太陽是一個十分巨大的能源,它送到地球的光功率就有12萬TW。與此相比,現(xiàn)在人類社會的總能耗約13TW,全世界發(fā)電裝機容量不到4TW,都比太陽送到地球的光功率小得多。地球上的所有石油資源相應的能量,只相當太陽在一天半時間內供應給地球的光能。再者,由于能源危機以及對環(huán)境污染的憂慮,一些發(fā)達國家早在上世紀七十年代,就開始投資于工業(yè)開發(fā)太陽能。
上世紀七十年代,全世界投入太陽能熱電CSP(Concentrating Solar Power)研究開發(fā)的經費規(guī)模約有五億美元,多種方案的太陽能實驗熱電站從而在各國建成。其中,從1984到1990年,美國在加州莫哈夫沙漠(Majave Desert)地區(qū)相繼建成九個槽式太陽能熱電站(Trough,“SEGS 1…1X”)。其發(fā)電功率分別為14MW、6×30MW和2×80MW。這組總功率354MW的電站建成后,一直向加州電網供電至今,累計供電12TWh,其中新裝置的電效率已達30%。
然而,由于1991年到1992年油價下跌,CSP失去開發(fā)經費,承包SEGS的公司Luz因而破產。
歐洲對CSP開發(fā)作笫二輪投資(Euro Trough)是受1986年切爾諾貝利(Tschernobyl)核電站事故的影響,對Trough技術也做了進一步開發(fā)。2001年“9?11”事件后油價上漲,才形成CSP電廠建設的笫二次機遇。一些國家和地區(qū)(如西班牙和美國加州)為鼓勵發(fā)展可持續(xù)能源( Renewable Energy )相繼立法,也極大促進了太陽能熱電的建設?,F(xiàn)在已經有不少公司介入這個領域。
通過三十多年的研究開發(fā)實踐,在國際間現(xiàn)在已有一些共識,即太陽能熱電站(CSP),尤其槽式太陽能熱電站(Trough),是最便宜的太陽能。一些科技會議和項目計劃對有關技術的研究、開發(fā)和推廣起到了重要的作用,例如:
――2007 Parabolic Trough Technology Workshop, March 8-9(會議文集可由www.nrel.gov/csp/trough/下載)。此國際會議有歐美國家120多人參加,包括不少公司。會議目的是交流技術,交流建設項目,推廣Trough工業(yè),鼓勵工業(yè)界進入此領域。
――U.S. DOE Basic Energy Science Workshop on Solar Energy Utilization, April 18-21,2005(會議資料可從www.physicstoday.org 下載)。此會議的主題是開拓太陽能基礎研究領域,也對已有工業(yè)技術進行討論和評價,包括對CSP的判斷等。摘要發(fā)表在Physics Today,March,2007。
――SolarPACES是IEA (International Energy Agency)的一項國際合作計劃(www.solarpaces.org),目標是在2015年前建設5000MW CSP太陽能熱電站。
此組織在2000年有十四個成員(澳大利亞、巴西、埃及、歐共體、法國、以色列、德國、墨西哥、俄國、西班牙、南非、瑞士、英國及美國)。已經建成和正在建設的項目包括:阿爾及利亞,埃及,墨西哥,摩洛哥,印度等國30MW;伊朗60MW;南非100MW;西班牙12×50MW;以色列5×100MW;美國3000MW等太陽能熱電站。其中,除南非為塔式CSP外,其他都是槽式(Trough)。希臘50MW和意大利ENEA 40MW Trough,不屬此范圍。ENEA某些技術也許比SEGS先進。
――TRANS-CSP規(guī)劃。這是在德國政府支持下,聯(lián)合埃及、阿爾及利亞和約旦的能源部門于2006年完成的規(guī)劃。TRANS-CSP大概是這方面雄心最大的規(guī)劃,其目標要在2050年前,在中東和北非建設多個CSP電站,將電力通過直流高壓線送到歐洲(共102GW/707TWh/y,占歐洲供電15%)。這份很長的規(guī)劃(最終報告可由www.dlr.de下載)對于歐洲發(fā)展各種能源的現(xiàn)狀和前景,從天時地利到人和,做了多方位考察,規(guī)劃了各種能源的發(fā)展前景。
已經開發(fā)的CSP實驗熱電站,主要有三種形式,即槽式、塔式和碟式。槽式采用柱形拋物線反射鏡將日光聚焦于吸收管,加熱管內液體,此液體加熱蒸氣發(fā)電的過程與常規(guī)電廠相同。塔式采用大量分立的拋物面反射鏡,將日光都聚集在塔頂的公共吸收體,加熱吸收體內液體。碟式將單個拋物鏡與吸收體及發(fā)電機聯(lián)成一體,跟蹤太陽運動,屬小型發(fā)電站。初期的實驗認為,槽式僅能得到攝氏400度的蒸氣;碟式可達攝氏650度;塔式可達攝氏1500度。高溫有利于提高熱機效率。但從多年的實踐表明,槽式具有綜合優(yōu)勢,能提供最便宜的電力,是現(xiàn)在工業(yè)推廣的主要形式。
現(xiàn)在的Trough電站電價,為每度電(KWh)10~20美分,與地區(qū)日照水平及電站規(guī)模相關,已與美國加州夏季峰值電價相同。一般估計十年內會降到4~6美分。Trough的各個技術環(huán)節(jié)仍在不斷改進中,包括反射鏡的形式和參