太陽能熱發電是利用集熱器將太陽輻射能轉換成熱能并通過熱力循環過程進行發電,是太陽能熱利用的重要方面.80年代以來美、歐、澳等國相繼建立起不同型式的示范裝置,促進了熱發電技術的發展.世界現有的太陽能熱發電系統大致有三類:槽式線聚焦系統、塔式系統和碟式系統.

1)槽式線聚焦系統

該系統是利用拋物柱面槽式反射鏡將陽光聚焦到管狀的接收器上,并將管內傳熱工質加熱,在換熱器內產生蒸汽,推動常規汽輪機發電.Luz公司1980年開始開發此類熱發電系統,5年后實現了商業化.1985年起先后在美國加州的Mojave沙漠上建成9個發電裝置,總容量354MW,年發電總量10.8億kWh.9個電站都與南加州愛堤生電力公司聯網.隨著技術不斷發展,系統效率由起初的11.5% 提高到13.6%.建造費用由5976美元/kW降低到3011美元/kW,發電成本由26.3美分/kWh降低到12美分/kWh.

2)塔式系統

塔式太陽能熱發電系統的基本型式是利用一組獨立跟蹤太陽的定日鏡,將陽光聚焦到一個固定在塔頂部的接收器上,用以產生高溫.

80年代初,美國在南加州建成第一座塔式太陽發電系統裝置-Solar One.起初,太陽塔采用水-蒸汽系統,發電功率為10MW.1992年,Solar One經過改裝,用于示范熔鹽接收器和儲熱系統.由于增加了儲熱系統,使太陽塔輸送電能的負載因子可高達65%.熔鹽在接收器內由288℃加熱到565℃,然后用于發電.第二座太陽塔Solar Two于1996年開始發電,計劃試運行三年,然后進行評估.Solar Two發電的實踐不僅證明熔鹽技術的正確性,而且將進一步加速30-200MW范圍的塔式太陽能熱發電系統的商業化.

以色列Weizmanm科學研究所最近正在對塔式系統進行改進.利用一組獨立跟蹤太陽的定日鏡,將陽光反射到固定在塔的頂部的初級反射鏡——拋物鏡上,然后由初級反射鏡將陽光向下反射到位于它下面的次級反射鏡——復合拋物聚光器(CPC),最后由CPC將陽光聚焦在其底部的接收器上.通過接收器的氣體被加熱到1200℃,推動一臺汽輪發電機組,500℃左右的排氣再用于推動另一臺汽輪發電機組,從而使系統的總發電效率可達到25-28%.由于次級反射鏡接收到很強的反射輻射能,因而CPC必須進行水冷.整個實驗仍處于安裝、調試階段.

3)碟式系統

拋物面反射鏡/斯特林系統是由許多鏡子組成的拋物面反射鏡組成,接收器在拋物面的焦點上,接收器內的傳熱工質被加熱到750℃左右,驅動發動機進行發電.

美國熱發電計劃與Cummi 公司合作,1991年開始開發商用的7kW碟式/斯特林發電系統,5年投入經費1800萬美元.1996年Cummi 向電力部門和工業用戶交付7臺碟式發電系統,計劃1997年生產25臺以上.Cummi 預計10年后年生產超過1000臺.該種系統適用于邊遠地區獨立電站.

美國熱發電計劃還同時開發25kW的碟式發電系統.25kW是經濟規模,因此成本更加低廉,而且適用于更大規模的離網和并網應用.1996年在電力部門進行實驗,1997年開始運行.

由于碟式/斯特林系統光學效率高,啟動損失小,效率高達29%,在三類系統中位居首位.

4)三種系統性能比較

三種系統目前只有槽式線聚焦系統實現了商業化,其他兩種處在示范階段,有實現商業化的可能和前景.三種系統均可用單獨使用太陽能運行,也可安裝成燃料混合系統,其性能比較如表3-5所示.

我國太陽能熱發電技術的研究開發工作早在70年代末就開始了,但由于工藝、材料、部件及相關技術未得到根本性的解決,加上經費不足,熱發電項目先后停止和下馬.國家“八五”計劃安排了小型部件和材料的攻關項目,帶有技術儲備性質,目前還沒有試驗樣機,與國外差距很大.