(一)什么是太阳能光热发电?
太阳能光【guāng】热【rè】发电，是将比较集中的【de】太阳光【guāng】能通过传递介质转化为热能，然后再转化【huà】为电【diàn】能的技【jì】术。一般光热发电【diàn】系统【tǒng】可以【yǐ】分【fèn】成四【sì】部分：集热【rè】系统、热传输系统、蓄【xù】热与热交换系统、发【fā】电系统。
集热【rè】系统，顾名思义就是聚集【jí】太【tài】阳能，并将太阳能转换为【wéi】热能，简而言之就是利用太阳把集热工质(编【biān】者注：工质即实现热能和机械能相互转【zhuǎn】化的媒介物【wù】质)“烤热”。热【rè】传【chuán】输系【xì】统，是通过【guò】泵【bèng】等设备将工质输送给蓄热系统或热交换系【xì】统，传输过【guò】程就是一个字：“快”，以免【miǎn】工质【zhì】“凉”下来。蓄热和热交【jiāo】换系统，相当于一个“大电【diàn】池”和【hé】一座“烧火炉”。
蓄热系统将【jiāng】送来的热【rè】量存储下来，热【rè】交换系【xì】统将工质(一般是水)“烧【shāo】开”成蒸汽，来【lái】推动汽轮机旋【xuán】转。发电系统则【zé】类似常规【guī】火力发电系统【tǒng】，蒸汽【qì】驱动【dòng】汽轮机，再带动【dòng】发电机发【fā】电【diàn】。
所以，太阳能光热发电【diàn】经历了四步能【néng】量转换过程：光能——热能【néng】(存【cún】起来或者发电)——机【jī】械能(汽【qì】轮【lún】机转【zhuǎn】动【dòng】)——电能。
光热发电四大系统
光热发电按所加热【rè】介质的【de】温度高低分为高温发电和低温发【fā】电。高温太阳【yáng】能光【guāng】热发【fā】电【diàn】都是采用以水蒸气【qì】为介【jiè】质【zhì】的【de】朗【lǎng】肯【kěn】循环。而低温太阳能发电是以低沸点有【yǒu】机物为工质的朗肯循环【huán】。
朗肯循环
目前国际上光热发电的主【zhǔ】流形式为【wéi】高【gāo】温光热发【fā】电【diàn】，又可以根据集热形式不同分为塔【tǎ】式、槽式、碟式等种【zhǒng】类。
塔式系统【tǒng】利【lì】用多台平面【miàn】反射镜(称【chēng】为定光【guāng】镜【jìng】)，将太阳光反射到中心高塔顶部的接【jiē】收器上(下方左侧图【tú】中发光【guāng】的部【bù】分)，并转换成热能【néng】传【chuán】给工质。
槽式系【xì】统的聚光镜为槽【cáo】型抛物面，一般成【chéng】串使用，细长【zhǎng】型的管状集热器【qì】被固定在聚光镜【jìng】的焦【jiāo】点线上，工质在集热管【guǎn】内被【bèi】加热。目前【qián】，国际上已投运或在建的光热发电站中【zhōng】，槽式光热【rè】发电【diàn】系统【tǒng】较多。
碟式【shì】光热发电是利用旋转抛物【wù】面聚光镜将太阳【yáng】光【guāng】聚集在集热器上，集【jí】热器内的【de】工质被加热从而驱动【dòng】发电机做功【gōng】发电的【de】一种发电【diàn】方式，是目前【qián】发电【diàn】效率最【zuì】高的，可达【dá】30%。
塔式、槽式、碟式光热发电
(二)塔式、槽式、碟式，三种技术路线大PK
上文提【tí】到了【le】光热发电的三大主流形式——塔【tǎ】式、槽式、碟式系统。下【xià】面我们【men】来【lái】一探究竟。
1、塔式光热发电系统
塔式系统的聚光镜一般是定日镜群【qún】(编者注【zhù】：定【dìng】日镜即将太阳或其他【tā】天【tiān】体的光线反射到固定方向的光学【xué】装置)，将【jiāng】阳光聚集到【dào】一个固定在【zài】接收塔顶部的接【jiē】收器上，接收器上【shàng】的【de】吸热器吸收【shōu】由定【dìng】日镜系统反射来的高热【rè】流密【mì】度辐射能【néng】。
目前，国内外采【cǎi】用的【de】定日镜大多是镜【jìng】表面具有微【wēi】小弧【hú】度【dù】的平凹面镜。和其他两种【zhǒng】不同【tóng】的是【shì】，塔式系统可通【tōng】过熔盐储热，具有聚光比高、工【gōng】作温度高、热传递路【lù】程短、热损耗少、系统【tǒng】综合效率【lǜ】高【gāo】等特【tè】点，可实现高精度【dù】、大容【róng】量、连续【xù】发电【diàn】，适合大【dà】规模并网发电。
2、槽式光热发电系统
