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眾所周知(zhi)，塔式(shi)光(guang)(guang)熱發電(dian)技術始自上(shang)世(shi)紀50年(nian)代，前蘇聯科學家最早建立小型實(shi)(shi)驗裝置(zhi)，在(zai)(zai)碟式(shi)聚光(guang)(guang)裝置(zhi)的(de)(de)基礎上(shang)進行改進，其(qi)目的(de)(de)是保(bao)留碟式(shi)聚光(guang)(guang)器高(gao)聚光(guang)(guang)比(bi)優(you)勢(shi)，探(tan)索(suo)(suo)光(guang)(guang)熱規(gui)模化利用或發電(dian)的(de)(de)可能性。上(shang)世(shi)紀80年(nian)代又在(zai)(zai)克里米亞建立5兆瓦實(shi)(shi)驗裝置(zhi)。在(zai)(zai)這一(yi)時期，國(guo)際上(shang)也有很多(duo)(duo)國(guo)家相繼建立了實(shi)(shi)驗裝置(zhi)，但至今仍停留在(zai)(zai)技術探(tan)索(suo)(suo)上(shang)，特(te)別是對傳(chuan)熱介質的(de)(de)選擇(ze)很類(lei)似核電(dian)，多(duo)(duo)種多(duo)(duo)樣(yang)，眼花繚亂。

例如美國從(cong)建(jian)立太陽能1號(hao)采(cai)用(yong)水做傳熱和動(dong)力(li)工質到太陽能2號(hao)采(cai)用(yong)熔鹽介質時(shi)間跨(kua)度十余(yu)年(nian)。而真正(zheng)具(ju)有(you)商(shang)業化意義(yi)的塔(ta)式(shi)(shi)熱發(fa)電(dian)(dian)實驗項目(mu)Gemasolar電(dian)(dian)站則由歐盟出資建(jian)設，于(yu)2011年(nian)投(tou)入運行。在此期間，槽式(shi)(shi)光熱發(fa)電(dian)(dian)技(ji)術逐漸成熟(shu)，與(yu)(yu)槽式(shi)(shi)熱發(fa)電(dian)(dian)相比，顯然塔(ta)式(shi)(shi)熱發(fa)電(dian)(dian)技(ji)術還不能稱之為(wei)成熟(shu)，至今仍在探索和進步中。但是與(yu)(yu)槽式(shi)(shi)熱發(fa)電(dian)(dian)一樣均暴露高(gao)投(tou)資、高(gao)成本，市(shi)場(chang)競爭力(li)不足的共同問題(ti)。

近年來(lai)，美國和歐(ou)盟都將光(guang)熱(re)發(fa)電(dian)技(ji)術(shu)(shu)的創新放在發(fa)展(zhan)可再(zai)生(sheng)能(neng)源的重要地(di)位看待，同時(shi)加大(da)政府財政投資(zi)支持力度。美國能(neng)源部Sunshot太(tai)陽(yang)能(neng)計劃(hua)公開了(le)第三代光(guang)熱(re)發(fa)電(dian)發(fa)展(zhan)路(lu)線圖(tu)并按部就班推進，歐(ou)盟公開了(le)2020地(di)平線計劃(hua)，其中“Next-CSP”（下(xia)一(yi)代太(tai)陽(yang)能(neng)熱(re)發(fa)電(dian)）和SCARABEUS課題著眼于超臨界二氧化(hua)碳熱(re)發(fa)電(dian)技(ji)術(shu)(shu)與固體(ti)粒子儲熱(re)傳熱(re)結(jie)合(he)，都取得(de)了(le)明顯進展(zhan)。目前我國也開始了(le)“超臨界CO2太(tai)陽(yang)能(neng)熱(re)發(fa)電(dian)關鍵基礎問題研究”，并列入國家重點科(ke)研計劃(hua)。但要實施超臨界二氧化(hua)碳太(tai)陽(yang)能(neng)熱(re)發(fa)電(dian)，就不能(neng)不對塔(ta)式熱(re)發(fa)電(dian)技(ji)術(shu)(shu)進行再(zai)創新。

