(一)什么是太阳能光热发电?
太阳能光热发电【diàn】，是将比较【jiào】集中【zhōng】的太【tài】阳光能【néng】通【tōng】过【guò】传递介质转化为热能【néng】，然后再【zài】转化为电能的技术。一般【bān】光热发电系【xì】统可以分成四部分：集【jí】热系统【tǒng】、热传输系统、蓄【xù】热与热【rè】交换系统、发电系统。
集热系统，顾【gù】名【míng】思义就是聚集【jí】太阳能，并【bìng】将太阳【yáng】能【néng】转换为热能，简【jiǎn】而【ér】言之【zhī】就是利【lì】用太阳把【bǎ】集热工【gōng】质(编者注：工【gōng】质即实现热能和机械能相互转化【huà】的媒介物质)“烤【kǎo】热”。热传输系【xì】统，是通过泵等设【shè】备将工质输送【sòng】给蓄热系统或热交换【huàn】系统，传输过程【chéng】就是一个字：“快”，以免工质“凉【liáng】”下来【lái】。蓄【xù】热和热交【jiāo】换【huàn】系统，相当于一个“大电池”和一座“烧火炉【lú】”。
蓄热系统将送来的热量存储下【xià】来，热交换系统将工质【zhì】(一般【bān】是水)“烧开”成蒸汽，来【lái】推动汽【qì】轮机旋转。发电系【xì】统则类似【sì】常规【guī】火力发电【diàn】系统，蒸汽驱动汽轮机，再【zài】带动【dòng】发【fā】电【diàn】机发电【diàn】。
所以，太阳能光热发电经【jīng】历了【le】四步能量转换过【guò】程：光【guāng】能——热能【néng】(存起来或者发电)——机械能(汽轮机转【zhuǎn】动)——电能。
光热发电四大系统
光热发【fā】电按所加热介质的【de】温度【dù】高低分为高温【wēn】发电和低温【wēn】发电。高温太阳能光热【rè】发电【diàn】都【dōu】是采用以水【shuǐ】蒸气为介质【zhì】的朗【lǎng】肯【kěn】循环。而低温【wēn】太阳能发电是以低【dī】沸点有机物为工质的朗肯【kěn】循环。
朗肯循环
目前国际上光热发电的主流形式为高温光热发电，又【yòu】可以根据集【jí】热【rè】形【xíng】式【shì】不同分为塔【tǎ】式、槽式、碟式等【děng】种类【lèi】。
塔式系统利用多【duō】台平【píng】面反射镜【jìng】(称【chēng】为定光镜)，将太阳光【guāng】反射到中心高塔【tǎ】顶部【bù】的接收器上【shàng】(下方左【zuǒ】侧图中发光【guāng】的部分)，并转换成热能【néng】传给工质。
槽式系统的聚光镜【jìng】为槽型抛物面，一般成串使用，细长【zhǎng】型的管状集【jí】热【rè】器被固【gù】定【dìng】在聚光镜的焦点线上【shàng】，工质【zhì】在集热管内被加热。目前，国际上已投运或在建【jiàn】的【de】光【guāng】热发电站中，槽【cáo】式光热【rè】发电【diàn】系统【tǒng】较多【duō】。
碟式光热发电是利用旋转抛物面聚光镜【jìng】将【jiāng】太阳【yáng】光【guāng】聚集在【zài】集【jí】热器上，集热器内的工质被加热从而【ér】驱动发电机做功发【fā】电的一【yī】种【zhǒng】发【fā】电【diàn】方式，是目前发电效率最高【gāo】的，可达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
上文提到了光【guāng】热发电的三大主流形式【shì】——塔式【shì】、槽式、碟式【shì】系统【tǒng】。下面我们来一探究竟。
1、塔式光热发电系统
塔式系统的聚光镜一般是定日镜群(编者注：定日【rì】镜即将太【tài】阳或其他天体的光线【xiàn】反射到固定方向的【de】光【guāng】学装置)，将阳光【guāng】聚集到一个【gè】固定【dìng】在接【jiē】收塔顶【dǐng】部的接【jiē】收【shōu】器上，接收器上的吸热器吸收由定日镜系统反射【shè】来的【de】高热【rè】流【liú】密度辐射能。
目前，国内【nèi】外采用的定日镜大【dà】多是镜表面具【jù】有微小弧度的平凹面镜。和其他【tā】两种不同的是，塔式系统可通过【guò】熔盐储【chǔ】热，具有聚光【guāng】比【bǐ】高【gāo】、工作温【wēn】度高、热【rè】传【chuán】递路【lù】程短、热【rè】损耗少、系统综合效率高等特【tè】点【diǎn】，可实现高精度、大容量、连续发电，适合大规模并网【wǎng】发电。
