黄湘：太阳能热发电面临的重大科学问题及973项目进展

主要介绍了太阳能热发电面临的重大科学问题及973项目进展，重点介绍了太阳能热发电在电网中的定位。传统电网的特点是：1）电力随发随用，不能储存；2）不同的用电体在不同时间段的用电量不同；3）经济发展量增加其动态变化加大；4）必须满足用户随时用电。目前电网的负荷特性是电负荷波动大，能超过50%，因此要求机组铭牌发电量高于最大地区用电量；平均负荷调节范围要大于实际负荷变化范围。电网满足用户的难度越来越大；同时，可再生能源发电增加了电网调节难度；不同电网中的发电形式种类都不同，影响电网的调节能力。实际上，国家经济越发达，电网峰谷差越大。好的发电形式应该是：负荷变化范围大；负荷变化率快；安全性强；效率高；排放低。因此，CSP是非常好的电网调节专用发电形式，CSP是电网欢迎的新技术。中美发电方式对比：1）中美总装机和发电量持平；2）三类中，化石燃料、水和核、可再生能源比例相近；3）不同的发电形式具有不同的负荷调节能力。可见，美国可再生能源的负荷容纳程度比中国大，美国的清洁排放比中国好，中国更需要可再生能源。传统碟式、塔式、槽式形式外，其他太阳能热发电形式多种多样。蓄能的应用、介质的变化，会使太阳能热发电形式变化。有菲涅尔、太阳烟囱、大碟式、益科博等多种发电形式。常规碟式、塔式、槽式形式也有不同的技术流派。影响太阳能热发电能力的三大要素：太阳能热发电的聚光形式；热能-电能能量转换过程中的介质特性；电站成组过程中的系统结构。太阳能热发电站在电网系统中的定位，即储热(能)时间，决定了三种电站形式。1）常规机组：储热1~2小时(水、油)；2）变动负荷机组：储热6~8小时(熔融盐)；3）调峰机组(相当于抽水蓄能)：储热14~16小时(熔融盐)。好的太阳能热发电系统具备的4个特征：能量转化高效率、装置安全可靠运行、系统简单明晰、储能量大转化快。储热是太阳能热发电的最大优点，因此按照储能量的多少，可分为3类：1）无/少蓄热；2）中等时长的蓄热；3）长时间蓄热。无/少蓄热电站，在国际上已经成熟（如槽式发电和联合发电），直接发电，带基本负荷，符合不可调，电网不能调度。中等时长的蓄热电站，国际上正在研究和示范中，并已逐步取得成果并商业化， 6-8小时的蓄热量，直接发电，负荷可调（30%-100%），电网能部分或有条件的调度。长时间蓄热电站，12-16小时的蓄热量，也叫储热蓄能电站，具有调峰能力，可接受当地电网任何时间内的负荷调节要求。CSP电站可以像抽水蓄能电站一样发电和储能，(“储热蓄能”一词来自“抽水蓄能”)，这种发电形式转换效率高，是平面型的“抽水蓄能”电站。与智能化电网配合，既可解决大规模发电问题，又解决负荷调节问题。彻底解决可再生能源如风电弃风和不能上网的难题。太阳能储热蓄能电站可调峰能力即为机组容量，但其发电过程是可再生能源的应用过程，并没有消耗电网中的电量。可再生能源发电中，基本只能承担基本负荷；承担变动负荷的可再生能源少了，而能承担调峰负荷的可再生能源只有具有“储热蓄能”的新型太阳能热发电。

结论： 1）973项目伴随着我国太阳能热发电的发展，从当初的从科学问题入手，到提高效率，提高蓄热能力，降低成本，使设想转化为应用。2）熔融盐的应用解决了储热技术难题。利用蓄热技术，使太阳能24小时连续发电，可根据电网要求按照指定的时间发电。3）利用蓄热技术，可再生能源在不可控的输入条件下，得到了可控的输出特性，满足了电网要求。这是太阳能热发电的优势。4）太阳能热发电是“技术+工程实践=成功”技术积累过程，不但需要理论和计算，更需要实践。太阳能热发电技术的电价空间需要通过工程建设、运行经验的积累得到。(供稿：国家太阳能光热产业技术创新战略联盟)