塔(ta)式光(guang)熱(re)(re)發電技術(shu)在我國(guo)(guo)備受推崇，從(cong)2005年(nian)南京(jing)江寧和(he)2006年(nian)北京(jing)延慶大(da)漢兩(liang)個實驗(yan)項目(mu)算起(qi)，目(mu)前(qian)已經建成和(he)在建的(de)示范項目(mu)就(jiu)多達8、9個，是國(guo)(guo)際上應用該(gai)技術(shu)最(zui)多的(de)國(guo)(guo)家。什么原因呢？一(yi)句話，“高(gao)溫、高(gao)工況、高(gao)效率(lv)”即“三高(gao)”最(zui)吸(xi)引中國(guo)(guo)專家的(de)眼球。毫無(wu)疑問，塔(ta)式光(guang)熱(re)(re)發電優勢很突出(chu)；

1、依托高聚光(guang)比，接收(shou)器可獲得(de)近千(qian)度的高溫；

2、接收(shou)、傳熱(re)和儲熱(re)系統構(gou)造緊(jin)湊(cou)，熱(re)損(sun)失(shi)少，定日鏡跟蹤技術相對(dui)成熟(shu)；

3、可為超臨界二氧化碳動(dong)力設備提供高(gao)溫(wen)媒介，進一步提高(gao)發電效(xiao)率，遠景(jing)可期。

但是，塔(ta)式光熱發電還存在一些固有缺陷：

1、點聚焦和長(chang)焦距決定(ding)紅外熱(re)輻射強度較低，衰減度較大，不僅受制于定(ding)日鏡與接收器的距離(li)，更受制于大氣環境的變化，因此電站規模(mo)受限；

2、定(ding)日鏡穩(wen)定(ding)度決定(ding)聚光焦(jiao)斑的穩(wen)定(ding)性和焦(jiao)斑溫度；

3、接(jie)收器暴露在高空(kong)，熱發射率和對流損失大，同時受風(feng)和環(huan)境溫度制約(yue)；

4、液體接收(shou)器(qi)采用組串式布置，需要均衡穩定(ding)的聚(ju)光焦(jiao)斑支(zhi)持，但(dan)日(ri)照強度隨季節性變動(dong)，以及(ji)現有的定(ding)日(ri)鏡穩定(ding)技術(shu)難以保證(zheng)；

5、傳熱介(jie)質和儲熱介(jie)質尚在選(xuan)擇中，沒有(you)定論(lun)；

6、站址選(xuan)擇(ze)不僅受DNI限(xian)制，更(geng)受限(xian)于(yu)地理維度(du)、環(huan)境溫度(du)。

毋(wu)庸質(zhi)疑，雖然(ran)塔(ta)式光(guang)熱發電技(ji)術存在(zai)(zai)固(gu)有缺(que)陷，但仍然(ran)是(shi)未來光(guang)熱發電技(ji)術發展的(de)(de)重(zhong)要選(xuan)項。現在(zai)(zai)的(de)(de)任(ren)務(wu)就是(shi)針(zhen)對固(gu)有缺(que)陷進(jin)行創新(xin)，揚長避短，發揮技(ji)術優勢(shi)。就像美國NREL在(zai)(zai)新(xin)近撰(zhuan)寫的(de)(de)《Concentrating Solar Power Best Practices Study》一(yi)文指出的(de)(de)，目(mu)前塔(ta)式光(guang)熱發電項目(mu)投入商業(ye)運行的(de)(de)較少，特別是(shi)吉瑪索和新(xin)月沙丘兩個項目(mu)先(xian)后出現一(yi)些問題，數據(ju)未公開，還有待(dai)進(jin)一(yi)步總結(jie)提高。

一、推廣無縫隙定日鏡，提高光熱輻射率

塔式光熱(re)發電(dian)面臨同槽式熱(re)發電(dian)站(zhan)一樣的(de)(de)初始投資(zi)高的(de)(de)問題，如何降低(di)初始投資(zi)，關鍵是減少鏡(jing)場投資(zi)規模。目前定日鏡(jing)跟蹤技(ji)術相(xiang)對成熟(shu)，但單(dan)組(zu)定日鏡(jing)在面積的(de)(de)選(xuan)擇(ze)上不盡相(xiang)同，有(you)選(xuan)擇(ze)100多平(ping)(ping)米的(de)(de)，也有(you)選(xuan)擇(ze)20多平(ping)(ping)米的(de)(de)，那么究竟多大(da)最(zui)好呢？建議以20至50平(ping)(ping)米為宜。理由是：

