(一)什么是太阳能光热发电?
太阳能光【guāng】热发电，是将比【bǐ】较集【jí】中的太【tài】阳光能通过传递【dì】介质转化为热能，然后再转【zhuǎn】化为电能【néng】的【de】技术。一般光热发电系统可以分成四部【bù】分：集热系【xì】统【tǒng】、热传输系统、蓄热与热交【jiāo】换【huàn】系统【tǒng】、发【fā】电系统。
集热系【xì】统，顾名【míng】思义就【jiù】是【shì】聚集太阳能，并将太阳能转换为热能，简而【ér】言之【zhī】就是利用【yòng】太阳【yáng】把集【jí】热工质(编者注：工质即实现热能和机械能相互转化的媒介物质【zhì】)“烤【kǎo】热”。热【rè】传输【shū】系统，是通【tōng】过泵等设备【bèi】将工质输【shū】送给蓄热系统或【huò】热交换系统，传输过【guò】程就是一个【gè】字：“快【kuài】”，以免工质“凉”下来。蓄热和热交换系【xì】统，相当于一个“大电池”和一【yī】座“烧火【huǒ】炉”。
蓄热系统【tǒng】将送来的【de】热量存储下来，热交换系统将工质【zhì】(一般【bān】是水)“烧开”成蒸汽，来推动汽轮【lún】机旋转。发【fā】电系统【tǒng】则类似【sì】常规火力发电系【xì】统，蒸汽驱动【dòng】汽轮机，再带动【dòng】发【fā】电机【jī】发电。
所以，太阳能光热发电经【jīng】历了四【sì】步【bù】能【néng】量转换过程：光能【néng】——热【rè】能(存【cún】起来或者发电)——机械能【néng】(汽轮机【jī】转动)——电能。
光热发电四大系统
光热【rè】发电【diàn】按所加热介质的温度【dù】高低分【fèn】为高温发电和低温发电【diàn】。高【gāo】温太【tài】阳能光热发电都是采用以水蒸气为介质的朗肯循环。而【ér】低温【wēn】太阳【yáng】能发【fā】电是以【yǐ】低沸点有机物【wù】为工质【zhì】的【de】朗肯循环。
朗肯循环
目前国际上光【guāng】热发电【diàn】的主流形式为高【gāo】温光热发电，又可以根【gēn】据集热形式不【bú】同分【fèn】为塔式、槽【cáo】式、碟式【shì】等【děng】种类。
塔式【shì】系统利用多台平面反射【shè】镜(称【chēng】为定光镜)，将太阳光反【fǎn】射【shè】到【dào】中心高塔顶部【bù】的接收【shōu】器【qì】上(下方【fāng】左侧图中发光的部分)，并【bìng】转【zhuǎn】换成热能传给工质。
槽式【shì】系统的聚【jù】光镜为槽型抛物面，一般【bān】成【chéng】串使用【yòng】，细长型的管状集热器【qì】被固定【dìng】在【zài】聚光镜【jìng】的焦点线上，工质在集【jí】热管内被【bèi】加热。目前，国际上已投【tóu】运或在建的光【guāng】热发电【diàn】站中，槽式光热发【fā】电【diàn】系统较多。
碟式【shì】光热发电是利用【yòng】旋【xuán】转抛【pāo】物【wù】面聚光镜将太阳光聚集在集热【rè】器上【shàng】，集热器内的工质被加热从【cóng】而驱动发电机做功发电的一种【zhǒng】发电方式，是目前发【fā】电效率最高的【de】，可达【dá】30%。
塔式、槽式、碟式光热发电
(二)塔式、槽式、碟式，三种技术路线大PK
上文提到了光热【rè】发电的三【sān】大主流形式——塔【tǎ】式、槽【cáo】式、碟【dié】式【shì】系统。下面我们来一探究竟。
1、塔式光热发电系统
塔【tǎ】式【shì】系统的聚光镜一般【bān】是定日镜【jìng】群(编者注：定日镜【jìng】即将太阳【yáng】或其他天体的光线反射到固定方【fāng】向的光学装置【zhì】)，将阳光聚集到一个【gè】固定在接收塔【tǎ】顶【dǐng】部的【de】接【jiē】收器上，接收器上的【de】吸热器吸收由定日镜系统反射【shè】来的高热【rè】流密度辐【fú】射能。
目前，国内外采用的定日镜大多是【shì】镜表面具有微小弧度的平【píng】凹面镜。和其他【tā】两种【zhǒng】不同的是，塔【tǎ】式系统可【kě】通过【guò】熔盐储热【rè】，具有聚光比【bǐ】高、工作温度高【gāo】、热传【chuán】递路程短、热损耗少【shǎo】、系统综合【hé】效率高【gāo】等特点，可实现高精度、大容量、连续【xù】发电【diàn】，适【shì】合大【dà】规模并网发电。
2、槽式光热发电系统
