聚光太阳能热发电技术CSP简介
太阳能光热发电技术介绍
太阳能光热发电（CSP）技术介绍
一、太阳能光热发电的原理
通过反射镜将太阳光汇聚到太阳能收集装置，利用太阳能加热收集装置内的传热介质（液体或气体），再加热水形成蒸汽带动或者直接带动发电机发电。
光热发电有抛物面槽式、集热塔式、线性菲涅尔式和抛物面碟式四种系统。
二、太阳能光热发电系统
典型的太阳能热发电站由五个子系统组成：聚光集热子系统、蓄热子系统、辅助能源子系统、监控子系统和热动力发电子系统。
主要零部件：定日镜阵列、吸热器、传热介质、换热器、储热系统、
三、我国在建和规划太阳能光热发电项目采用技术方案
四、全球CSP电站规模及各种技术类型所占比例。
光热发电信息概况
光热发电信息概况张宏生特变电工新疆新能源股份有限公司新疆乌鲁木齐 830000摘要：太阳能热发电系统由集热子系统、热传输系统、蓄热与热交换子系统和发电子系统所组成。
太阳能热发电是一个能量转换的过程。
首先是将太阳辐射转换为热能，然后是将热能转换为机械能，最后是将机械能转换为电能。
光热发电主要的类型为：槽式光热发电，塔式光热发电，碟式光热发电，菲涅尔式聚光热发电。
关键词：光热发电；塔式聚光热发电；槽式聚光热发电；中图分类号：TB857文献标识码：A一.前言太阳能集热发电（Concentrating Solar Power, CSP）是一种可集中进行规模化发电的清洁能源方式。
上个世纪70 年代暴发的石油危机使得CSP 发电作为一种替代能源方式得到各国政府的重视，最早一批商业化的CSP 电厂由此得以兴建，并运行至今。
作为一个化石能源相对贫乏的国家，发展CSP 对中国有着重要的意义。
二.光热发电的概念所谓太阳能热发电，就是利用聚光集热器把太阳能聚集起来，将某种工质加热到数百摄氏度的高温，然后经过热交换器产生高温高压的过热蒸汽，驱动汽轮机并带动发电机发电。
从汽轮机出来的蒸汽，其压力和温度已经大为降低，经过冷凝器冷凝结成液体后，被重新泵回热交换器，又开始新的循环。
由于整个发电系统的热源来自于太阳能，因而称为太阳能热发电系统。
三.光热发电的原理太阳能热发电是一个能量转换的过程。
首先是将太阳辐射转换为热能，然后是将热能转换为机械能，最后是将机械能转换为电能。
太阳能热发电系统由集热子系统、热传输系统、蓄热与热交换子系统和发电子系统所组成。
见下图：四.光热发电的分类光热发电的主要类型有以下几种：1.塔式聚光热发电塔式发电系统又称集中型系统。
它是在很大面积的场地上装有许多台大型反射镜，通常称为定日镜，每台都各自配有跟踪机构，准确地将太阳光反射集中到一个高塔顶部的接收器。
接收器上的聚光倍率可超过1000倍。
在这里把吸收的太阳光能转换为热能，再将热能传给工质，经过蓄热环节，再输入热动力机，膨胀做工，带动发电机，最后以电能的形式输出。
光热发电简介
光热发电简介一、聚光光热技术简介聚光光热（CSP：Concentrated Solar Power）技术是太阳能开发利用的一种主要方式，聚光方式包括了槽式、塔式、碟式和菲涅尔式。
槽式太阳能聚光光热技术是当前发展最热和最具商业化前景的聚光光热技术，它采用槽式抛物面聚光器对太阳光汇集吸收，可直接将传热工质加热到300-500℃的一项技术，该技术主要核心是聚光技术和光热转换技术。
槽式太阳能热发电系统全称为槽式抛物面反射镜太阳能热发电系统，是将多个槽型抛物面聚光集热器经过串并联的排列，聚焦太阳直射光，加热真空集热管里面的工质，产生高温，再通过换热设备加热水产生高温高压的蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电。
二、槽式太阳能热发电系统工作原理聚光太阳能集热器由聚光器与接收器组成，成像聚光太阳能集热器通过聚光器将太阳辐射聚焦在接收器上形成焦点（或焦线），以获得高强度太阳能。
聚光集热器是一套光学系统，聚光器一般由反射镜或透镜构成，主要有抛物面反射镜、菲涅耳透镜、菲涅耳反射镜三种。
槽式聚光集热器由抛物线沿轴线旋转形成的面称为旋转抛物面，由抛物线向纵向延伸形成的面称为抛物柱面（槽式抛物面），在工业应用中称槽式聚光镜。
在凹面覆上反光层就构成抛物面聚光器。
根据光学原理，与抛物镜面轴线平行的光将会聚到焦点上，焦点在镜面的轴线上，见下图（a）。
把接收器安装在反射镜的焦点上，当太阳光与镜面轴线平行时，反射的光辐射全部会聚到接收器，见下图（b）。
槽式聚光镜反射的光线是会聚到一条线（带）上，故集热器的接收器是长条形的，一般由管状的接收器安装在柱状抛物面的焦线上组成。