1、定(ding)日鏡(jing)反輻射(she)(she)強度與單(dan)個鏡(jing)面(mian)的(de)面(mian)積(ji)直接相(xiang)關，如果將鏡(jing)面(mian)分割為小鏡(jing)面(mian)再(zai)集合組裝，實(shi)際(ji)降低了輻射(she)(she)強度，雖然總面(mian)積(ji)大(da)了，但反射(she)(she)效率(lv)并(bing)不高。因此，在(zai)現有(you)鏡(jing)片制造工藝(yi)的(de)基礎上，用無縫隙方法組裝單(dan)組定(ding)日鏡(jing)，保(bao)證單(dan)位面(mian)積(ji)反射(she)(she)效率(lv)最大(da)，同時降低組裝成(cheng)本。根據定(ding)日鏡(jing)抗風荷及強度要求，單(dan)組定(ding)日鏡(jing)的(de)面(mian)積(ji)最好(hao)在(zai)20至50平米之內選(xuan)擇。

2、提高(gao)(gao)定(ding)(ding)(ding)日鏡(jing)(jing)熱(re)(re)(re)(re)(re)發(fa)射率(lv)(lv)(lv)，減(jian)少熱(re)(re)(re)(re)(re)吸(xi)(xi)收率(lv)(lv)(lv)。光(guang)熱(re)(re)(re)(re)(re)發(fa)電對光(guang)的(de)(de)要(yao)(yao)求與(yu)光(guang)伏發(fa)電截然不(bu)同(tong)，根(gen)據(ju)光(guang)的(de)(de)頻譜特性，可見(jian)光(guang)在(zai)光(guang)熱(re)(re)(re)(re)(re)發(fa)電中僅起指示作(zuo)用，熱(re)(re)(re)(re)(re)含量很低(di)，接(jie)收器(qi)欲獲(huo)得(de)穩定(ding)(ding)(ding)的(de)(de)高(gao)(gao)溫輻射熱(re)(re)(re)(re)(re)，只能依賴紅外光(guang)譜，即波(bo)長在(zai)750納(na)米到2300納(na)米的(de)(de)不(bu)可見(jian)光(guang)（圖1）。由此可見(jian)，光(guang)熱(re)(re)(re)(re)(re)發(fa)電從(cong)定(ding)(ding)(ding)日鏡(jing)(jing)到接(jie)收器(qi)，其熱(re)(re)(re)(re)(re)的(de)(de)傳(chuan)(chuan)輸模式(shi)包括熱(re)(re)(re)(re)(re)輻射和(he)介質傳(chuan)(chuan)熱(re)(re)(re)(re)(re)。如果(guo)采用固體粒子作(zuo)為傳(chuan)(chuan)熱(re)(re)(re)(re)(re)和(he)儲熱(re)(re)(re)(re)(re)介質，熱(re)(re)(re)(re)(re)傳(chuan)(chuan)輸過程基本遵循熱(re)(re)(re)(re)(re)輻射規(gui)律。因此，給定(ding)(ding)(ding)日鏡(jing)(jing)提出的(de)(de)要(yao)(yao)求就(jiu)是(shi)反輻射強(qiang)度(du)越(yue)高(gao)(gao)越(yue)好，熱(re)(re)(re)(re)(re)吸(xi)(xi)收率(lv)(lv)(lv)越(yue)低(di)越(yue)好，這就(jiu)要(yao)(yao)求鏡(jing)(jing)片濺射的(de)(de)銀層(ceng)和(he)銅層(ceng)要(yao)(yao)有較(jiao)高(gao)(gao)的(de)(de)熱(re)(re)(re)(re)(re)輻射率(lv)(lv)(lv)和(he)較(jiao)低(di)的(de)(de)熱(re)(re)(re)(re)(re)吸(xi)(xi)收率(lv)(lv)(lv)，否則就(jiu)要(yao)(yao)增加專門的(de)(de)熱(re)(re)(re)(re)(re)發(fa)射涂層(ceng)。同(tong)時(shi)定(ding)(ding)(ding)日鏡(jing)(jing)與(yu)接(jie)收器(qi)的(de)(de)距(ju)離(li)和(he)熱(re)(re)(re)(re)(re)效之間也要(yao)(yao)兼顧(gu)，依據(ju)接(jie)收器(qi)輻照強(qiang)度(du)與(yu)定(ding)(ding)(ding)日鏡(jing)(jing)距(ju)離(li)之間的(de)(de)反比(bi)關系，鏡(jing)(jing)場(chang)規(gui)模不(bu)是(shi)越(yue)大越(yue)好，鏡(jing)(jing)場(chang)設計盡可能規(gui)避(bi)無效投資。

