歐盟太陽能熱發(fā)電戰(zhàn)略研究議程2025

歐洲太陽能熱發(fā)電協(xié)會（ESTELA）發(fā)布了首個戰(zhàn)略研究議程，設定了到2025年歐洲太陽能熱發(fā)電優(yōu)先研究的問題，以期實現(xiàn)三大目標：提高效率與降低成本、增強可調(diào)度性和提高環(huán)境效應。戰(zhàn)略研究議程討論了四種主要的太陽能熱發(fā)電技術：拋物槽式、塔式、線性菲涅爾式和碟式斯特林系統(tǒng)，還包括相關的交叉問題，如蓄熱、混合發(fā)電和標準化等。目前，全球太陽能熱發(fā)電裝機容量已達2GW，還有3GW在建中。大部分電站建在西班牙和美國，其他地區(qū)也在考慮發(fā)展熱發(fā)電，北非、印度、中國和南非等已啟動了新的項目。到2015年太陽能熱發(fā)電裝機量有望達到10GW。歐盟成員國在2010年制定的國家可再生能源行動計劃中設定了到2020年太陽能熱發(fā)電裝機總計要超過7GW，其中僅西班牙裝機目標就超過5GW。由于經(jīng)濟危機影響，目前歐洲各國的補貼形勢不太明朗，國家層面正在采取新的措施來協(xié)調(diào)可再生能源項目的投資計劃?？紤]到各國政策和電站參數(shù)，目前太陽能熱發(fā)電的固定上網(wǎng)電價在0.3歐元/kWh左右。同時，太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)還創(chuàng)造了許多新的就業(yè)機會。如在西班牙，2008～2010年間相關工作崗位數(shù)量翻了一番多。一、標準化太陽能熱發(fā)電的技術標準對加速降低成本至關重要。太陽能聚光器的EN12975標準已是ISO9806標準的一部分，目前正在修訂。太陽能熱發(fā)電標準工作組已于2011年成立，2012～2013年有望發(fā)布新的指導方針。但仍需加強在以下領域建立通用標準框架：資格、認證、測試程序、組件和系統(tǒng)耐久性試驗、調(diào)試程序、模擬結果和太陽能場建模等。二、目標1：提高效率，降低發(fā)電、運行與維護成本為滿足目標1戰(zhàn)略研究議程列出了四種熱發(fā)電技術的優(yōu)先研究主題，交叉問題也共同列出，如表1所示。表1歐洲太陽能熱發(fā)電技術優(yōu)先研究主題技術種類研發(fā)主題拋物槽式集熱器-規(guī)?；?更好的集熱器設計和制造-更好的太陽能場控制-自主驅動單元和本機控制（無線）吸熱管-選擇性涂層更好的優(yōu)化穩(wěn)定性-真空管設計，無焊接或無較低的透氫傳熱流體-利用壓縮氣體（CO2、N2、空氣等）-直接蒸汽發(fā)電-熔鹽+輔助加熱塔式吸熱器-先進高溫吸熱器（直接吸收）-新工程化材料（陶瓷管）傳熱流體-用于超臨界蒸汽循環(huán)的熔鹽-空氣和CO2作為主要流體-直接過熱蒸汽-粒子吸熱器系統(tǒng)定日鏡場-多重小塔式配置-可靠的無線定日鏡控制系統(tǒng)-優(yōu)化的定日鏡場-改進驅動機制-自主驅動單元和本機控制（無線）新的轉化循環(huán)和系統(tǒng)-布雷頓循環(huán)-聯(lián)合循環(huán)和超臨界蒸汽循環(huán)-與生物質混合發(fā)電-二級聚光器線性菲涅爾式控制和設計-更好的跟蹤選項-塔式技術與菲涅爾技術的混合吸熱器-真空管式吸熱器-新一代非真空管式吸熱器反光鏡-二級聚光-弧形支持表面薄膜傳熱流體-過熱直接蒸汽發(fā)電-僅用熔鹽-非真空吸熱器中的加壓CO2或空氣碟式燃氣輪機-與天然氣或生物氣混合發(fā)電-碟式系統(tǒng)與壓縮空氣儲能結合吸熱器-應對更低熱惰性的回熱器系統(tǒng)部件-與汽車制造行業(yè)協(xié)同-改進跟蹤系統(tǒng)斯特林發(fā)動機-聯(lián)動式發(fā)動機（更低的組件錯誤率、更低的H2泄露、大規(guī)模生產(chǎn)）-自由活塞式發(fā)動機（線性發(fā)電機更好的控制與設計）可調(diào)度性-機電式存儲和蓄熱-吸熱器中的替代能源來源（生物質）交叉問題反射鏡-輕反射表面-防污涂層-高反射率傳熱流體-低熔點混合物-加壓氣體-帶有高壓吸熱管的直接蒸汽發(fā)電-高工作溫度其他-具有更好光學特性的選擇性涂層吸熱器-新存儲概念-改進控制、預測和運行工具三、目標2：增強可調(diào)度性可調(diào)度性是增強太陽能熱發(fā)電技術競爭力的重要特性，能夠靈活響應電網(wǎng)需求是關鍵。盡管許多電站已建設了蓄熱系統(tǒng)，但仍需要開展更多的工作。（一）綜合系統(tǒng)通過水預熱方法或鍋爐蒸汽/水循環(huán)能夠實現(xiàn)將太陽熱能集成到大型蒸汽廠。需要設計合適的鍋爐以應對溫度差異。如果鍋爐集成已完成，還需要改進其設計與控制系統(tǒng)。將太陽熱能與燃氣輪機或聯(lián)合循環(huán)電站集成也是選擇之一。與燃氣輪機相結合時，在高溫太陽能集熱器中可將空氣溫度加熱到高溫，從而產(chǎn)生高轉化效率。提高處理過渡相的能力需要改進設計控制系統(tǒng)。將太陽熱能與生物質集成更適用于小規(guī)模設施，可以作為全可再生能源電站。（二）蓄熱不同傳熱流體，采用不同的設計：熱油：用具有良好溫度分層的單個蓄熱罐替代雙罐配置可極大簡化蓄熱。還可以通過換熱器和蓄熱材料的固態(tài)分離來優(yōu)化單罐設計。熔鹽：太陽能場和蓄熱循環(huán)之間不需要交換器。需要研發(fā)具有低凝點和避免腐蝕問題的新熔鹽混合物。蒸汽：在發(fā)電模塊之前不需要交換器。需要調(diào)研用于飽和蒸汽的固態(tài)/液態(tài)相變材料。氣體：超高溫應用可行。挑戰(zhàn)是如何設計高效傳熱系統(tǒng)和蓄熱材料選擇。一般而言，需要改進熱量積蓄與釋放策略以最大化蓄熱能力。還需要調(diào)研熱化學儲能系統(tǒng)概念。（三）改進預測良好的預測能力對于可靠估計給定地點電站的成本非常重要?？梢栽O想許多解決方案，如詳細預報超短期氣象情況，開發(fā)電力預測系統(tǒng)軟件監(jiān)管電力生產(chǎn)，改進地面太陽直射輻射（DNI）測量方法，利用氣象衛(wèi)星結果，改進用于DNI預測的數(shù)值天氣預報模型，分析太陽能與風能資源之間的年際變化情況和時間與空間關聯(lián)。四、目標3：提高環(huán)境效應傳熱流體因其對環(huán)境的潛在影響而成為實現(xiàn)本目標的關注點，合成油的污染是最令人擔憂的影響之一。