槽式聚光集热器的聚光比范围约20至80，最高聚热温度约300度至400度。
槽式太阳能聚光集热器的结构主要由槽型抛物面反射镜、集热管、跟踪机构组成。
反射镜一般由玻璃制造，背面镀银并涂保护层，也可用反光铝板制造反射镜，反射镜安装在反光镜托架上。
槽型抛物面反射镜将入射太阳光聚焦到焦点的一条线上，在该条线上装有接收器的集热管，见图1。
聚光太阳能发电(CSP)技术探讨
Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2020年第23期·73·文章编号：2095－6835（2020）23－0073－03聚光太阳能发电（CSP ）技术探讨令强华，卫书满（中国葛洲坝集团机电建设有限公司，四川成都610091）摘要：聚光太阳能发电（CSP ）通过余热储存，实现友好并网与有效调峰，与光伏发电、风电形成良性互补，可承担电力系统基础负荷。
分析了聚光太阳能发电（CSP ）技术及其与光伏发电、风电的互补性，对新能源项目的综合开发利用提出了建议和思路。
关键词：聚光太阳能发电；光伏发电；余热储存；综合开发中图分类号：TM615文献标志码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2020.23.028在中国光伏发电和风力发电发展迅速，技术已经成熟，但光伏发电和风力发电虽然发电成本低廉但不可实现调峰，并且由于大型风电、光伏等可再生能源建设在远离市区的区域，且利用小时数低，单独远距离进行电力输送十分不经济，输送电网的利用率不高。
聚光太阳能发电（CSP ）作为利用太阳能热发电的新能源技术，其熔盐储热技术可以实现有效调峰，与光伏、风电具有良好的互补性。
CSP 、光伏、风电的综合开发利用既可以解决光伏、风电的电网利用率低问题，解决风能及光伏发电不稳定的问题，同时光热则可以利用光伏、风电作为厂用电来源的一部分。
虽然CSP 存在投资成本高的缺点，但随着近年来CSP 市场的持续升温，作为有望成为唯一取代火电调峰的清洁能源，加强CSP 技术及与光伏、风电的综合开发利用的研究，取得技术突破，对企业新能源产业布局具有重要意义。
1CSP 原理太阳能热发电是利用太阳能聚光器先将太阳辐射能转化为热能，然后经过各种方式转换为电能的技术形式。
太阳能热发电包括聚光太阳能热发电（CSP ）、太阳能半导体温差发电、太阳能烟囱发电、太阳池发电和太阳能热声发电等。
光热 熔盐
光热熔盐（Concentrated Solar Power, CSP）是一种利用太阳能将光能转化为热能的技术。
在光热熔盐系统中，熔盐被用作媒介来吸收太阳能，并将其转化为高温热能。
光热熔盐系统的工作原理如下：
太阳能集热器：太阳能集热器使用镜面反射将阳光聚焦到集热器的焦点上，以提高热量的密度。
熔盐储热罐：集热器中的热能被转移到熔盐储热罐中。
熔盐在高温下吸收热量，将其储存为热能。
热能转换：储热罐中的熔盐可以通过热交换器将热能传递给工作介质（如水或蒸汽）。
工作介质被加热后，可以用来驱动涡轮机产生电力。
熔盐再生：熔盐通过冷却和再加热的过程，回到集热器以再次接收太阳能。
熔盐在光热熔盐系统中起到重要的作用，它具有较高的热容量和热传导性能，能够有效地储存和传递热能。
常用的熔盐材料包括氯化钠和氯化钾的混合物，也有一些其他的盐类混合物被用作熔盐。
光热熔盐技术在可再生能源领域具有重要的应用价值，可以为发电系统提供可靠、可调节的清洁能源，并且在能源储存方面具有一定的优势。
太阳能热发电知识普及
太阳能热发电知识普及●概念太阳能热发电，全称为聚焦型太阳能热发电（英文全称：Concentrating Solar Power，简称CSP），是通过大量反射镜以聚焦的方式将太阳能直射光聚集起来，加热工质，产生高温高压的蒸汽，蒸汽驱动汽轮机发电。
●太阳能利用概述其实人类利用太阳能已有3000多年的历史，非常悠久。
但真正把太阳能作为一种能源和动力加以利用，其历史却只有不到400年。
自17世纪初以来可以按照太阳能利用发展和应用的状况，把现代世界太阳能利用的发展过程大致划分为以下8个阶段。
初始阶段：近代太阳能利用的历史，一般从1615年法国工程师所罗门，德·考克斯发明世界上第一台利用太阳能驱动的抽水泵算起；第二阶段：1901～1920年这一阶段世界太阳能研究的重点，仍然是太阳能动力装置。