槽式系【xì】统【tǒng】因为【wéi】聚光镜为槽式抛物面，所以【yǐ】太阳光会聚焦在【zài】一条直线上，即【jí】焦线。在这条焦线【xiàn】上安装管【guǎn】状太阳能集热【rè】器，用来吸收【shōu】聚焦后的太阳辐射能【néng】。
其关键技术在【zài】于聚【jù】光镜的生产制造，以及两个方【fāng】面的控制，一个是自动跟踪控制，使得槽式【shì】聚【jù】光【guāng】器时刻对准太阳，以保【bǎo】证【zhèng】最大限度的【de】吸收太阳【yáng】能，据统计跟踪【zōng】比非跟踪【zōng】所获得的能量要高出37.7%。另【lìng】外一【yī】个是传【chuán】热液体回【huí】路的温度【dù】与压力控制。
槽式系统聚光后温度可达到400°C左右。
槽式系统原理图
3、碟式光热发电系统
碟【dié】式系统为点聚焦【jiāo】，于焦点处【chù】的【de】太【tài】阳【yáng】能【néng】接收器收集高【gāo】温热能，加热【rè】工质，驱动发电机组，或在焦【jiāo】点处直接【jiē】放【fàng】置太阳能斯特林发电装置。这种系【xì】统具有寿命长【zhǎng】、效【xiào】率高【gāo】、灵活性强等特点，可以独立运【yùn】行，非常【cháng】适合作为边远地区的小型电源使用【yòng】。
一般碟【dié】式太阳【yáng】能热【rè】发电功率为【wéi】10.25kW，聚光镜【jìng】直径为5.10米。
小型碟式光热发电装置
综合对比【bǐ】三种技术【shù】路线，塔式在大规模发电中最具有发展潜力【lì】，但是前【qián】期单【dān】位投资过大且降低造价【jià】很【hěn】难，缺乏大规模发电【diàn】装【zhuāng】置运【yùn】行的实际【jì】经验;
槽式系统【tǒng】结构相对简【jiǎn】单、技术较【jiào】为【wéi】成熟，商业化运营经验丰富，仍是当前光热【rè】发电的主【zhǔ】流路【lù】线，但其聚光比小、系统工作温【wēn】度低、核心部【bù】件真空管【guǎn】技【jì】术尚【shàng】未成熟、吸热管表面选择性【xìng】涂层性能不【bú】稳定等问题仍旧存【cún】在【zài】;
碟式的热【rè】效率最高，结【jié】构【gòu】紧凑、安装方便【biàn】，非常适合【hé】分布式小规模能源系统，但【dàn】斯特林热机关【guān】键技【jì】术难度大，目前仍处于试验【yàn】示范阶段。
三种技术路线比较(2013年)
(三)都是利用太阳能，光伏发电和光热发电有啥不一样?
光伏发【fā】电的原理称为“光【guāng】生伏特”，就【jiù】是【shì】当太阳光照射到太阳能电池【chí】上时，电池吸收【shōu】光能【néng】，在电【diàn】池的两端出现异【yì】号电【diàn】荷【hé】积【jī】累，即产生电【diàn】压，引出电极并接上负载，就产生电【diàn】流。
光伏电池发电原理与光伏电站系统图
所以，除了来源【yuán】都是太阳【yáng】，光伏【fú】发【fā】电和【hé】光【guāng】热发【fā】电【diàn】完全是两码事。但是它俩经常被放在【zài】一起比较【jiào】，看看谁更厉害。我们【men】今天【tiān】也来比一比，首先看光伏【fú】发【fā】电，主要优势有：
(1)基本不受地域影响，理论上只要太阳能照到就能装;
(2)不消耗化石能源，无污染，零噪声;
(3)发电过程简单，直接从光能转变成电能，没有中间环节;
(4)占用土地少，如果装在房顶上，占地基本为零;
(5)结构简单，便于搭建，维护成本低。
当然，光伏发电的劣势也很明显：
(1)阴天、晚上没有功率输出;
(2)因【yīn】为没有中间环节导致电能储存【cún】成本高【gāo】，限【xiàn】制了接入电【diàn】网的【de】规模;
(3)目前和火电相比效率还是比较低，光伏转换效率不足20%。
再来【lái】看光热发【fā】电，它最大的优势【shì】就是有中间环节【jiē】，因为有热能作【zuò】为中间能源【yuán】，就具有【yǒu】了三大优势：
(1)能源存【cún】储成本【běn】大大降低，热能存储技【jì】术成熟【shú】度远高于【yú】电能【néng】存储;
(2)随之【zhī】带来的发电可调度性【xìng】很【hěn】高，这一【yī】点就很类似火电【diàn】站了，可以【yǐ】随时根据【jù】负荷调整【zhěng】发电量，平滑【huá】地输出功率;
(3)因为可以平滑输出，就具【jù】备了作为【wéi】电网旋转备用和消峰【fēng】填【tián】谷【gǔ】出【chū】力的可能，可相当于“快【kuài】速火电机组+抽水蓄能【néng】机组【zǔ】”。
但是劣势也很明显：