圖1太陽(yang)能利用光譜可(ke)用范圍

二、選擇固體粒子作為傳熱和儲熱介質

塔式熱(re)發電選擇固(gu)體粒子傳熱(re)始于(yu)上世紀(ji)八十年(nian)代(dai)，最早由美國(guo)桑迪亞實驗室提出，千年(nian)后(hou)被業界重(zhong)新提起(qi)。

為什(shen)么固體粒子做傳熱介質被(bei)再次重視？關鍵是(shi)熔鹽介質存在(zai)的(de)局限性，特別是(shi)在(zai)應用中(zhong)暴露(lu)出經濟性差、電(dian)站(zhan)寄生損耗大、事故率(lv)高是(shi)根本原(yuan)因。采用固體粒子則可(ke)以實現(xian)以下目標：

1、適應塔式熱發電不穩定的光照輻(fu)射焦斑；

2、能應對溫度瞬變沖擊，規避(bi)熔鹽介質一怕凝固二怕氣化(hua)的風險(xian)；

3、可提高(gao)工況溫度到600至1000度，以滿足(zu)超臨界二氧化碳(tan)高(gao)效(xiao)發電之(zhi)需；

4、固體顆粒不會像(xiang)熔鹽(yan)發生(sheng)凍(dong)結，消(xiao)除了伴(ban)熱成本以及相關的維護和寄生(sheng)電源損耗：

5、固體(ti)顆粒沒有(you)腐蝕性，減少(shao)了對傳熱管(guan)道和儲熱設備的防護成(cheng)本。

借鑒桑迪亞(ya)塔式固體(ti)粒子技術，以及(ji)歐盟NEXT-CSP項目選擇(ze)橄(gan)欖(lan)石即鎂(mei)硅酸鹽的經驗，建議我國選擇(ze)便于流(liu)化的粉(fen)煤灰或水泥粉(fen)末做(zuo)塔式傳(chuan)熱(re)和(he)儲熱(re)介質。

粉(fen)(fen)(fen)煤(mei)(mei)灰系(xi)(xi)燃(ran)煤(mei)(mei)電(dian)廠(chang)固體(ti)廢棄物(wu)，主要組分為：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等(deng)，目前主要應用(yong)(yong)在建筑和(he)公路交通基礎設施。粉(fen)(fen)(fen)煤(mei)(mei)灰原本(ben)就是燃(ran)煤(mei)(mei)電(dian)廠(chang)流化(hua)床或煤(mei)(mei)粉(fen)(fen)(fen)鍋(guo)爐(lu)的傳(chuan)熱介(jie)質(zhi)，工況溫(wen)度在800至1000度，且粉(fen)(fen)(fen)煤(mei)(mei)灰球磨(mo)后就可(ke)以再利用(yong)(yong)，其粒度可(ke)恢復與(yu)現有(you)超臨界燃(ran)煤(mei)(mei)發電(dian)一樣；粉(fen)(fen)(fen)煤(mei)(mei)灰同樣適宜作高溫(wen)儲熱介(jie)質(zhi)，而且粉(fen)(fen)(fen)煤(mei)(mei)灰系(xi)(xi)脫硫(liu)產物(wu)，對(dui)環境友好，成本(ben)相比熔(rong)鹽(yan)更低(di)。（見表1）

歐盟(meng)資助協議編(bian)號(hao)的727762項目，在《作為傳熱流體和儲存材料的懸浮(fu)顆粒的評估》報告(gao)中對不同的固(gu)體粒子性能做了分(fen)析(xi)，其分(fen)數排序為從(cong)0(最差)到5或10(最好)。

