【光辉岁月·贰】光热发电的工程之美

【光辉岁月·贰】光热发电的工程之美作者介绍张亦弛


　　张亦弛，男，先后在清华大学材料系获取了学士和博士学位，现在在清华大学能源互联网创新研究院从事能源互联网政策战略与技术发展的研究。光热发电是收集太阳能并转化为热能用于发电的技术。目前，其平准化度电成本还比较高。示范项目的运行情况将在很大程度上决定其发展前景。

前言
中国的泰坦巨人——夸父，尽饮河、渭，最终仍然败给了炽热的太阳。将光能转化为热能储存与使用，早有了太阳能热水器这种已经走入千家万户的高效应用。

　　收集并储存起来的热量当然可以用来发电。按照卡诺循环的基本理论，在环境温度不变的情况下，提高工质温度，就可以获得更高的理论转换效率。

　　一次能源是可再生能源，规模总量上限非常大，电网友好，可作为基础负荷和调峰电源——这就是快速发展中的光热发电技术。

　　1、槽式技术
BBC用纪录片Mega structure- man made sun（个人觉得此纪录片效果很赞，强烈推荐）向我们展示了可为拉斯维加斯超过1.3万个家庭供电，装机容量6.4万千瓦（64MW）的“内华达一号”光热电站的工程之美，同时也展示了光热发电相对最成熟的技术路线-槽式技术。槽式光热电站用抛物面反射镜聚焦阳光加热真空集热管，最终产生高温高压蒸汽用于发电。

　　槽式技术的主要问题包括较高的基建成本和较低（约15%）的能量利用率。其中，能量利用率较低是由较低的聚光比和较低的工质温度（400度以下）决定的。这也说明，槽式技术的未来前景可能不如其替代技术——塔式技术。


　　美国“内华达一号”槽式光热电站。图片来源：BBC纪录片，Mega structure- man made sun）

　　2、塔式技术
为了突破槽式技术工质温度较低的桎梏，业界开始发展聚光比更高的塔式技术。从示意图中就可以清楚地看到，所有处于工作状态下的精密反射镜对准了高塔的顶端，把传说中阿基米德指挥克里特岛的居民烧毁罗马战舰的故事变为现实。塔式光热电站的工质选用熔融硝酸盐类，温度可达500度以上，带来了20%甚至更高的实际转换效率。

　　塔式技术的主要缺点是双轴阳光跟踪系统价格昂贵，运维成本与材料成本也都耗资不菲，但放眼长远，这些缺点并不足以抵消转换效率的天然优势。我们有理由相信，塔式技术将是未来光热电站的主流技术。


　　（美国“新月沙丘”塔式光热电站。图片来源：网络）