太阳能热发之碟式太阳能热发电

　　太阳能热发电通常叫做聚光式太阳能发电，与传统发电站不一样的是，它们是通过聚集太阳辐射获得热能，将热能转化成高温蒸汽驱动蒸汽轮机来发电的。当前太阳能热发电按照太阳能采集方式可划分为（1）太阳能槽式发电；（2）太阳能塔式热发电；（3）太阳能碟式热发电。

　　槽式系统是利用抛物柱面槽式反射镜将阳光聚焦到管状的接收器上，并将管内的传热工质加热产生蒸汽，推动常规汽轮机发电；塔式系统是利用众多的定日镜，将太阳热辐射反射到置于高塔顶部的高温集热器(太阳锅炉)上，加热工质产生过热蒸汽，或直接加热集热器中的水产生过热蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电；碟式系统利用曲面聚光反射镜，将入射阳光聚集在焦点处，在焦点处直接放置斯特林发动机发电。这三种太阳能热发电技术都有其自身的特点，优势和缺点，其中一些列在表2-1。

　　表2-1 三种聚光式太阳能电站的发展状况及其优缺点
　　

	槽式	塔式	碟式
发展状况	中、高温过程热，联网发电运运行（最高的单元容量为80MW），总的装机容量为354 MW。	高温过程热，联网运行（最高的单元容量为10MW，另一个10MW的电站正在建设）。	独立的小型发电系统构成大型的联网电站（最高的单元容量为25 kW，目前设计的单元容量为10 kW）。
优点	1.具有商业运行的经验（1.2×10 kWh），潜在的运行温度可达500°C(商业化运行的温度已达到400°C)。 2.商业化的年净效率14 %。 3.最低的材料要求。 4.可以模块化或联合运行 可以采用蓄热降低成本。	1.从中期来看具有高的转化效率和潜在的运行温度超过1000 °C（56 5°C在10MW的电站中实现）。 2.可高温蓄热。 3.可联合运行。	1.非常高的转化效率，峰值效率30 %。 2.可模块化或联合运行。 3.处于实验示范阶段。
缺点	导热油传热工质的使用限制了运行温度只能达到400 °C，只能停留在中温阶段。	处于实验示范阶段，商业化的投资和运行成本需要证实。	商业化的可行性需要证实。大规模生产的预计成本目标需要证实

　　碟式（又称盘式）太阳能热发电系统是世界上最早出现的太阳能动力系统，是目前太阳能发电效率最高的太阳能发电系统，最高可达到29.4％。碟式系统的主要特征是采用碟（盘）状抛物面镜聚光集热器，该集热器是一种点聚焦集热器，可使传热工质加热到750℃左右，驱动发动机进行发电。这种系统可以独立运行，作为无电边远地区的小型电源，一般功率为10~25Kw，聚光镜直径约10~15m；也可用于较大的用户，把数台至十台装置并联起来，组成小型太阳能热发电站。 早在1878年，一个小的太阳能动力站在巴黎建立，该装置是一个小型点聚集太阳能热动力系统，碟式抛物面反射镜将阳光聚焦到置于其焦点处的蒸汽锅炉，由此产生的蒸汽驱动一个很小的互交式蒸汽机运行。1983年美国加州喷气推进试验室完成的碟式斯特林太阳能热发电系统，其聚光器直径为11m，最大发电功率为24.6 kW，转换效率为29%。1901年，美国工程师研制成功7.35 kW的太阳能蒸汽机，采用70平方米的太阳聚光集热器，该装置安装在美国加州做实验运行。1992年，德国一农工程公司开发的一种盘式斯特林太阳能热发电系统的发电功率为9 kW，到1995年3月底，累计运行了17000h，峰值净效率20%，月净效率16%，该公司计划用100台这样的发电系统组建一座1MW的碟式太阳能热发电示范电站。

　　美国热发电计划与Cummins公司合作，1991年开始开发商用的7千瓦碟式/斯特林发电系统，5年投入经费1800万美元。1996年Cummins向电力部门和工业用户交付7台碟式发电系统，计划1997年生产25台以上。Cummins预计10年后生产超过1000台。该种系统适用于边远地区独立电站。

　　美国热发电计划还同时开发了25千瓦的碟式发电系统。25千瓦是经济规模，因此成本更加低廉，而且适用于更大规模的离网和并网应用。1996年在电力部门进行实验，1997年开始运行。下表为世界太阳能碟式热发电站列表。
　　

名称	地点	发电功率 （kW）	采光口面 积（m）	反射镜类型	工作介质
Vanguard	美国	25	91	平面玻璃镜	氢
NcDonnel	美国	25	91	平面玻璃镜	氢
SBP	沙特	52.5	227	镀银玻璃与钢板结合，张膜结合	氢
SBP	西班牙 德国	9	44.2	镀银玻璃与钢板结合，张膜结合	氢
Cummins CPG	美国	7.5	41.5	镀铝塑料与钢板结合，张膜结合	氢
Aisin/Miyako	日本	8.5	44	镀铝塑料与钢板结合，张膜结合	氢
STM-PCS	美国	25			氢

　　就几种形式的太阳热发电系统相比较而言，塔式热发电系统的成熟度目前不如抛物面槽式热发电系统，而配以斯特林发电机的抛物面盘式热发电系统虽然有比较优良的性能指标，但目前主要还是用于边远地区的小型独立供电，大规模应用成熟度则稍逊一筹。应该指出，槽式、塔式和盘式太阳能热发电技术同样受到世界各国的重视，并正在积极开展工作。美国政府的太阳能热电发展计划并列塔式、槽式和盘式三种热发电技术，目的在于满足不同高层应用的需求。 　　与国外对槽式太阳能热发电技术在材料、设计、工艺及理论方面进行了长达20多年的研究相比，我国太阳能热发电起步较晚。在太阳能热发电领域中，涉及槽式太阳能热发电中的关键技术是聚光集热装置，其中聚光镜片、跟踪驱动装置、线聚焦集热管是实现槽式太阳能顺利发电的三项核心技术。在我国，大力发展槽式太阳能热发电是当前阶段比较符合国内产业发展的方向。我国是世界上最大的低温热水器生产大国，在真空管的技术上已经掌握了国际领先技术，玻璃热弯与镀银技术处于世界先进水平。槽式热发电的产业基础已经存在，上下游产品供应也可以得到保障。其中由德州华园新能源应用技术研究所掌握核心技术参与的，包括国内外数个热发电站依照规格合计可达900MW，这些国内外项目的成功实施，也必将为我国其它地区实施太阳能热发电站提供经验，为我国更多更快建设太阳能热发电站作出贡献。