三、固體粒子接收器的選擇

固體(ti)粒(li)子傳熱(re)(re)遵循熱(re)(re)輻(fu)(fu)射基本理(li)論(lun)，嚴格地講，輻(fu)(fu)射換熱(re)(re)與導(dao)熱(re)(re)、對流換熱(re)(re)不同，無需冷熱(re)(re)物體(ti)接(jie)觸，熱(re)(re)平衡的(de)(de)建(jian)立(li)依賴(lai)物體(ti)間輻(fu)(fu)射熱(re)(re)的(de)(de)發射和吸收。

固體(ti)粒子接(jie)(jie)(jie)收(shou)器(qi)(qi)最(zui)早在(zai)美國阿爾伯克基市(shi)的(de)桑迪(di)亞(ya)國家太陽熱測(ce)試(shi)設(she)施(NSTTF)進行實驗，接(jie)(jie)(jie)收(shou)塔高61米，接(jie)(jie)(jie)收(shou)器(qi)(qi)透孔高6.3米，寬1.85米，深1.5米。粒子從透腔(qiang)上方料(liao)斗(dou)排(pai)出釋放，粒子通(tong)(tong)過空腔(qiang)自由下落，在(zai)動態中(zhong)(zhong)粒子接(jie)(jie)(jie)收(shou)聚焦(jiao)于空腔(qiang)前方透射(she)的(de)太陽光(guang)輻射(she)熱。一般的(de)理解(jie)是，熱輻射(she)在(zai)靜態中(zhong)(zhong)通(tong)(tong)過被照射(she)物體(ti)表(biao)面涂(tu)敷的(de)高效選(xuan)擇(ze)性吸收(shou)涂(tu)層(ceng)以獲得最(zui)大(da)熱吸收(shou)效果，讓落砂在(zai)動態中(zhong)(zhong)直接(jie)(jie)(jie)吸收(shou)光(guang)輻射(she)效果好嗎？2020年9月美國能源部撥(bo)付桑迪(di)亞(ya)75萬美元，擬與德國DLR合作實驗其設(she)計的(de)轉籠式(shi)接(jie)(jie)(jie)收(shou)器(qi)(qi)。

歐盟NEXT-CSP計劃專注于(yu)管(guan)(guan)內微粒(li)(li)技術的(de)研(yan)發，并(bing)由法國(guo)(guo)承(cheng)擔(dan)歐盟“CSP2”的(de)固體粒(li)(li)子(zi)(zi)金(jin)屬(shu)管(guan)(guan)道傳熱(re)流體接收器研(yan)究,其方案(an)采用的(de)是40只3米長金(jin)屬(shu)管(guan)(guan)組(zu)成的(de)接收器，其中金(jin)屬(shu)管(guan)(guan)的(de)外徑為50.8 mm，每根管(guan)(guan)之間(jian)的(de)間(jian)距為14.2 mm，涂敷(fu)Pyromark 2500?選(xuan)擇性吸收涂料，管(guan)(guan)后設(she)置耐(nai)(nai)火(huo)板，以反射通過管(guan)(guan)縫隙進(jin)入背(bei)面耐(nai)(nai)火(huo)板的(de)光輻(fu)射，實(shi)驗(yan)溫(wen)度在800至900度，滿(man)足超臨界二氧化碳(tan)布雷頓發電(dian)機組(zu)工況要(yao)求。它的(de)設(she)計理念與美國(guo)(guo)桑迪亞和(he)德國(guo)(guo)DLR的(de)粒(li)(li)子(zi)(zi)下落式不同，它通過底部高壓(ya)風將流化粒(li)(li)子(zi)(zi)送入接收器管(guan)(guan)道，高溫(wen)粒(li)(li)子(zi)(zi)由上部落入儲熱(re)罐，再經流化床鍋爐換熱(re)進(jin)入冷罐。

