浅述太阳能热发电技术发展史

　　太阳能热发电技术，即把太阳辐射热转抵达成电能的发电技术。它包括两大类：一类是利用太阳热能直接发电，如半导体或金属材料的温差发电、真空器件中的热电子和热离子发电以及碱金属热发电转换和磁流体发电等，这类发电的特点是发电装置本体没有活动部件，但此类发电量小，有的方法尚处于原理性试验阶段。另一类是将太阳热能通过热机带动发电机发电，其基本组成与常规发电设备类似，只不过其热能是从太阳能转换来。

　　在一个世纪前的1878年一年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，盘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。1901年，美国工程师研制成功7350W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。1950年，原苏联设计了世界上第一座塔式太阳能热发电站的小型实验装置，对太阳能热发电技术进行了广泛的、基础性的探索和研究。1952年，法国国家研究中心在比利牛斯山东部建成一座功率为1MW的太阳炉。

　　1973年，世界性石油危机的爆发刺激了人们对太阳能技术的研究与开发。相对于太阳能电池的价格昂贵、效率较低，太阳能热发电的效率较高、技术比较成熟。许多工业发达国家，都将太阳能热发电技术作为国家研究开发的重点。从1981-1991年10年间，全世界建造了装机容量500kW以上的各种不同形式的兆瓦级太阳能热发电试验电站20余座，其中主要形式是塔式电站，最大发电功率为80MW。由于单位容量投资过大，且降低造价十分困难，因此太阳能热发电站的建设逐渐冷落下来。

　　对塔式太阳能热发电的研究开发并未完全中止。1980年美国在加州建成太阳I号塔式太阳能热发电站，装机容量10MW。经过一段时间试验运行后，在此基础上又建造了太阳II号塔式太阳能热发电站，并于1996年1月投入试验运行。

　　20世纪80年代初期，以色列和美国联合组建了LUZ太阳能热发电国际有限公司。从成立开始，该公司集中力量研究开发槽式抛物面聚光反射镜太阳能热发电系统。从1985年-1991年的6年间，在美国加州沙漠相继建成了9座槽式太阳能热发电站，总装机容量353.8MW，并投入网营运。经过努力，电站的初次投资由1号电站的4490美元/KW降到8号电站的2650美元/kW，发电成本从24美分/ KWh降到8美分/KWh。该公司计划到2000年，在加州建成总装机容量达800MW的槽式太阳能热发电站，发电成本降至5-6美分/KWh。这一进展，经济上已可与常规热力发电相竞争，由于1991年LUZ公司宣告破产而使该计划中断停止。

　　为继续推动太阳能热发电的发展，以色列、德国和美国几家公司进行使用，他们计划在美国内华达州建造两座80MW槽式太阳能热电站，两座100MW太阳能与燃气轮机联合循环电站。在西班牙和摩洛哥分别建造135MW和18MW太阳能热发电站各一座。

　　盘式（又称碟式）太阳能热发电系统是世界上最早出现的太阳能动力系统。近年来，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。近年来，盘式太阳能热发电系统主要开发单位功率质量比更小的空间电源。盘式太阳能热发电系统应用于空间，与光伏发电系统相比，具有气动阻力低、发射质量小和运行费用便宜等优点，美国从1988年开始进行可行性研究，计划在近期进行发射试验。

　　例如，1983年美国加州喷气推进试验室完成的盘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%。1992看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MW的盘式太阳能热发电示范电站。

　　盘式（又称碟式）太阳能热发电系统（抛物面反射镜/斯特林系统）是由许多镜子组成的抛物面反射镜组成，接收在抛物面的焦点上，接收器内的传热工质被加热到750℃左右，驱动发动机进行发电。

　　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年后年生产超过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。

　　以上三种系统性能比较。三种系统目前只有槽式线聚焦系统实现了商业化，其他两种处在示范阶段，有实现商业化的可能和前景。三种系统均可单独使用太阳能运行，安装成燃料混合（如与天然气、生物质气等）互补系统是其突出的优点。

　　太阳池太阳能热发电最早是在以色列进行研究开发的。20世纪70年代，以色列在死海沿岸先后建造了3座太阳池太阳能热发电站，以提供其全国1/3用电量的需求。美国也曾计划将加州南部萨尔顿海的一部分建成太阳池，用以建造800-600MW太阳池太阳能热发电站。后来，以色列和美国均对其太阳池热发电计划作了改变。

　　1983年，西班牙建成一座太阳热气流（即太阳烟囱太阳能热发电站），发电功率50kW，用于进行探索性试验研究。

　　以上5种为主要的太阳能热发电方式。此外，以色列和美国还曾计划建造太阳能磙流体热发电装置。还有一些国家开展了太阳能海水温差发电、太阳能热离子发电等研究。国际能源署（IEA）和以美国、俄国、德国、以色列、澳大利亚、瑞士、西班牙七团作为执行委员会的太阳能热动力和太阳化学能系统计划（Solar PACES Program），首先就是发展太阳能热发电系统。

　　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。

　　在国内，随着太阳能利用技术的迅速发展，从20世纪70年代中期开始，中国一些高等院校和中科院电工研究所等单位和机构，也对太阳能热发电技术做了不少应用性基础实验研究，并在天津建造了一套功率为1kW的塔式太阳能热发电模拟实验装置，在上海建造了一套功率为1kW的平板式低沸点工质太阳能热发电模拟实验装置。

　　在北京，中科院电工研究所对槽式抛物面反射镜太阳能热发电用的槽式抛物面聚光集热泪盈眶器也作了不少单元性试验研究。目前，中科院电工研究所建立了一套1kW碟式太阳能热发电系统，正在进行实验研究。此外，80年代初，湖南湘潭电机厂与美国公司合作，设计并研制成功率5kW的盘式太阳能热发电装置样机

　　我国太阳能热发电技术的研究开发工作开始于70年代末，但由工艺、材料、部件及相关技术未得到根本性的解决，加上经费不足，热发电项目先后停止和下马。国家“八五”计划安排了小型部件和材料的攻关项目，带有技术储备性质，与国外差距很大。近年来，国外太阳热发电技术发展很快，我国应加快这项技术的引进研制，找准切入点建立示范电厂，以填补国内空白。