科普︱太阳能热发电，一篇文章让你彻底搞明白

当你乘飞机飞越甘肃酒泉上空，或从敦煌市启程向西，一幅震撼人心的“赛博朋克”式画面将映入眼帘：在广袤无垠的戈壁滩上，一个巨大的圆形矩阵闪耀着璀璨光芒，其规模之大、形态之规整，仿佛出自外星智慧生物之手。然而，这并非异星产物，而是人类科技与智慧的结晶——熔盐塔式光热发电站。

这座宏伟的发电站位于甘肃省敦煌市以西约20公里处，由敦煌市政府携手北京首航节能技术股份有限公司共同打造。它充分利用了当地丰富的太阳能资源，通过反射和聚焦太阳光来加热熔盐，进而产生蒸汽驱动涡轮发电机发电。

这座发电站不仅是我国第一批光热示范项目中首个并网的电站，更以多项“之最”傲视群雄。它是我国目前乃至亚洲装机容量最大的熔盐塔式光热电站，拥有全球聚光规模最大的定日镜场，吸热塔高耸入云，储热罐也是前所未有的巨大。更令人瞩目的是，它能够24小时连续发电，稳定输出100兆瓦级的清洁能源。

这个时候很多人就会问了什么是熔盐塔式光热发电站，其实在介绍熔盐塔式光热发电站之前，我们一定要认识一下光热发电站，就是太阳能热发电。我们在中学物理课上都做过凹透镜聚光取火的实验，在阳光充足的地方通过凹透镜将太阳光折射聚焦于焦点处，焦点会汇聚能量，温度升高可以使纸片燃烧起来。太阳能热光电的基本原理和这个类似，不过过程肯定是更加复杂。

一、什么是太阳能热发电？

太阳能热发电是一种利用太阳辐射能转换为电能的技术。与太阳能光伏发电直接将光能转换为电能不同，太阳能热发电是通过一个中间的热能转换过程来实现的。它首先通过聚光系统将太阳辐射能集中到一个小的区域，加热工作介质（如水或其他工质），然后将这些热能输送到热力发动机或涡轮机，进而驱动发电机产生电能。

二、为什么要开发太阳能热发电技术呢？

太阳能热发电与其他清洁发电方式相比，具有其独特的优势。

① 不受时间、空间、气候、季节限制：

太阳能热发电通过储热系统，能够在没有足够日照的时间内继续发电，这包括夜间、阴天、雨天等。这种能力使得太阳能热发电站能够像传统火电站或水电站一样，提供基础负荷电力，有助于稳定电网。而相比之下，太阳能光伏发电在没有足够光照的情况下发电效率会大大降低。

② 对电网友好，有利于调频操作：

由于太阳能热发电的输出相对连续和稳定，它可以更好地与电网匹配，减少对电网的冲击。此外，储热系统的存在使得太阳能热发电站能够快速响应电网的调频需求，即在需求增加时增加发电量，需求减少时减少发电量。这种灵活性使得太阳能热发电在电力系统中扮演了非常重要的角色。

③ 高热电转换效率：

太阳能热发电技术通过聚光系统集中太阳辐射能，加热工作介质至高温，再驱动涡轮机或热力发动机发电。这种高温工作状态使得热电转换效率相对较高。而随着技术的不断进步，未来的太阳能热发电站有望实现更高的转换效率。

④ 多余热能利用：

太阳能热发电站在发电过程中产生的多余热能可以用于其他用途，如供暖、海水淡化等。这种多功能性使得太阳能热发电站在满足电力需求的同时，也能够为当地提供其他形式的能源服务，进一步提高了能源利用效率。

太阳热发电系统示意图

三、太阳能热发电种类有哪些？

根据聚焦方式和工作介质的不同，光热发电主要分为塔式、槽式、碟式和线性菲涅尔式四种。塔式光热发电，就像一座巨大的太阳能“烟囱”，通过镜面反射将阳光集中到塔顶的接收器上；槽式则像一排排巨大的“日光浴床”，通过抛物线形的镜面反射阳光到集热管上；碟式则更像是一个个太阳能“卫星天线”，而线性菲涅尔式则利用一系列平行排列的平面镜将阳光反射到集热管上。

1，槽式太阳能热发电系统：

槽式太阳能热发电系统利用槽型抛物面反射镜阵列聚焦阳光，加热真空管中的工作介质至高温，随后通过热交换器产生蒸汽，驱动汽轮机发电。此系统通过串并联排列的聚光集热器，实现太阳能到电能的高效转换。

槽式热发电

2，塔式太阳能热发电系统：

塔式太阳能热发电系统利用大面积场地上的定日镜将阳光反射并集中到高塔顶部的接收器，将吸收的光能转化为热能，再传递给工质。经过蓄热后，热能驱动热动力机膨胀做功，最终带动发电机输出电能。此系统实现了太阳能的高效转换和利用。

敦煌100兆瓦熔盐塔式光热电站

3，碟式太阳能热发电系统：

碟式太阳能热发电系统是一种利用抛物面镜聚光集热的太阳能发电系统。它主要由碟形抛物面镜、接收器、斯特林发动机和发电机组成。当阳光照射到抛物面镜时，光线被聚焦到接收器上的焦点处，将接收器内的工作介质加热到高温状态，进而驱动斯特林发动机进行发电。这种系统可以独立运行，作为无电边远地区的小型电源，也可以通过并联多个装置组成小型太阳能热发电站。碟式太阳能热发电系统具有高效率、模块化和可独立运行等优点，因此在某些特定应用场景下具有广泛的应用前景。

碟式太阳热发电

4，线性菲涅尔式太阳能热发电系统：

线性菲涅尔式太阳能热发电系统采用多个近地面的平面反射镜，将阳光反射至上方二次聚光器，再汇聚至热吸收管产生高温蒸汽，直接驱动涡轮发电机发电。此系统结构简洁，是高效利用太阳能的一种方式。

线性菲涅尔式太阳热发电

总体来说：与太阳能光伏发电相比，太阳能热发电具有一些独特的优势。例如，它可以通过储热系统实现连续供电，不受昼夜和天气变化的影响；同时，由于采用了传统的热力循环做工发电技术，其发电效率也相对较高。然而，太阳能热发电也存在一些挑战，如成本较高、地域限制等。但随着技术的不断进步和成本的降低，太阳能热发电有望在未来能源体系中发挥越来越重要的作用。  

文章作者：xulilin