太阳能热发电之塔式太阳能热发电

　　太阳能热发电通常叫做聚光式太阳能发电，与传统发电站不一样的是，它们是通过聚集太阳辐射获得热能，将热能转化成高温蒸汽驱动蒸汽轮机来发电的。当前太阳能热发电按照太阳能采集方式可划分为（1）太阳能槽式发电；（2）太阳能塔式热发电；（3）太阳能碟式热发电。

　　槽式系统是利用抛物柱面槽式反射镜将阳光聚焦到管状的接收器上，并将管内的传热工质加热产生蒸汽，推动常规汽轮机发电；塔式系统是利用众多的定日镜，将太阳热辐射反射到置于高塔顶部的高温集热器(太阳锅炉)上，加热工质产生过热蒸汽，或直接加热集热器中的水产生过热蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电；碟式系统利用曲面聚光反射镜，将入射阳光聚集在焦点处，在焦点处直接放置斯特林发动机发电。这三种太阳能热发电技术都有其自身的特点，优势和缺点，其中一些列在表2-1。

　　表2-1 三种聚光式太阳能电站的发展状况及其优缺点
　　

	槽式	塔式	碟式
发展状况	中、高温过程热，联网发电运运行（最高的单元容量为80MW），总的装机容量为354 MW。	高温过程热，联网运行（最高的单元容量为10MW，另一个10MW的电站正在建设）。	独立的小型发电系统构成大型的联网电站（最高的单元容量为25 kW，目前设计的单元容量为10 kW）。
优点	1.具有商业运行的经验（1.2×10 kWh），潜在的运行温度可达500°C(商业化运行的温度已达到400°C)。 2.商业化的年净效率14 %。 3.最低的材料要求。 4.可以模块化或联合运行 可以采用蓄热降低成本。	1.从中期来看具有高的转化效率和潜在的运行温度超过1000 °C（56 5°C在10MW的电站中实现）。 2.可高温蓄热。 3.可联合运行。	1.非常高的转化效率，峰值效率30 %。 2.可模块化或联合运行。 3.处于实验示范阶段。
缺点	导热油传热工质的使用限制了运行温度只能达到400 °C，只能停留在中温阶段。	处于实验示范阶段，商业化的投资和运行成本需要证实。	商业化的可行性需要证实。大规模生产的预计成本目标需要证实

塔式太阳能热发电是采用大量的定向反射镜(定日镜)将太阳光聚集到一个装在塔顶的中央热交换器(接受器)上，接受器一般可以收集100MW的辐射功率，产生1100°C的高温。 　

　　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。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。
 
　　塔式太阳能热发电技术最初用蒸汽，它可以直接推动汽轮机发电；但是由于太阳能随气候变化不定，因此蒸汽参数很难控制，而且热量损失大。上世纪90年代初，美国发明了一种盐塔式太阳能热发电装置，它改用盐熔液作为热载体并建立了一个10MW实验电站，所用的盐熔体由硝酸钾、硝酸钠和氯化钠的混合物构成，价格低廉、热传导性良好，可以在常压下储存在大型容器里；但是由于熔盐有相对高的凝固点（120°C~140°C）所流经的管路在系统启动时要进行预热。上世纪80年代后期，还有人提出采用空气作为热载体；空气的热传导性虽然不好，但它的工作温度范围大、操作简单、无毒性，不仅能和蒸汽驱动的汽轮机相连，还可以直接利用高温空气驱动燃气轮机，效率更高；在这种方案中，聚焦的光线被投射到一种透气材料（例如一种金属丝编织物），空气从这种被加热的材料中通过，由于空气和这种集热材料的接触面很大，故传热很快，效率很高，而且可以把空气加热到700°C的高温。
 
　　在盐塔式太阳能热利用发电站里，熔盐通过泵从冷盐储存器输送到接受器中加热，温度从265°C升到565°C，然后送到热盐储存器里，通过热交换产生蒸汽，放热冷却后又重新回到冷盐储存器里。1996年至1999年间美国建造的两个10MW电站的运行结果表明，这种设备对技术故障的承受能力很差，但都能找到解决的办法。例如为防止腐蚀，在接受器管路中使用了新材料；又如盐循环系统中使用潜水泵可简化控制系统，减少价格昂贵且容易发生故障的阀门，保证排空系统正常运行，减少故障发生。这两个电站的定日镜由于长期使用和早期制造水平不高，目前已出现一系列问题，新型的更大的定日镜正在研制中。美国最近研制和试验成功的新部件使人们相信，盐塔式太阳能热发电完全可能商业化。