槽式系统因为聚光镜为槽式抛物面【miàn】，所【suǒ】以太阳【yáng】光【guāng】会【huì】聚【jù】焦【jiāo】在一条直线上，即焦线。在这条焦线上安装【zhuāng】管状太阳能集热【rè】器，用来吸收【shōu】聚焦后的太阳辐射能。
其关【guān】键技术在于聚光镜的生产【chǎn】制【zhì】造，以及两个方面的控制【zhì】，一【yī】个是【shì】自动跟踪控【kòng】制，使得【dé】槽式聚光器时刻对准太阳，以保证最大限【xiàn】度【dù】的吸收太阳能，据统计【jì】跟踪比非跟踪所获得的【de】能量要高【gāo】出37.7%。另外一个是【shì】传【chuán】热【rè】液体回路的【de】温度与【yǔ】压力控【kòng】制。
槽式系统聚光后温度可达到400°C左右。
槽式系统原理图
3、碟式光热发电系统
碟式系统为点聚焦，于焦点处的太阳能接收器收集高温热【rè】能，加【jiā】热工质【zhì】，驱动【dòng】发电机【jī】组，或在焦【jiāo】点【diǎn】处【chù】直接放【fàng】置【zhì】太阳能【néng】斯特【tè】林发电装置。这种【zhǒng】系统具有寿命长、效率高、灵活【huó】性强等特点，可【kě】以独立【lì】运行，非常适【shì】合作为边远【yuǎn】地区的小型电源使用。
一【yī】般碟式太阳能【néng】热发电功率为【wéi】10.25kW，聚光镜直径为5.10米【mǐ】。
小型碟式光热发电装置
综合对【duì】比三种技术路线，塔式在大【dà】规模发电中【zhōng】最具有发【fā】展潜力，但是前期单位投资过【guò】大【dà】且降低【dī】造【zào】价很难，缺乏【fá】大规模发电装【zhuāng】置运行的实【shí】际经验;
槽式系统结构相对【duì】简单、技【jì】术较为成熟，商【shāng】业化运营经验丰富，仍【réng】是【shì】当前【qián】光【guāng】热发电的【de】主流路线，但其聚【jù】光比小、系统工作【zuò】温度低、核心部件真空管技术尚未【wèi】成熟、吸热管表【biǎo】面【miàn】选择性涂层性能不稳定等问题仍旧存在;
碟式的热效率最【zuì】高【gāo】，结构紧凑、安装方便【biàn】，非常适【shì】合分布式【shì】小【xiǎo】规模能源系统【tǒng】，但斯【sī】特林热机关键技术难度【dù】大，目前仍处于试验示【shì】范【fàn】阶段。
三种技术路线比较(2013年)
(三)都是利用太阳能，光伏发电和光热发电有啥不一样?
光伏发电【diàn】的原理称【chēng】为“光生伏【fú】特”，就【jiù】是【shì】当太【tài】阳光【guāng】照射【shè】到太阳能电池【chí】上时，电池吸收光能，在电池的【de】两端出现【xiàn】异号电荷积累【lèi】，即产生电压【yā】，引出电极并接上负载，就产生电流【liú】。
光伏电池发电原理与光伏电站系统图
所【suǒ】以，除【chú】了【le】来源【yuán】都【dōu】是太阳，光伏发电和光热发电完全是【shì】两码事。但是【shì】它俩经常被放在一【yī】起比较【jiào】，看【kàn】看【kàn】谁更厉害【hài】。我们今天也来比一比，首先看光伏发电，主要优【yōu】势有：
(1)基本不受地域影响，理论上只要太阳能照到就能装;
(2)不消耗化石能源，无污染，零噪声;
(3)发电过程简单，直接从光能转变成电能，没有中间环节;
(4)占用土地少，如果装在房顶上，占地基本为零;
(5)结构简单，便于搭建，维护成本低。
当然，光伏发电的劣势也很明显：
(1)阴天、晚上没有功率输出;
(2)因【yīn】为没有中间环节导致电能储【chǔ】存成本高，限制了【le】接【jiē】入【rù】电网的规模【mó】;
(3)目前和火电相比效率还是比较低，光伏转换效率不足20%。
再来看光【guāng】热发电【diàn】，它【tā】最大的优势就【jiù】是有【yǒu】中间环节，因为有热能作为【wéi】中间能【néng】源，就【jiù】具有了三大优势：
(1)能【néng】源存【cún】储成本大大降【jiàng】低，热能【néng】存储技术成熟度远高于电能【néng】存储【chǔ】;
(2)随之带来的发电可【kě】调度性【xìng】很高，这一点就很类【lèi】似火电站【zhàn】了，可【kě】以【yǐ】随时根据负荷调【diào】整发电量，平滑地输出【chū】功率;
(3)因为可以平【píng】滑输出，就具备了【le】作为电网旋转【zhuǎn】备用和消峰【fēng】填谷出【chū】力的可能，可【kě】相【xiàng】当于“快速火电机【jī】组+抽水【shuǐ】蓄能机组【zǔ】”。
