中国工程热物理学会理事长徐建中院士在SolarPACES大会上的主题发言：太阳能热发电的技术挑战

尊敬的女士们、先生们，

早上好！

非常高兴能和大家在此庆祝solarPACES盛会!太阳能热发电当前已经得到了举世瞩目的快速发展，但是今后还有很多技术工作需要我们继续去做，所以今天我的报告题目就是《太阳能热发电的技术挑战》。

太阳能热发电技术，通常都是采用聚光系统将太阳直射辐射反射汇聚到吸热器表面，太阳能首先转换为热能，并以热能的形式储存，然后通过汽轮机、燃气轮机等热力循环过程，热能转换为机械能，机械能进一步转换为电能。凭借储热系统，太阳能热发电技术可以实现夜间持续发电。太阳能热发电的基本物理过程与常规火力发电的区别仅存在于热能的获取方式不同。当高品质的热能获取之后，太阳能热发电的热电转换过程与常规火电站完全相同，再加上其根据需求配置的储能系统，可以实现稳定且连续的电力输出，因此它输出电的品质是有保证的。

太阳能热发电的主要技术形式有菲涅耳式、塔式、槽式、碟式四种，区别主要在于集热形式有所不同，发电的基本物理过程基本相同。

所有的可再生能源利用面临的主要问题，归根到底都是成本问题。对于太阳能热发电技术来说，最主要的目标就是提高经济性。从太阳能收集到热能传递，再到热电转换，每个环节都涉及部件、系统和过程，这些都是最终发电成本的主要构成。

太阳能热发电的核心技术问题是从太阳能的非稳态输入到电力的稳定输出。要实现这个过程，必须有储热系统或者可调控的辅助能源来支撑。在此过程中，系统调控技术尤为重要。

当前太阳能热发电的技术挑战主要存在以下两方面：

首先是储热技术发展较为缓慢。当前在太阳能热发电站中得到较大范围应用的主要是双罐熔融盐储热技术，有过较大系统运行的还有高温陶瓷储热技术，但是这两种技术都只是利用了储热材料的显热储热，储热密度不会很高。能够大幅提升储热密度的是相变储热和化学储热技术，分别利用了储热材料的潜热和化学反应热。但是这两种技术目前均处于研究阶段，距离大规模商业化应用还比较远。

太阳能热发电的另一个技术挑战在于聚光环节，集热效率的提升存在较大难度。例如，槽式聚光器的聚光比的提高受到几何光学的限制；塔式太阳能热发电又因为受到余弦效率的限制，致使大容量电站的聚光效率难以提高；槽式真空吸热管中的选择性吸收涂层材料的耐高温性能提升也有很大难度；更高温度参数的承压式空气吸热器可靠性目前还不够高。

面对上述技术挑战，目前我们可以采取的解决途径有如下几条：

第一是提高太阳能热发电系统的稳定性。由于在启动过程、云遮以及电网调度的过程中会带来太阳能热发电系统的不稳定，需要通过太阳能热发电系统各单元的控制问题的解决来实现热发电系统的稳定运行。同时，也需要通过解决储热问题，保障热能供应，实现太阳能热发电系统的连续发电。

第二是提高储热材料的性能。有必要开发导热性能好、储热密度高、热稳定性好的中高温储热材料；有必要对储热材料固液相变过程中的动态传热规律和强化机理开展研究；有必要针对具有间歇性和非稳态特征热源的中高温储热系统，开展从集成设计到动态调控与优化的研究工作；有必要研究利用结晶水合物、无机氢氧化物、金属氢化物和氨化物反应热的可控的化学储热过程。

第三是提高高温吸热器的可靠性。具体可以研究非稳态、非均匀高热流密度条件下不同传热工质的耦合传热规律；研究太阳能到热能的高效可控转换方法；研究不同吸热器结构的光热转换规律和效率；研究吸热器内部热应力分布规律，分析非均匀高热流密度下吸热器材料的塑性破坏和蠕变破坏机理，建立吸热器寿命的预测方法。

谢谢大家！