目前技術挑戰和發(fa)展的(de)(de)重點是設計一(yi)種可以(yi)在高溫狀態(tai)下具(ju)有(you)良好(hao)性能(neng)和可靠性的(de)(de)固體(ti)(ti)粒(li)子(zi)(zi)接(jie)收器(qi)。美國(guo)桑迪亞的(de)(de)固體(ti)(ti)粒(li)子(zi)(zi)實(shi)驗限(xian)于顆(ke)粒(li)的(de)(de)自由下落，以(yi)及通過窗口吸收光照熱(re)(re)輻射熱(re)(re)能(neng)，暴露的(de)(de)問題(ti)就是效(xiao)率低且固體(ti)(ti)顆(ke)粒(li)損失嚴(yan)重。由法國(guo)承擔的(de)(de)歐盟(meng)“CSP2計劃”選擇固體(ti)(ti)顆(ke)粒(li)橄欖石即鎂硅酸鹽金屬管道(dao)傳熱(re)(re)流(liu)體(ti)(ti)接(jie)收器(qi)，除此之(zhi)外(wai)還一(yi)并對(dui)固體(ti)(ti)粒(li)子(zi)(zi)流(liu)化床換熱(re)(re)裝置進行了實(shi)驗。

根據固(gu)(gu)體粒子傳(chuan)熱(re)(re)儲熱(re)(re)特點，建(jian)議接收器采用陶瓷材料制作，以模(mo)塊方式組裝，模(mo)塊外表層涂(tu)敷耐高(gao)溫(wen)的(de)選擇性熱(re)(re)吸收涂(tu)料，模(mo)塊中心為固(gu)(gu)體粒子或(huo)粉煤(mei)灰(hui)的(de)熱(re)(re)輻照通道，其(qi)溫(wen)度和流速由底部閥門控制，粉煤(mei)灰(hui)在密閉通道通過輻射熱(re)(re)獲(huo)得高(gao)溫(wen)，再通過流化床鍋(guo)爐換熱(re)(re)（圖(tu)2）。

圖2自(zi)主設(she)計塔式光熱(re)發電模塊式陶瓷接收器

四、固體粒子循環流化床換熱

在(zai)塔(ta)式(shi)(shi)(shi)光(guang)(guang)熱(re)(re)發(fa)電(dian)裝置(zhi)中使用(yong)流(liu)(liu)態化顆粒(li)(li)(li)作為傳(chuan)(chuan)熱(re)(re)介(jie)質(zhi)，與傳(chuan)(chuan)統(tong)(tong)的(de)液(ye)體(ti)傳(chuan)(chuan)熱(re)(re)介(jie)質(zhi)相比(bi)有許多(duo)優點。流(liu)(liu)態化顆粒(li)(li)(li)可在(zai)遠高(gao)(gao)于(yu)1000℃的(de)溫(wen)度下保持(chi)熱(re)(re)穩定性，并消除傳(chuan)(chuan)熱(re)(re)流(liu)(liu)體(ti)的(de)凍結風(feng)險。相對于(yu)最先進的(de)液(ye)體(ti)傳(chuan)(chuan)熱(re)(re)介(jie)質(zhi)，用(yong)于(yu)傳(chuan)(chuan)熱(re)(re)和儲(chu)熱(re)(re)的(de)固(gu)體(ti)顆粒(li)(li)(li)成(cheng)本(ben)極低，為塔(ta)式(shi)(shi)(shi)光(guang)(guang)熱(re)(re)發(fa)電(dian)帶來了巨大的(de)成(cheng)本(ben)效益。總(zong)之，流(liu)(liu)態顆粒(li)(li)(li)具(ju)有高(gao)(gao)溫(wen)度、高(gao)(gao)熱(re)(re)動力、低成(cheng)本(ben)優勢。在(zai)提(ti)高(gao)(gao)定日鏡光(guang)(guang)學效率的(de)同(tong)時，適當布局(ju)塔(ta)式(shi)(shi)(shi)太(tai)陽能鏡場，可以大幅提(ti)高(gao)(gao)太(tai)陽能通量，保證固(gu)體(ti)粒(li)(li)(li)子(zi)輻照溫(wen)度達(da)到近千度高(gao)(gao)溫(wen)。循環流(liu)(liu)化床在(zai)我(wo)國燃煤(mei)電(dian)站廣泛使用(yong)，技術(shu)成(cheng)熟，經驗豐(feng)富，稍加改(gai)造(zao)即可直接(jie)移植塔(ta)式(shi)(shi)(shi)光(guang)(guang)熱(re)(re)發(fa)電(dian)系(xi)統(tong)(tong)，如果結合(he)粉煤(mei)灰固(gu)體(ti)粒(li)(li)(li)子(zi)接(jie)收(shou)器統(tong)(tong)一設計，投資(zi)成(cheng)本(ben)會(hui)大幅降低。

