我国亟需寻求太阳能热发电技术的最优解

　　太阳能热发电是当今的前沿技术，也是一种最古老的技术。1767年瑞士科学家就造出世界上第一个太阳能集热器，1912年世界上第一个太阳能热发电厂在埃及建成，其设备的外形与基本原理和今天的同类设备相差无几。迄今为止，科学家们仍在从不同方向对此技术进行研究，但一直尚未找到一个可以超越所有其他解决方案的最优解。日前，、各国专家学者与业界代表一起探讨太阳能热发电技术的最新进展及未来的发展方向。

　　人类对太阳能发电寄予重望

　　随着全球能源需求的持续增长，可再生能源的比例大幅提升。欧洲联合研究中心预测，2040年可再生能源将占到总能耗50%以上，太阳能发电将占总发电量的20%以上，到21世纪末可再生能源在能源结构中将占到80%以上，太阳能发电将占到60%以上。

　　意大利国家新技术、能源与环境署前主席，1984年诺贝尔物理学奖获得者卡洛·鲁比亚（Carlo Rubbia）说：“太阳辐射是地球资源最丰富的能源，而带储热装置的太阳能热发电技术则是收集这种能源最经济的方式。”

　　全球太阳能资源究竟丰富到了一个什么程度？以中国为例，每年到达地表的太阳能资源总量达17000亿/吨标准煤，等效发电量达5700亿/千瓦时。而2010年我国发电装机9.62亿千瓦，发电量41413亿千瓦时，其中低碳装机（水电、核电、风电）比例仅占26.5%，低碳发电比例仅占18.8%。太阳能发电在我国有巨大的发展空间。

　　“地理位置和大气状况是影响太阳能资源的两个主要因素。”中国气象局风能太阳能资源评估中心副主任申彦波说：“我国内蒙古西部、青海中部、西藏西南部是直接辐射资源最丰富地区，年辐照量在1800千瓦时/平方米以上，最适合太阳能热发电。西北部其他地区的直射资源也较丰富，年辐照量在1400千瓦时/平方米～1800千瓦时/平方米，也比较适合太阳能热发电。”

　　据了解，我国东南部地区的总辐射资源与欧洲相当甚至更高，较适宜于进行分散式的光伏发电。太阳能发电分光伏发电和光热发电两种，光伏发电在我国发展强劲，但光热发电尚属尝试阶段。

　　中国华电集团总工程师、国家“973”计划太阳能发电项目首席科学家黄湘介绍，光伏发电只限于白天发电，光热发电却可以利用储热装置24小时发电。稳定供电的特点使光热发电很容易并入传统电网。

　　不仅如此，光热发电设备寿命也较光伏发电长，可稳定运行30年以上且拆卸方便。光热发电中的储热发电转换效率高，热损可控制在10%以内，水电的势能电转换效率仅为75%。光热发电设备还可供热、供暖，可集中发电，也可分布式发电适用于更多不同的市场。

　　成本较高、占地较多

　　成为太阳能发电的主要瓶颈

　　虽然太阳能热发电有诸多优点，在我国电网中的装机和发电比例都几乎可以忽略不计。但太阳能发电仍存在成本高和占地多的两大瓶颈。与以煤为发电主力的火电电价相比，太阳能热发电成本要高出得多。如果没有政策补贴，根本无法进入电网。国务院参事、中国可再生能源学会理事长石定环表示，我国的清洁能源发电有一半未入网，这是清洁能源发展的障碍。

　　事实上，寻找更廉价的解决方案，是该领域的科学家们多年以来一直努力的方向。太阳能热发电有集热、蓄热、发电三个主要环节。集热是用大量镜片收集太阳光的热能，根据集热方式的不同，可分为槽式、塔式、碟式、菲涅尔透镜式（Fresnel Lens）等类型。槽式太阳能热发电系统已进入商业化阶段，塔式系统、碟式系统均处于中试和示范阶段，但其商业化前景较好。

　　中国科学技术发展战略研究院科技预测与评价研究所副研究员韦东远认为，从经济性角度看，点聚焦的碟式系统适合边远山区离网分布式供电，发电成本为0.19～0.26欧元/千瓦时；线聚焦的槽式发电系统和点聚焦的塔式发电系统，发电成本为0.076～0.09欧元/千瓦时，其发电成本依赖于工程规模即电站装机容量。

　　蓄热环节是用水、导热油、熔融盐等作为蓄热介质，储存收集到的太阳光热能，其中水或水蒸气是最早使用的，熔融盐则是最新的研究热点。在对蓄热介质的寻找中，热容量、导热性和流动性成为三个研究重点。

　　在介质中，卡洛·鲁比亚最推崇熔融盐，他说：“熔融盐的热容量最大、热损最低、价格便宜，是最经济的储热介质。但熔融盐的缺点在于凝固点高，所以系统需在高温下运行，这就使得整个发电系统结构较为复杂成本也更高。”

　　与方案众多的集热和蓄热环节相比，发电环节显得较为冷门。中国科学家却在这个环节取得了显着进展。中国科学院理化技术研究所研究员戴巍说：“我们在碟式系统中采用了热声发电机。在核心发动机中没有运动部件，只有管道和高压气体，通过声波把热能转换为机械能，然后气体驱动活塞发电。而热声发电的特点是可靠性高、成本低、发电效率高、环境友好，我们正在进行改进研究。”

　　据了解，中国科学家对太阳能热发电技术的探索已经持续了20多年。黄湘表示，占地多是太阳能热发电的另一大瓶颈。目前，我国可再生能源占地面积大，而从单位发电量的占地比看，太阳能发电还是可再生能源中占地比最高的。”

　　太阳能示范项目

　　为中小企业带来契机

　　从全球范围看，太阳能热发电装置目前主要运行于西班牙、美国、印度尼西亚、新西兰、墨西哥等19个国家。在运行的电站中，成熟的槽式太阳能热发电技术仍占主导地位。

　　西班牙是太阳能热发电技术强国，政府投入了大量资金。西班牙马德里工业大学教授、中西可再生能源促进中心主任乔治·索沃特认为，可再生能源的发展动力不仅是环保的需要，更是能源安全的需要。在过去30年里，科学家测试过很多不同技术，每一种技术都有健康的竞争，这些技术有的被证实是非常有效的。在过去的25年里，由于西班牙上网电价稳定，国家已经建立了61家太阳能电厂。

　　他表示，欧洲形成了CSP技术的强大团队，在技术研发和成果转化上都有很强实力，许多欧洲太阳能企业都希望能和中国合作。中国市场需求大，成本管理上也是世界领先，能给太阳能产业的发展带来更多光明。

　　目前，太阳能发电示范项目已在一些发展中国家推行。泰国能源基金会秘书长吉拉德（Chira Hongladrom）介绍，泰国的节能基金支持了许多太阳能示范项目，并通过示范项目获得了更多经验。在泰国适应泰国民众需要的太阳能热水器、太阳能烤箱等太阳能产品已经深受欢迎，已经形成了一个新兴市场。

　　近两年，科技部已投入10亿元在太阳能光伏发电和光热发电上，明年还将启动更多的示范项目。这些项目之前大都以大学、科研院所等研发机构为主导，而今年却改变了研发主体，将由企业牵头结合科研院所承担更多研发任务。“这是太阳能领域中小企业的机会，项目在科技部的网站上公开招投标，企业应多加关注积极申请。” 黄湘说。