2、槽式光热发电系统
槽式系统因为聚光镜为【wéi】槽式抛物面，所【suǒ】以太阳光会聚焦在一【yī】条直线【xiàn】上，即焦【jiāo】线。在【zài】这条焦线上安装管【guǎn】状太【tài】阳能集热器【qì】，用来吸收聚【jù】焦后的太【tài】阳辐射能。
其【qí】关键【jiàn】技术在于聚光镜的生产制造，以【yǐ】及两个方【fāng】面的控制，一个【gè】是自【zì】动跟踪控制【zhì】，使得槽式聚光器时刻【kè】对准太阳，以保证最大【dà】限度的吸收太【tài】阳【yáng】能，据【jù】统计跟踪比【bǐ】非跟踪所【suǒ】获得的能量要高出37.7%。另外【wài】一个是【shì】传【chuán】热液体回路的温度与压力控制【zhì】。
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
碟式系统【tǒng】为点聚焦，于焦【jiāo】点处的太阳【yáng】能接收器收集【jí】高【gāo】温热能【néng】，加热【rè】工质，驱动发电【diàn】机组【zǔ】，或【huò】在焦点处直接【jiē】放置太【tài】阳能斯【sī】特林【lín】发电装置。这种系统【tǒng】具有寿命长、效率高、灵活性强等特点，可以独立运行，非常适【shì】合作为边远地【dì】区的小型【xíng】电源使用。
一般碟式【shì】太阳能热发【fā】电功【gōng】率为10.25kW，聚光镜直【zhí】径【jìng】为5.10米。
小型碟式光热发电装置
综【zōng】合对【duì】比三种【zhǒng】技术路线，塔式在大【dà】规模发电中最具有发展潜力，但是前期【qī】单【dān】位投资过大且降低造价很难【nán】，缺乏大【dà】规模发电【diàn】装置【zhì】运行的实际【jì】经验;
槽【cáo】式系【xì】统结构相对简单、技术较【jiào】为成熟，商【shāng】业化运营经【jīng】验【yàn】丰富，仍【réng】是【shì】当前【qián】光热【rè】发电的主流路【lù】线，但其聚光比小、系统工【gōng】作温度低、核心部件真空【kōng】管技术尚未成熟、吸热【rè】管表【biǎo】面选择性涂层性能不【bú】稳定等问题仍旧【jiù】存在;
碟式的热效【xiào】率【lǜ】最【zuì】高，结构紧凑、安装方便，非【fēi】常适合分【fèn】布式小规【guī】模【mó】能源系统，但斯特林热机关键技术难度大【dà】，目前仍处于试验示范【fàn】阶段【duàn】。
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?
光伏发电的原理称【chēng】为“光生伏特”，就是【shì】当太阳光照射到太阳能电【diàn】池【chí】上【shàng】时，电池吸收光【guāng】能，在电【diàn】池【chí】的【de】两端出现异号电【diàn】荷积累，即产生电压，引出【chū】电【diàn】极并接上负载，就产生【shēng】电流【liú】。
光伏电池发电原理与光伏电站系统图
所以【yǐ】，除了来源都是太阳，光伏发电和光热发【fā】电完全是两码事。但是【shì】它俩经常【cháng】被放在【zài】一【yī】起比较，看【kàn】看谁更厉害。我【wǒ】们今【jīn】天也【yě】来比一比，首先看【kàn】光伏发【fā】电，主要【yào】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)因为没有中【zhōng】间环节导致电能【néng】储存成本【běn】高，限制了接入【rù】电网的【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【zài】来看光热发电，它最大的优【yōu】势就是有中间环节【jiē】，因为有热【rè】能作为中间【jiān】能源，就具有了三大优势【shì】：
(1)能源存储成本大大降【jiàng】低，热能存【cún】储技【jì】术成熟度远高于【yú】电能存储【chǔ】;
(2)随【suí】之带来的发电可调度性很【hěn】高【gāo】，这一【yī】点就很【hěn】类似【sì】火电站了，可以随时根【gēn】据负【fù】荷调整发【fā】电量，平滑地输出功率;
(3)因为可以平【píng】滑输出，就具备了作为电【diàn】网旋转备【bèi】用【yòng】和消峰填谷【gǔ】出力【lì】的可能【néng】，可相当于“快速火电机组+抽水蓄能【néng】机【jī】组【zǔ】”。
但是劣势也很明显：