美國(guo)NREL和Babcock&Wilcox公司共同(tong)提出的(de)(de)可(ke)適應多種動(dong)力裝(zhuang)置的(de)(de)塔(ta)式(shi)固(gu)體粒(li)(li)子光熱發(fa)電(dian)裝(zhuang)置和流化床(chuang)(chuang)換(huan)熱系統的(de)(de)示意圖(tu)如圖(tu)12所示，帶(dai)有一(yi)個結合流化床(chuang)(chuang)加熱的(de)(de)近黑體封閉粒(li)(li)子接收器(qi)、交(jiao)換(huan)器(qi)和固(gu)體粒(li)(li)子熱能儲(chu)存(cun)裝(zhuang)置。歐盟的(de)(de)下一(yi)代(dai)光熱發(fa)電(dian)技(ji)術同(tong)樣選(xuan)擇了流化床(chuang)(chuang)換(huan)熱，但他們更注意考察所選(xuan)擇的(de)(de)固(gu)體粒(li)(li)子的(de)(de)在磨損(sun)、比熱容等方(fang)面分析(xi)和選(xuan)擇。

五、固體粒子接收器與鏡場布局

為最大(da)限度吸收光熱(re)輻射(she)，接收器可采用帶固(gu)體(ti)粒(li)子通(tong)(tong)道的(de)(de)陶(tao)(tao)瓷模(mo)(mo)塊構筑接收器墻體(ti)，墻體(ti)外表面(mian)涂敷(fu)耐高(gao)(gao)溫(wen)(wen)和(he)具(ju)(ju)有(you)極低(di)發射(she)率的(de)(de)選擇性熱(re)吸收涂層，可大(da)大(da)減少熱(re)輻射(she)損失，或(huo)陶(tao)(tao)瓷墻體(ti)模(mo)(mo)塊包(bao)裹陶(tao)(tao)瓷管道，通(tong)(tong)過墻體(ti)自身具(ju)(ju)有(you)的(de)(de)儲(chu)熱(re)功能應(ying)對(dui)不穩定的(de)(de)光照和(he)焦(jiao)斑跳變(bian)。接收塔可借鑒(jian)南非(fei)Khi Solar One 50兆(zhao)瓦DSG塔式(shi)光熱(re)電(dian)站設(she)(she)計模(mo)(mo)式(shi)，固(gu)體(ti)粒(li)子接收器也采用三(san)面(mian)體(ti)布置，定日鏡(jing)鏡(jing)場相應(ying)為東、西、北三(san)個(ge)扇(shan)形鏡(jing)場，分(fen)別對(dui)應(ying)三(san)個(ge)固(gu)體(ti)粒(li)子接收墻體(ti)。且定日鏡(jing)面(mian)積由遠(yuan)及(ji)近為50平米至20平米，以兼(jian)顧不同遠(yuan)近定日鏡(jing)的(de)(de)輻射(she)強度實現均衡。通(tong)(tong)過優化(hua)鏡(jing)場布局，降低(di)初始投資。該設(she)(she)計比較適合(he)我國緯(wei)度高(gao)(gao)、海拔高(gao)(gao)、環境(jing)溫(wen)(wen)度低(di)的(de)(de)環境(jing)。

