欧盟太阳能热发电战略研究议程2025

欧洲太阳能热发电协会（ESTELA）发布了首个战略研究议程，设定了到2025年欧洲太阳能热发电优先研究的问题，以期实现三大目标：提高效率与降低成本、增强可调度性和提高环境效应。战略研究议程讨论了四种主要的太阳能热发电技术：抛物槽式、塔式、线性菲涅尔式和碟式斯特林系统，还包括相关的交叉问题，如蓄热、混合发电和标准化等。

目前，全球太阳能热发电装机容量已达2GW，还有3GW在建中。大部分电站建在西班牙和美国，其他地区也在考虑发展热发电，北非、印度、中国和南非等已启动了新的项目。到2015年太阳能热发电装机量有望达到10GW。

欧盟成员国在2010年制定的国家可再生能源行动计划中设定了到2020年太阳能热发电装机总计要超过7GW，其中仅西班牙装机目标就超过5GW。由于经济危机影响，目前欧洲各国的补贴形势不太明朗，国家层面正在采取新的措施来协调可再生能源项目的投资计划。考虑到各国政策和电站参数，目前太阳能热发电的固定上网电价在0.3欧元/kWh左右。同时，太阳能热发电产业还创造了许多新的就业机会。如在西班牙，2008～2010年间相关工作岗位数量翻了一番多。

一、标准化

太阳能热发电的技术标准对加速降低成本至关重要。太阳能聚光器的EN12975标准已是ISO9806标准的一部分，目前正在修订。太阳能热发电标准工作组已于2011年成立，2012～2013年有望发布新的指导方针。但仍需加强在以下领域建立通用标准框架：资格、认证、测试程序、组件和系统耐久性试验、调试程序、模拟结果和太阳能场建模等。

二、目标1：提高效率，降低发电、运行与维护成本

为满足目标1战略研究议程列出了四种热发电技术的优先研究主题，交叉问题也共同列出，如表1所示。

表1欧洲太阳能热发电技术优先研究主题

技术种类

研发主题

抛物槽式

集热器

-规模化效应

-更好的集热器设计和制造

-更好的太阳能场控制

-自主驱动单元和本机控制（无线）

吸热管

-选择性涂层更好的优化稳定性

-真空管设计，无焊接或无较低的透氢

传热流体

-利用压缩气体（CO2、N2、空气等）

-直接蒸汽发电

-熔盐+辅助加热

塔式

吸热器

-先进高温吸热器（直接吸收）

-新工程化材料（陶瓷管）

传热流体

-用于超临界蒸汽循环的熔盐

-空气和CO2作为主要流体

-直接过热蒸汽

-粒子吸热器系统

定日镜场

-多重小塔式配置

-可靠的无线定日镜控制系统

-优化的定日镜场

-改进驱动机制

-自主驱动单元和本机控制（无线）

新的转化循环和系统

-布雷顿循环

-联合循环和超临界蒸汽循环

-与生物质混合发电

-二级聚光器

线性菲涅尔式

控制和设计

-更好的跟踪选项

-塔式技术与菲涅尔技术的混合

吸热器

-真空管式吸热器

-新一代非真空管式吸热器

反光镜

-二级聚光

-弧形支持表面薄膜

传热流体

-过热直接蒸汽发电

-仅用熔盐

-非真空吸热器中的加压CO2或空气

碟式

燃气轮机

-与天然气或生物气混合发电

-碟式系统与压缩空气储能结合

吸热器

-应对更低热惰性的回热器

系统部件

-与汽车制造行业协同

-改进跟踪系统

斯特林发动机

-联动式发动机（更低的组件错误率、更低的H2泄露、大规模生产）

-自由活塞式发动机（线性发电机更好的控制与设计）

可调度性

-机电式存储和蓄热

-吸热器中的替代能源来源（生物质）

交叉问题

反射镜

-轻反射表面

-防污涂层

-高反射率

传热流体

-低熔点混合物

-加压气体

-带有高压吸热管的直接蒸汽发电

-高工作温度

其他

-具有更好光学特性的选择性涂层吸热器

-新存储概念

-改进控制、预测和运行工具

三、目标2：增强可调度性

可调度性是增强太阳能热发电技术竞争力的重要特性，能够灵活响应电网需求是关键。尽管许多电站已建设了蓄热系统，但仍需要开展更多的工作。

（一）综合系统

通过水预热方法或锅炉蒸汽/水循环能够实现将太阳热能集成到大型蒸汽厂。需要设计合适的锅炉以应对温度差异。如果锅炉集成已完成，还需要改进其设计与控制系统。

将太阳热能与燃气轮机或联合循环电站集成也是选择之一。与燃气轮机相结合时，在高温太阳能集热器中可将空气温度加热到高温，从而产生高转化效率。提高处理过渡相的能力需要改进设计控制系统。

将太阳热能与生物质集成更适用于小规模设施，可以作为全可再生能源电站。

（二）蓄热

不同传热流体，采用不同的设计：

热油：用具有良好温度分层的单个蓄热罐替代双罐配置可极大简化蓄热。还可以通过换热器和蓄热材料的固态分离来优化单罐设计。

熔盐：太阳能场和蓄热循环之间不需要交换器。需要研发具有低凝点和避免腐蚀问题的新熔盐混合物。

蒸汽：在发电模块之前不需要交换器。需要调研用于饱和蒸汽的固态/液态相变材料。

气体：超高温应用可行。挑战是如何设计高效传热系统和蓄热材料选择。

一般而言，需要改进热量积蓄与释放策略以最大化蓄热能力。还需要调研热化学储能系统概念。

（三）改进预测

良好的预测能力对于可靠估计给定地点电站的成本非常重要。可以设想许多解决方案，如详细预报超短期气象情况，开发电力预测系统软件监管电力生产，改进地面太阳直射辐射（DNI）测量方法，利用气象卫星结果，改进用于DNI预测的数值天气预报模型，分析太阳能与风能资源之间的年际变化情况和时间与空间关联。

四、目标3：提高环境效应

传热流体因其对环境的潜在影响而成为实现本目标的关注点，合成油的污染是最令人担忧的影响之一。