曾經由于成本過高而被市場唾棄的太陽能熱發(fā)電,如今再次成為市場熱點
作者:吳治永
來源:無所不能
原標題:一文看清光熱發(fā)電的真相

中國太陽能和風能資源豐富地區(qū)遠離用電負荷中心、風電和光伏過快增長以及其電能品質自身具有波動性的問題,使得各地棄風、棄光問題日益突出。于是,曾經由于成本過高而被市場唾棄的太陽能熱發(fā)電,如今再次成為市場熱點。那么,在與激烈的可再生能源競爭中,太陽能光熱發(fā)電乃英雄爾?
太陽能熱發(fā)電基本原理
我們絕大多數(shù)人都有過這樣的經歷,在太陽光低下利用凸透鏡聚焦點燃木材、紙張或者香煙,這其實就是太陽能高溫利用最簡單的例子。對太陽能進行大規(guī)模的聚焦,即可收集起來產生高溫熱能,熱能轉換為工質的內能、利用內能驅動機械做功,即可實現(xiàn)發(fā)電。這就是太陽能熱發(fā)電的基本原理。
我們知道,熱機是指各種利用內能做功的機械,按照不同的分類方式有內燃機和外燃機,蒸汽輪機、燃氣輪機和斯特林機等。就太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)來說,根據(jù)聚光系統(tǒng)所采用的聚焦方式,分為線聚焦和點聚焦兩種。線聚焦又分為槽式和菲涅耳式兩種,點聚焦分為塔式和碟式兩種。目前,通常的聚光系統(tǒng)聚焦倍數(shù)10-1000倍,加熱工質溫度可到400℃(導熱油)、560℃(熔融鹽),甚至接近1000℃(金屬、空氣、二氧化碳、氦氣、氫氣等)左右,利用聚光太陽能把工質加熱到高溫,理論上可以實現(xiàn)所有的熱力循環(huán),包括卡諾循環(huán)、布倫頓循環(huán)和斯特林循環(huán)等。由于聚光系統(tǒng)是太陽能熱發(fā)電站的主要特點,因而人們通常稱為槽式、菲涅耳式、塔式和碟式太陽能熱發(fā)電4種方式。
從能量轉換的角度來看,太陽能熱發(fā)電站主要包括光熱轉換和熱功轉換兩個過程。光熱轉換通過聚光系統(tǒng)和吸熱系統(tǒng)實現(xiàn),熱功轉換通過熱機實現(xiàn)。相比其它發(fā)電站形式,太陽能熱發(fā)電站的主要特點有:
1、只利用太陽能輻射的直射輻射部分。根據(jù)不同的氣候環(huán)境,太陽能直射輻射通常占總輻射的比例50-90%。
2、大規(guī)模聚光系統(tǒng)。小到百平方米量級,大至萬平方米量級。太陽能熱發(fā)電站目前只能大規(guī)模利用(碟式斯特林太陽能發(fā)電以百平方米量級的聚光器為模塊),聚光系統(tǒng)占地面積通常以平方公里計。
3、存儲和傳輸工質的管道具有較大熱慣性。由于管道具有熱慣性,即使不采用儲熱,其發(fā)電的電力品質也比較平穩(wěn)。
4、儲熱和補燃。太陽能熱發(fā)電站可以廣泛利用儲熱和化石能源補燃的技術。儲熱會使電站增加10-15%的成本。
相比當下如火如荼的光伏和風電,太陽能熱發(fā)電最大的優(yōu)勢就是電力波動相對較小,這是由于太陽能熱發(fā)電站系統(tǒng)較大的熱慣性(英文Thermalinertia,是指物體由于具有熱容,當其所處環(huán)境溫度瞬間變化時,物體自身的溫度變化具有滯后性)、可采用儲熱(利用大型儲熱罐和儲熱介質把熱量存儲起來。這相當于進一步增大了太陽能熱發(fā)電站的熱慣性)和補燃的原因。熱發(fā)電站系統(tǒng)自身的熱慣性能消除太陽輻照分鐘級的波動,而采用儲熱能消除十分鐘至幾小時級的波動。電力品質相對平穩(wěn)是太陽能熱發(fā)電的最大優(yōu)勢。然而,優(yōu)勢是否會成為勝勢呢?先看下面分析。
作者:吳治永 來源:無所不能
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