結語

目(mu)前(qian)塔式光(guang)(guang)(guang)(guang)熱(re)(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)站(zhan)在(zai)(zai)傳(chuan)熱(re)(re)(re)(re)(re)和(he)存(cun)儲(chu)(chu)介(jie)質(zhi)方面有多(duo)種選擇(ze)，但每一種介(jie)質(zhi)都(dou)有特(te)定的(de)(de)(de)限(xian)制(zhi)條件和(he)應用(yong)特(te)點(dian)。拿熔(rong)鹽來說，因(yin)受(shou)限(xian)于化學(xue)性質(zhi)，它(ta)的(de)(de)(de)上限(xian)溫度在(zai)(zai)565℃左右(you)，而結晶點(dian)在(zai)(zai)230℃，導(dao)致系統(tong)的(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)(re)(re)電(dian)(dian)(dian)(dian)轉換(huan)效(xiao)(xiao)率(lv)受(shou)限(xian)，為(wei)防止(zhi)熔(rong)鹽凝固(gu)還要增加很(hen)多(duo)電(dian)(dian)(dian)(dian)伴(ban)熱(re)(re)(re)(re)(re)設備，無端增大(da)電(dian)(dian)(dian)(dian)站(zhan)寄(ji)生損(sun)耗。采用(yong)創新型的(de)(de)(de)流(liu)態化的(de)(de)(de)耐火(huo)顆粒作(zuo)(zuo)為(wei)傳(chuan)儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)介(jie)質(zhi)，可將系統(tong)工作(zuo)(zuo)溫度提(ti)升(sheng)到600至1000℃，大(da)幅提(ti)升(sheng)光(guang)(guang)(guang)(guang)熱(re)(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)效(xiao)(xiao)率(lv)。根據國外的(de)(de)(de)實驗結果，預(yu)計采用(yong)流(liu)態化固(gu)體(ti)粒子(zi)作(zuo)(zuo)為(wei)傳(chuan)熱(re)(re)(re)(re)(re)儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)介(jie)質(zhi)，光(guang)(guang)(guang)(guang)熱(re)(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)系統(tong)的(de)(de)(de)理論(lun)發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)效(xiao)(xiao)率(lv)將比目(mu)前(qian)最(zui)先進(jin)的(de)(de)(de)熔(rong)鹽塔式光(guang)(guang)(guang)(guang)熱(re)(re)(re)(re)(re)電(dian)(dian)(dian)(dian)站(zhan)高出約(yue)20%，同時(shi)發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)成(cheng)本(ben)降(jiang)低(di)約(yue)25%，并顯著降(jiang)低(di)存(cun)儲(chu)(chu)介(jie)質(zhi)的(de)(de)(de)成(cheng)本(ben)和(he)電(dian)(dian)(dian)(dian)站(zhan)初始(shi)投資(zi)。但是(shi)欲實現這(zhe)個目(mu)標，不僅要精心選擇(ze)固(gu)體(ti)粒子(zi)，還要考慮塔式接(jie)收(shou)器的(de)(de)(de)可靠(kao)性和(he)制(zhi)造成(cheng)本(ben)、以及蓄(xu)熱(re)(re)(re)(re)(re)罐、流(liu)化床懸浮(fu)粒子(zi)熱(re)(re)(re)(re)(re)交換(huan)器、超臨界二氧化碳發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)機組、固(gu)體(ti)粒子(zi)傳(chuan)輸設備、冷料罐、電(dian)(dian)(dian)(dian)力或燃氣互補儲(chu)(chu)熱(re)(re)(re)(re)(re)等的(de)(de)(de)設計和(he)配套(tao)，特(te)別是(shi)將其(qi)集(ji)成(cheng)在(zai)(zai)塔式聚(ju)光(guang)(guang)(guang)(guang)發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)系統(tong)中還需(xu)要做很(hen)多(duo)功課。可喜的(de)(de)(de)是(shi)我國已(yi)經啟動了這(zhe)些工作(zuo)(zuo)。

總之，塔式光(guang)(guang)熱(re)(re)發電前景誘人，技(ji)術(shu)(shu)路(lu)(lu)線多種(zhong)多樣，核心是(shi)能(neng)否結合國情(qing)，走我們自己的路(lu)(lu)。一句(ju)話，這是(shi)前無古人的事業，也為年輕一代光(guang)(guang)熱(re)(re)技(ji)術(shu)(shu)人員留出足夠大的創新空間。該文(wen)僅(jin)為拋磚引玉，但愿為國內(nei)塔式光(guang)(guang)熱(re)(re)發電技(ji)術(shu)(shu)創新盡綿薄之力。

注：本文作者系太陽能熱發電技術資深學者張建城。