但采用的聚光方式多样化，并开始采用平板式集热器和低沸点工质；第三阶段：1921～1945年由于化石燃料的大量开采应用及爆发了第二次世界大战的影响，此阶段太阳能利用的研究开发处于低潮，参加研究工作的人数和研究项目及研究资金大为减少；第四阶段：1946～1965年，太阳能利用的研究开始复苏，加强了太阳能基础理论和基础材料的研究，在太阳能利用的各个方面都有较大进展；第五阶段：1966～1973年此阶段由于太阳能利用技术还不成熟，尚处于成长阶段，世界太阳能利用工作停滞不前，发展缓慢；第六阶段：1973～1980年这一时期爆发的中东战争引发了西方国家的“石油危机”，使得越来越多的国家和有识之士意识到，现时的能源结构必须改变，应加速向新的能源结构过渡，客观上使这一阶段成了太阳能利用前所未有的大发展时期；第七阶段：1981～1991年由于世界石油价格大幅度回落，而太阳能产品价格居高不下，缺乏竞争力，太阳能利用技术无重大突破；第八阶段：1992年至今，1992年6月联合国“世界环境与发展大会”在巴西召开之后，世界各国加强了对清洁能源技术的研究开发，使太阳能的开发利用工作走出低谷，得到越来越多国家的重视和加强。
太阳能光热发电
微电网控制系统架构图
（一）最优控制
微电网中的风电系统、光伏系统，由于风能和光能的不稳定性，会对微电网功 率造成较大的波动，可能影响导致频率电压的大幅度波动甚至脱网。微电网应充分利用 光热发电系统的功率调节能力以及分布式电源、储能、负荷的互补特性，保持整个微电 网对外网输出的稳定，在正常发电的情况下，对电网的输出功率不超过15MW，风力发 电量与光热发电量的比例控制在3∶1以上，控制目标是风电输出的最大化。 在满足系统稳定性、电压波动和设备耐受能力等约束前提下，以分布式电源合 理分配出力，减少储能系统运行损耗、网损最小、系统运行经济性最优等作为目标，进 行微电网内部能量综合优化管理。
基本类型
碟式
与槽式太阳能聚光 发电方式相比，碟 式聚光发电方式几 乎还没投入到商业 应用，暂时处在示 范实施阶段。国外 已有多座碟式太阳 能热发电站或示范 系统建成并成功运 行。
碟式发电系统在20世纪70 时 代末到80年代初，首先由瑞典 US-AB和美国的Advanco、 MDAC、NASA和DOE开始研 发，大部分都采用silver/glass 聚光镜、管状直接照射式集热 管及USAB4-95型热机。 美国亚利桑那州的皮奥瑞亚镇 有功率为1.5MW的碟式发电 站，单机功率为25 kW。
太阳能光热发电热力循环原理图
发展历程
全球光热发电装机容量（1984-2014）
2014年各国装机容量
1973年爆发世界石油危机，一些发达国家将太阳能光热发电技术作为国家研发重点项目，1991年开 始全球光热发展进入停滞状态，直至2006年西班牙启动首个光热发电项目，国际光热发电开始复苏， 全球光热发电产业进入新一轮快速发展期。 截至2014底，西班牙在运光热电站总装机容量为2362ＭＷ，约占全球总装机容量的1/2，位居世界 第一，美国第二，总装机量为1720MW，中国约为17MW。
(完整版)太阳能热发电原理
美国亚利桑那州电力负荷曲线
提高效率
聚光比、吸热器温度 集热效率*透平效率 马鞍点
途径——聚光比与吸热温度的协同提高
提高聚光比： 塔式和碟式，其聚光比分别300-1000和1000-3000之间； 槽式和菲涅尔式，其聚光比分别在70-80和25-100之间； 二次聚光：第一次聚光比*第二次聚光比 （10，000） 提高吸热器的工作温度： 传热介质(水、油、熔融盐、空气、离子液体、液态金属、固体材料)
聚光太阳能热发电（CSP）是目前已经商业化大规模应用的技术形式。 CSP是通过“光-热-功”的转化过程实现发电的一种技术形式，其在原理上和传统的
化石燃料电站类似。二者最大的区别在于输入的能源不同，太阳能热发电采用的是太 阳能：聚光器将低密度的太阳能转换成高密度的能量，经由传热介质将太阳能转化为 热能，通过热力循环做功，实现到电能的转换。
CSP的技术形式
塔式 碟式/斯特林
槽式 线性菲涅尔
（1）塔式
点聚焦技术：定日镜自动跟踪太阳， 聚焦的阳光反射到位于塔顶的吸热器 内。吸热器加热管内的传热介质，将 太阳光能转变成热能，再通过热力循 环实现发电。
聚光比300-1000。系统综合效率高。
吸热器类型：水/蒸气、熔盐、空气等 。商业化初期的电站多使用水/蒸气作 为工作介质（主要考虑到技术风险较 小、结构相对简单）
聚光比25-100；系统效率较低。
镜场可布置非常紧凑，土地利 用率高，初投资相对较低。
目前在建最大规模为30MW电 站，其中关键部件集热管由皇明 公司出口供应。
