【新能源工程实践】腾飞伊始,光热发电蓄势待发


本周新能源实践工程课我们院有幸邀请到了常州龙腾光热科技有限公司的营销总监张磊老师。张磊老师从2009年开始从事光热发电技术行业,先后到美国,德国,西班牙等光热发电技术较为成熟的国家进行实地考察,对光热发电技术行业有着成熟的认知和独到的见解。

开始,张磊老师做了一个简短的自我介绍,之后便很激动地和我们分享了一个好消息,今年是光热发电的元年。为什么呢?因为今年年中政府启动了光热发电首批20个“十三五”项目,政府部门能够得到大力支持,将对光热发电行业的发展有着十分重要的推动作用,因而称之为光热发电行业的元年。

图为张磊老师为新能源专业的同学讲课上课

本次课程张磊老师主要为我们介绍了光电发热技术的不同类型和基本原理。光热发电技术主要包括四种:槽式光热发电技术、塔式光热发电技术、线性菲涅耳光热发电技术以及碟式光热发电技术。其中槽式光热发电技术是当今光热发电的主流技术,占总装机量的85%左右。相较于槽式光热发电,塔式光热发电要求更高的技术,包括解决遮光物造成集热器受热不均而损坏和导热介质的效率和安全性等技术问题,以及跟踪器成本造价高等经济问题。而线性菲涅耳光热发电技术相较于槽式则是通过降低其成本而牺牲发电效率,其主要的不同是使用平面镜代替抛物面镜,增加二次反射,无柔性链接。线性菲涅耳光热发电也有其优点,其出色的抗风性能使其可以很好的与建筑物结合,为建筑发电、供热甚至制冷。至于蝶式光热发电技术则是市场前景最不好的的一种技术,主要问题在于其储热困难、稳定性差及效率低下,现主要应用于分布式的电力需求,如无电网的偏远地区。

尽管有着四种不同的类型,但是光热发电站的组成却大致相同。光热发电站主要由三部分构成:集热岛、储热岛以及发电岛。集热岛由大量的高精度光学仪器构成,包括集热管,反射镜,液压驱动,控制器,聚光支架,柔性链接等零件。集热管,顾名思义,就是通过反射镜和控制器跟踪太阳光束,将光束汇聚到集热管从而加热管内导热介质(一般为油类或熔融盐)到400摄氏度左右,继而输送到储热岛中加热水生成水蒸气,生成的水蒸气被输送到发电岛中推动汽轮机发电组从而产生电力。发电岛中的汽轮发电机组和火电站中的相似,相较于火电站中的效率更高,能够做到快速启动,频繁启动,以及超低负荷运行。

当然,更加高效的技术必然需要解决更大的技术壁垒。而对于光热发电来说,其技术核心就在于集热管的制造方面。集热管由中心的不锈钢管和外围的玻璃钢管构成,钢管和玻璃管中间需抽成真空状态来减少热量的散失。首先,钢管和玻璃管间的焊接便是一个很大的技术难题。由于两种材料的热膨胀系数不同,在巨大的温度变化下,焊接部分极其容易断裂,从而造成整个装置的报废。此外,如何找出高效的涂层,来增加玻璃管的透光率,并减少雨雪灰尘对其造成的影响,也是一项巨大的挑战。目前来说,优异的集热管的制造工艺,目前主要掌握在德国,美国,西班牙等国家手中。因此也是我们主要需要攻克的技术难题。

介绍完光热发电的不同的种类和工作原理之后,张磊老师向我们简单比较了光热发电相较于其他新能源发电方式的优劣。相较于光伏发电来说,光热发电由于储热罐的使用,能够做到24小时不间断发电,提高了太阳能的使用时效;相对于风能和光伏发电来说,光热发电十分平稳,非常适合并入电网,不会对电网造成巨大的冲击。因此,可以说光热发电是目前可见的唯一可以替代火电的可再生能源发电技术。不过光热发电也有其不足之处。首先,其占地面积巨大,动辄上百亩的占地面积使其无法在人口密集的地区推广,而偏远的西北部又面临输电困难和环境恶劣等问题。其次,相较与其他几种新能源发电装置,光热发电装置更加复杂,其运营维护成本也会相应升高。

目前,光热发电主要还是分布在国外,其中,美国和西班牙的装机量占到了全球的81%。近年,中国也意识到了其广阔的市场前景,开始了追赶的步伐。按照 “十三五”规划,截至2020年,中国总计建设5Gw光热发电站,第一批的20个项目的装机量约为1.35Gw。如今大多数光热电站都处于在建或前期状态,因此可以说,今年是光热发电的元年,也是发电行业格局变革的伊始,也许在不久的将来,我们就能用上从光热发电站运输过来的清洁电力。

下课后,张磊老师还与同学们有了进一步的沟通交流,他希望我们能够珍惜学校专业学习的机会,稳扎稳打,认真学习基础知识,为将来深入科研奠定基础。这也体现出张磊老师作为一名企业人和实业人所具有的使命感和责任感以及对中国科技行业发展的关切。


文/姚瑞 杨金贵

摄/陈捷