fā)電站的光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到13.8%。

    當(dāng)前正在發(fā)展的技術(shù)方向?yàn)橹闭羝�（DSG）技術(shù)。典型的PTC發(fā)電廠動(dòng)力范圍為30-150MW，工作溫度約為400°C。 

    （2） 太陽(yáng)能碟式發(fā)電

    碟式發(fā)電是目前利用太陽(yáng)能發(fā)電效率最高的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，最高可達(dá)到29.4％[1]。因此它有潛力成為最廉價(jià)的利用太陽(yáng)能發(fā)電的系統(tǒng)。它利用雙軸跟蹤技術(shù)，采用一組反光鏡聚集太陽(yáng)光，同時(shí)利用接收器進(jìn)行有效地?zé)徂D(zhuǎn)變工作，之后利用常規(guī)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。通常接收器的接收面被放置于聚光焦點(diǎn)的后面以減小激烈的高溫熔化。

    碟式發(fā)電系統(tǒng)具有高效率、多功能、可和化石燃料混合發(fā)電等特點(diǎn)。高效率來(lái)自于它的低成本和高能量密度。和其它太陽(yáng)能技術(shù)比較依賴(lài)場(chǎng)地和高費(fèi)用來(lái)說(shuō),碟式發(fā)電每MW大約需要1.2到1.6公頃的占地。對(duì)于系統(tǒng)的安裝成本，盡管當(dāng)前為＄12000/kW，但是由于它具有的高效率,因此潛力巨大[2]。同時(shí)碟式發(fā)電系統(tǒng)功率較小，一般為5～50kW，因此它即可以單獨(dú)分散發(fā)電，也可以組成較大的發(fā)電系統(tǒng)。研究表明，碟式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)在空間上的應(yīng)用，與光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，具有氣動(dòng)阻力低、發(fā)射質(zhì)量小和運(yùn)行費(fèi)用便宜等優(yōu)點(diǎn)，因此目前世界各國(guó)也都在對(duì)碟式發(fā)電進(jìn)行積極的研究和利用。

    (3) 太陽(yáng)能塔式發(fā)電

    太陽(yáng)能塔式發(fā)電又叫做高溫太陽(yáng)能熱發(fā)電，它利用獨(dú)立跟蹤太陽(yáng)光的定日鏡群把太陽(yáng)光聚集到塔頂?shù)哪芰哭D(zhuǎn)換器（接收器）上，通過(guò)能量的轉(zhuǎn)換把熱量傳遞給熱傳導(dǎo)液，再由蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽帶動(dòng)蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能，同時(shí)利用冷卻塔進(jìn)行冷卻再進(jìn)入接收器進(jìn)行循環(huán)發(fā)電。塔式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)是利用定日鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)光的反射和聚集，由于塔式發(fā)電系統(tǒng)中定日鏡的數(shù)量眾多，因此可實(shí)現(xiàn)大功率的發(fā)電，實(shí)際應(yīng)用上可達(dá)到30-400MW之間。而且接收器的散熱面積相對(duì)較小，因而可以得到較高的光電轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)由于儲(chǔ)能槽的加入，使系統(tǒng)可以一天內(nèi)連續(xù)發(fā)電13小時(shí)。
在美國(guó)的西南部，由于充足的日照強(qiáng)度和相對(duì)便宜的土地價(jià)格，使這里成為了建設(shè)塔式發(fā)電站的理想?yún)^(qū)域，同樣北非、墨西哥、南美、中東和印度等地，也都是理想的塔式發(fā)電站建設(shè)地[3]。

    2、太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展與展望

    1950年，前蘇聯(lián)設(shè)計(jì)了世界上第一座太陽(yáng)能塔式電站，建造了一個(gè)小型試驗(yàn)裝置。70年代，太陽(yáng)能電池價(jià)格昂貴，效率較低。相對(duì)而言，太陽(yáng)能熱發(fā)電效率較高，技術(shù)比較成熟，因此當(dāng)時(shí)許多工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家都將太陽(yáng)能熱發(fā)電作為重點(diǎn)，投資興建了一批試驗(yàn)性太陽(yáng)能熱發(fā)電站。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，從1981～1991年，全世界建造的太陽(yáng)能熱發(fā)電站（500kw以上）約有20余座，發(fā)電功率最大達(dá)80MW。

   80年代中期，人們對(duì)建成的太陽(yáng)能熱發(fā)電站進(jìn)行技術(shù)總結(jié)后認(rèn)為，雖然太陽(yáng)能熱發(fā)電在技術(shù)上可行，但投資過(guò)大，且降低造價(jià)十分困難，所以各國(guó)都改變了原來(lái)的計(jì)劃，使太陽(yáng)能熱發(fā)電站的建設(shè)逐漸冷落下來(lái)。正當(dāng)人們懷疑太陽(yáng)能熱發(fā)電的時(shí)候，美國(guó)和以色列聯(lián)合組成的LUZ太陽(yáng)能熱發(fā)電國(guó)際有限公司，自1980年開(kāi)始進(jìn)行太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)研究，開(kāi)發(fā)槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)，并成功地進(jìn)入了商品化階段。于1985年至1991年間在美國(guó)加州沙漠建成了9座槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電站，總裝機(jī)容量達(dá)到了353.8MW[4]。并使發(fā)電成本逐漸下降，預(yù)期能達(dá)到5～6美分／kWh。

    LUZ熱發(fā)電站的成功實(shí)踐，激發(fā)起人們對(duì)太陽(yáng)能熱發(fā)電繼續(xù)進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)的熱情。為此，以色列、德國(guó)和美國(guó)幾家公司進(jìn)行合作，繼續(xù)推動(dòng)太陽(yáng)能熱發(fā)電的發(fā)展，并成功的在美國(guó)內(nèi)華達(dá)州建造了兩座80MW槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電站，兩座100MW太陽(yáng)能與燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)電站，在西班牙和摩洛哥分別建造了135MW和180MW太陽(yáng)能熱發(fā)電站各一座。

    我國(guó)對(duì)太陽(yáng)能熱發(fā)電領(lǐng)域的研究也逐漸重視起來(lái)。在“六五”期間建立了一套功率為lkW的太陽(yáng)能塔式熱發(fā)電模擬裝置和一套功率為lkW的平板式太陽(yáng)能低溫?zé)岚l(fā)電模擬裝置。此外，我國(guó)還與美國(guó)合作設(shè)計(jì)并試制成功功率為5kW的碟式太陽(yáng)能發(fā)電裝置樣機(jī)。并在2005年與以色列合作，在江蘇省南京市建成了第一座功率為75kW的太陽(yáng)能塔式熱發(fā)電示范電站，并成功運(yùn)行發(fā)電。

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