集热管
反射镜
皇明公司2.5MW示范系统
7
各种CSP技术方式的性能
聚光比
槽式 70-80
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聚光太阳能热发电技术
中国科学院电工研究所: 王志峰杜凤丽
1．发电原理和技术分类
聚光太阳能热发电（以下简称太阳能热发电）是通过光-热-功的转化过程实现发电的一种太阳能发电技术形式。
发电原理为：反射镜将太阳光反射聚集到吸热部件上，产生高温蒸汽或空气，然后利用常规的发电循环实现发电。
根据聚光方式的不同，太阳能热发电技术主要点聚焦和线聚焦系统。
点聚焦系统是将太阳光聚集到中央吸热器上，包括塔式和碟式；而线聚焦系统则把太阳光聚集到线性的集热管上，包括槽式和菲涅耳式。
塔式 碟式
槽式 菲涅耳式
各种聚光热发电技术的技术性能如下表所示：
表1 各种太阳能热发电技术性能
注：(d) =示范，(p) = 预计，ST 蒸汽轮机，CC 联合循环，SE斯特林机，GT 燃气轮机
各种太阳能热发电技术投入商业化应用的时间不同，因此技术的成熟程度也不尽相同。
其中，槽式技术由于最早（1984年）投入商业化应用，电站运行经验相对丰富，因此是目前已建和在建装机容量中占比最多的技术类型。
塔式电站虽然数量上没有槽式电站多，但是由于运行温度高、系统效率高，有后来居上之势。
菲涅耳式也有小规模的示范电站，目前正在西班牙进行规模化电站建设（30MW）。
碟式斯特林技术虽然系统效率最高，然而由于技术开发难度大，只是在今年年初才有首座1.5MW的电站投入运行。
2．优点
可再生能源发电面临的主要挑战之一是如何把能量储存起来，实现电力的可调节性。
太阳能热发电的一个显著特点是其输出电力稳定，电力具有可调节性，可以满足尖峰、中间或基础负荷电力市场需求。
太阳能热发电站可以设计蓄热系统，在云遮或日落后，蓄存的热能可以被释放出来，使汽轮机持续运行，从而保证输出电力的稳定性，并增加全负荷运行时数。
此外，太阳能热发电站也可以和传统的蒸汽或联合循环电站整合（混合发电）。
化石燃料辅助太阳能电站的循环，在提高汽轮机的最佳利用状态和电力输出可靠性方面都具有优势。
太阳能和光伏电力输出曲线
带有蓄热的热发电和电力负荷吻合情况
除了输出电力平稳、吻合电力负荷曲线外，太阳能热发电技术的主要受益点是其对环境的负面影响很小。
太阳能热发电站（2007年技术）全生命周期的CO2排放仅为13-19g/kWh。
3．发电成本
由于各种太阳能热发电技术的技术性能参数和所处的发展阶段各不相同，因此对太阳能热发电成本的评价也不能一概而论。
另外即使采用同一种技术形式的电站，由于建设地点、容量和其它技术参数存在差异，太阳能热电力成本也不尽相同。
下表为1984年-1990年期间投入商业化运行至今的9座SEGS太阳能热发电站的数据，可以看出太阳能热发电的发电成本在11～27美分/kWh之间，投资成本在4500～2890美元/kW。
表2 美国SEGS电站相关数据
电站名称 SEGSI-II SEGSII-VII SEGSVIII-IX
地点 Dagget Kramer Junction Harper Laker
投入运行年份 1984-1985 1986-1988 1989-1990
容量 14MW、30MW5×30MW 2×80MW
传热介质 导热油 导热油 导热油
镜场出口温度 307-316℃ 349-391℃ 390℃
年发电效率 9.5-10.5% 11.0%-12.5% 13.8%
投资 3800-4500$/kW 3200-3800$/kW 2890$/kW
发电成本 0.27-0.18$/kWh 0.18-0.12$/kWh 0.14-0.11$/kWh
4．市场现状
截至2010年8月初，全球已投入运行的太阳能热发电站容量为891MW，其中，槽式技术占比94.57%，塔式技术次之。
80
17560.9
177.25
223.5
354355430
490.9
668.15
891.65
199020062007200820092010.08 (MW)
新增装机累计装机
全球已运行太阳能热发电
塔式4.37%
槽式94.57%
碟式0.17%
菲涅尔式0.89%
48.49%
47.94%
3.56%
西班牙美国
其它
太阳能热发电市场现状
美国和西班牙为太阳能热发电的两大主要市场，主要是因为美国和西班牙都有针对太阳能热发电的具体支持政策，如西班牙发布了太阳能热发电上网电价，其中固定上网电价约为27欧分/kWh.