但是劣势也很明显：
(1)地域【yù】性【xìng】是硬伤【shāng】，光热【rè】发电对工作温度要求高，需要直【zhí】射【shè】光照，所以一般【bān】都建在【zài】沙漠里;
(2)成本高昂【áng】，光热发【fā】电的【de】成本是常规能源发电成本的一倍以上，电站投资成本【běn】是光伏的4倍【bèi】，太【tài】阳能流留密度低【dī】，需要大面积的光学反射装置和昂贵的【de】接收装【zhuāng】置将【jiāng】太阳能直接转换为热能，这一过【guò】程的投【tóu】资成本占【zhàn】整个电站【zhàn】投资的一【yī】半左右，这是导【dǎo】致【zhì】光热发【fā】电【diàn】成【chéng】本【běn】居高不下的最大原因;
(3)技术上仍旧不成熟，这点看商业化程度就可以知道了。
(四)光热发电虽好，但投入实际使用仍任重道远
光热发电技术自上世【shì】纪【jì】50年代诞生至今，经历了多个发展阶段，截【jié】至2015年12月底，全【quán】球已建成【chéng】投运【yùn】的光热电站接近【jìn】5GW。
2006-2015年【nián】，全球太阳能【néng】热发电累计装【zhuāng】机容量，数据来源【yuán】：IRENA
这其中，西班牙【yá】在运光热【rè】电站总装机容【róng】量为2300MW，占全球总装机容量近【jìn】一半，位居世界第一，美国总装【zhuāng】机【jī】量为【wéi】1777MW，位列【liè】世界第【dì】二，两者合【hé】计约占【zhàn】全球光热装【zhuāng】机的88%。
除这两大光热【rè】大国外【wài】，印度、南非、阿联酋【qiú】、阿尔及利亚、摩洛哥等国也在【zài】大力发【fā】展光【guāng】热【rè】太阳能技【jì】术【shù】，中国是世界上第8个掌握大规模光【guāng】热技术的国家【jiā】。
截至【zhì】2015年12月，各【gè】国在运太阳能光热发【fā】电站装【zhuāng】机容量，数据来源【yuán】：IRENA
光热发【fā】电尽管原【yuán】理简单，其能量转换环节却比【bǐ】光伏发电【diàn】复杂很多，涉【shè】及【jí】光学、热学【xué】、电学【xué】、材料学、热【rè】能工程等多个学科的交叉融合，对于不同技术路线，效【xiào】率提升的障碍和路径也有所不同，可以【yǐ】说推广应用【yòng】仍是任【rèn】重道【dào】远【yuǎn】。
但是我们应该看到其发展的巨大前景：
1、与光伏【fú】电站、火电厂【chǎng】联合发电，形成【chéng】互补效【xiào】应。在同【tóng】一个发电区域内平衡光热【rè】和光伏之间的电力生【shēng】产和输送，可【kě】消除光【guāng】伏【fú】的间【jiān】歇性问题【tí】，这两大技术的【de】结合从总体上可有效降低【dī】整【zhěng】体系统的发电成本。
2、建立分布式发电系统，解决偏远山区供【gòng】电问【wèn】题【tí】，碟式系统最适【shì】合，但由【yóu】于其发【fā】电技术还不成【chéng】熟，目前多采用槽式【shì】发【fā】电系【xì】统。
有专业人士指出，国内企业【yè】进军【jun1】光热发电市场【chǎng】，整体产业链已【yǐ】初步【bù】形成：五大电力公司先后跟进太阳能光热发【fā】电。国【guó】内企业在光热产业链上下游【yóu】元件生产方面高速【sù】成长，如大型塔式【shì】电站用【yòng】定日镜的能【néng】力和【hé】产【chǎn】能【néng】，兆瓦【wǎ】级太【tài】阳能塔式热发电站已经试运行【háng】;槽【cáo】式太【tài】阳能热发电方面，已有300°C真空管，目【mù】前【qián】正在【zài】向【xiàng】450°C真空管迈【mài】进。
结语
与光伏发电相比，光热发【fā】电能够【gòu】将太阳的热量保存在工质中进行【háng】存储，在阴天和晚上释【shì】放【fàng】出【chū】来，以实现【xiàn】连续【xù】发【fā】电，一年将有超过【guò】5000小时的【de】满【mǎn】发【fā】运【yùn】行时间【jiān】，可【kě】以在电网中作为一个基础电源来承担调节作用，可以说光热发【fā】电的前景比光伏【fú】发电更好【hǎo】。
不过，前【qián】路【lù】漫【màn】漫，提高关键部件【jiàn】的性能、解决【jué】相关技术【shù】难题、降低商业成本，以及国家政【zhèng】策施行与法律【lǜ】法【fǎ】规的完【wán】善都是不容回避的问题。