(1)地域性【xìng】是硬伤，光热发电对工作温【wēn】度要求高，需要直【zhí】射光照，所以【yǐ】一【yī】般都建【jiàn】在沙漠里;
(2)成【chéng】本【běn】高【gāo】昂，光热发电【diàn】的成本是常规能源发电成本的一倍以【yǐ】上，电站投【tóu】资【zī】成【chéng】本【běn】是光伏的【de】4倍，太【tài】阳能流【liú】留密度低，需要大面【miàn】积的光学反射装置和昂贵【guì】的接收装置将【jiāng】太阳能直【zhí】接转换为热能，这一过程的投【tóu】资成本占整个电站投资的一半左【zuǒ】右【yòu】，这是【shì】导致光热发电成本居高不下的最大【dà】原因;
(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】发电技术【shù】自上世纪50年代诞【dàn】生至今【jīn】，经历了【le】多个发展阶段，截至2015年12月底，全球已建成投【tóu】运的光【guāng】热电【diàn】站接近【jìn】5GW。
2006-2015年，全球【qiú】太阳能热发电累计【jì】装机容【róng】量，数【shù】据来源：IRENA
这其中【zhōng】，西班牙在运光热电站总装【zhuāng】机容量【liàng】为2300MW，占全球总装【zhuāng】机【jī】容量近一半，位居世界第一，美国总装机量为【wéi】1777MW，位列世【shì】界【jiè】第二，两【liǎng】者合【hé】计约占全球光热装机的【de】88%。
除这两大光热大国【guó】外【wài】，印【yìn】度、南非、阿联酋、阿尔及利【lì】亚、摩【mó】洛哥【gē】等国也在大力发展光热太阳能技【jì】术，中【zhōng】国是世界【jiè】上第8个掌【zhǎng】握大规模光【guāng】热技术的国家【jiā】。
截【jié】至2015年12月，各国在运【yùn】太【tài】阳能光热发电站装【zhuāng】机容量【liàng】，数据来源：IRENA
光热发电尽管原【yuán】理简单，其【qí】能量转换环节却比光【guāng】伏发电【diàn】复杂很多，涉【shè】及【jí】光学、热学、电学【xué】、材料学、热能工程等多个【gè】学科的交叉融合，对于【yú】不同技【jì】术路线，效率提升【shēng】的【de】障碍和路径【jìng】也有所不同，可以【yǐ】说推【tuī】广应用仍是任重道远。
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【lián】合发电，形成互【hù】补效【xiào】应。在同一个发电区域内平衡光【guāng】热和光伏之间的电力生产和输送【sòng】，可【kě】消除光伏的【de】间歇性问题，这【zhè】两大【dà】技术【shù】的结合从总体上可有效降低【dī】整体系统的【de】发电成【chéng】本。
2、建立分布【bù】式发电系统，解决偏远山区【qū】供电问题，碟式系统最适合，但由于其发【fā】电技术还不成熟，目【mù】前【qián】多采用槽【cáo】式【shì】发电系统。
有【yǒu】专业人士指出，国内【nèi】企业进【jìn】军光热【rè】发电【diàn】市场，整【zhěng】体产业链已初【chū】步形【xíng】成【chéng】：五大电力公司先后跟进太阳【yáng】能光热发电。国【guó】内企业在光热产业链上【shàng】下游元件生产方面高速成长，如大【dà】型塔式【shì】电站用定日镜【jìng】的能力和产能【néng】，兆瓦级太阳能【néng】塔式热发电站已经【jīng】试运行;槽式【shì】太【tài】阳能热发电方面，已有300°C真空管【guǎn】，目前正在向【xiàng】450°C真空管迈进。
结语
与光伏发【fā】电相比，光热发电【diàn】能【néng】够将太阳的【de】热量保【bǎo】存在【zài】工质中进行存储，在阴天【tiān】和晚上释放出来，以实现连【lián】续【xù】发电，一年将有【yǒu】超过【guò】5000小时的满【mǎn】发运行时间，可【kě】以【yǐ】在电网【wǎng】中作为一个基础电源来承担调【diào】节作【zuò】用，可【kě】以说光热发电的前景比光伏发【fā】电更好。
不过，前路漫【màn】漫【màn】，提高【gāo】关【guān】键部件的性【xìng】能、解决相【xiàng】关技术难【nán】题、降低商业成本，以及国家政策施行与【yǔ】法律法规的完善都是不容回避的问【wèn】题。