此外，据不完全统计，目前在建太阳能热发电装机容量约1.9GW，预计于2012年前后投入运行，主要市场在西班牙。
塔式0.95%
槽式91.76%
碟式0.05%
I SC C 7.24%
美国3.88%
西班牙
92.69%
法国0.07%
阿尔及利亚1.29%
摩洛哥1.03%
埃及1.03%
在建的太阳能热发电站
5． 中国太阳能热发电情况
中国太阳能热发电技术的研究开始于1979年。
经过30年的发展，中国在太
阳能吸热材料、太阳能热电转换材料、太阳能热电转换材料、太阳能储能材料、太阳能聚光装备、太阳能槽式真空管、太阳能吸热器、太阳能碟式聚光器、太阳能塔式热发电系统设计等有了较大的进步。
目前标志性的项目是正在开展1MW 塔式电站的研究，发电工质参数390°C, 2.35MPa，将于2010年发电。
中国太阳能热发电技术的研究分为3个阶段。
第一阶段源于国家“八五”计划（1990年—1995年）。
中国国家科学技术委员会支持中国科学院电工研究所、北京太阳能研究所、清华大学等研制槽式太阳能聚光器及真空管，负责单位为清华大学。
第二阶段为“十五”期间（2000年—2005年）。
科技部依托863计划下达了10kW碟式-Stirling太阳能热发电研究，参加单位为中国科学院工程热物理所、电工所、新疆新能源公司、皇明太阳能集团有限公司等，负责单位为中国科学院电工研究所。
河海大学在“十五”期间（2005年11月）与以色列合作在南京江宁建立了70KW太阳能与燃油混合热源发电试验台。
第三阶段“十一五”期间（2006年—至今）。
科技部于2006年启动“十一五”863重点项目“太阳能热发电技术及系统示范”，项目支持1MW塔式太阳能热发电技术的研究，参加单位有四所大学，中国科学院的四个研究所和两家公司。
同时还启动了3个目标导向课题和5个探索导向课题，分别对槽式真空管，Stirling发电设备，高温选择性涂层，热电材料及系统，储热技术等给予了支持。
1MWe塔式电站
4米高温真空管集热器 槽式系统回路 目前中国的太阳能热发电正处于研发和示范阶段，在建的容量为1MW，还未形成产业化发展。
但是除储热材料外，太阳能热发电所用的材料与常规聚光和发电类似。
常用的高温储热材料目前主要是硝酸熔融盐，合成油和高温混凝土。
除430°C以上的导热油外，中国目前全部可以大规模生产。
其他如耐候性高反射率玻璃等目前已经具备生产能力。
目前中国已经具备提供大型塔式电站用定日镜的能力和产能，MW级太阳能塔式热发电站将会在2010年底发电运行。
在槽式太阳能热发电方面，中国已经有300°C真空管，目前正在向450°C真空管迈进。
为了推进太阳能热发电的发展，中国国家能源局宣布今年将启动太阳能热发电的特许权招标。
该项目位于内蒙古鄂尔多斯，规模为50MW。
国家能源局表示，
希望通过大规模的特许权招标，以推动太阳能热发电这个新技术在中国的发展。
根据中国国家发展改革委员会2007年发布实施的《可再生能源中长期发展规划》(2006-2020)，到2020年，中国太阳能热发电总容量达到200MW。
预计在未来的5-10年里，太阳能热发电将在中国实现商业化发展。