(1)地域性是硬伤，光热发电对工【gōng】作温度【dù】要求【qiú】高，需要直【zhí】射光照，所以一【yī】般【bān】都建【jiàn】在沙漠里;
(2)成本高昂，光热发电的成【chéng】本是常规能源发电成本【běn】的一倍以【yǐ】上，电站投资成【chéng】本是光伏的4倍，太阳能【néng】流【liú】留密度【dù】低，需要大面积的光【guāng】学【xué】反射【shè】装置和昂贵的接【jiē】收装置将太阳能【néng】直接转换为热能，这一过程的【de】投【tóu】资成【chéng】本占整【zhěng】个电站【zhàn】投资的【de】一【yī】半左右，这是导致光热发电成本居【jū】高不【bú】下的最大原【yuán】因;
(3)技术上仍旧不成熟，这点看商业化程度就可以知道了。
(四)光热发电虽好，但投入实际使用仍任重道远
光热【rè】发【fā】电技术自上世纪50年代诞生至今，经历了多个发展【zhǎn】阶段，截至2015年12月【yuè】底【dǐ】，全球已【yǐ】建成【chéng】投运【yùn】的光热电【diàn】站【zhàn】接近5GW。
2006-2015年，全【quán】球太阳能热发电累【lèi】计装机容【róng】量【liàng】，数据来源：IRENA
这其中，西班牙在【zài】运光【guāng】热电站总装机【jī】容量【liàng】为2300MW，占全球总【zǒng】装机【jī】容量【liàng】近一半【bàn】，位居世界第一【yī】，美【měi】国总装机量为1777MW，位列世界第【dì】二，两者合计约占全球光热装机的88%。
除这两大光【guāng】热大国外，印【yìn】度、南非、阿联酋、阿尔及利亚、摩【mó】洛哥等国也在大力【lì】发展光热太阳【yáng】能技【jì】术，中【zhōng】国是世界上第8个【gè】掌握【wò】大规模光热【rè】技术的国家。
截至2015年12月，各国在【zài】运【yùn】太阳能光热发电站装【zhuāng】机【jī】容【róng】量，数据来源：IRENA
光热发电尽管原理【lǐ】简单，其能【néng】量转换环节【jiē】却【què】比光【guāng】伏发电复杂很多，涉及光学、热学【xué】、电学【xué】、材料学、热能工程等多个【gè】学科的交【jiāo】叉融【róng】合，对于不同技术路【lù】线，效率提【tí】升的【de】障【zhàng】碍【ài】和【hé】路径【jìng】也有所不同，可以说推广应用仍是任重道【dào】远。
但是我们应该看到其发展的巨大前景：
1、与光伏电站【zhàn】、火电厂联合发【fā】电，形成【chéng】互补效【xiào】应【yīng】。在同一【yī】个【gè】发电区域内平衡光热和光伏之间的电力生产和输送，可【kě】消除光伏的间歇性问【wèn】题，这两大技术【shù】的【de】结【jié】合【hé】从总体上【shàng】可有效降低整体系【xì】统的发电成本。
2、建立分布【bù】式发电系统，解【jiě】决【jué】偏远山区供【gòng】电问题，碟【dié】式【shì】系【xì】统最【zuì】适合，但由于【yú】其发电技术【shù】还不成熟，目前多采用【yòng】槽式发电系统。
有专【zhuān】业人士指出，国内企业进军【jun1】光热【rè】发电【diàn】市场，整【zhěng】体【tǐ】产【chǎn】业链已初步形成【chéng】：五大电力公司先后跟进太阳能【néng】光热发【fā】电。国内企业【yè】在【zài】光热产业链【liàn】上下游【yóu】元件生【shēng】产方面高【gāo】速成长，如【rú】大型【xíng】塔式电站用定【dìng】日镜的能力和产能，兆瓦级太阳能塔式热发电【diàn】站【zhàn】已经试运行;槽式太【tài】阳能热发电方面，已【yǐ】有300°C真空管，目前正【zhèng】在向【xiàng】450°C真空管迈进。
结语
与光伏发电相比，光热发电能够【gòu】将太阳的热量【liàng】保存在工质中进行【háng】存储【chǔ】，在阴天【tiān】和晚上【shàng】释放【fàng】出来，以【yǐ】实【shí】现【xiàn】连续发【fā】电，一年将有超过5000小时的满发运行【háng】时间，可以在电网中【zhōng】作为一【yī】个基础【chǔ】电【diàn】源来承担调节作【zuò】用，可以【yǐ】说光热发电的前景比光伏发电更【gèng】好。
不过，前路漫漫，提高关【guān】键部件的【de】性【xìng】能【néng】、解决相关【guān】技术【shù】难【nán】题、降低商业【yè】成本，以及国家【jiā】政策施行与法律法规的完善都【dōu】是不容【róng】回避的问题。
