欧盟太阳能热发电战略研究议程2025

欧洲太阳能热发电协会（ESTELA）发布了首个战略研究议程，设定了到2025年欧洲太阳能热发电优先研究的问题，以期实现三大目标：提高效率与降低成本、增强可调度性和提高环境效应。战略研究议程讨论了四种主要的太阳能热发电技术：抛物槽式、塔式、线性菲涅尔式和碟式斯特林系统，还包括相关的交叉问题，如蓄热、混合发电和标准化等。

 　　目前，全球太阳能热发电装机容量已达2GW，还有3GW在建中。大部分电站建在西班牙和美国，其他地区也在考虑发展热发电，北非、印度、中国和南非等已启动了新的项目。到2015年太阳能热发电装机量有望达到10GW。

 　　欧盟成员国在2010年制定的国家可再生能源行动计划中设定了到2020年太阳能热发电装机总计要超过7GW，其中仅西班牙装机目标就超过5GW。由于经济危机影响，目前欧洲各国的补贴形势不太明朗，国家层面正在采取新的措施来协调可再生能源项目的投资计划。考虑到各国政策和电站参数，目前太阳能热发电的固定上网电价在0.3欧元/kWh左右。同时，太阳能热发电产业还创造了许多新的就业机会。如在西班牙，2008～2010年间相关工作岗位数量翻了一番多。

 　　一、标准化

 　　太阳能热发电的技术标准对加速降低成本至关重要。太阳能聚光器的EN12975标准已是ISO9806标准的一部分，目前正在修订。太阳能热发电标准工作组已于2011年成立，2012～2013年有望发布新的指导方针。但仍需加强在以下领域建立通用标准框架：资格、认证、测试程序、组件和系统耐久性试验、调试程序、模拟结果和太阳能场建模等。

 　　二、目标1：提高效率，降低发电、运行与维护成本

 　　为满足目标1战略研究议程列出了四种热发电技术的优先研究主题，交叉问题也共同列出，如表1所示。

 　　表1欧洲太阳能热发电技术优先研究主题

 　　技术种类

 　　研发主题

 　　抛物槽式

 　　集热器

 　　-规模化效应

 　　-更好的集热器设计和制造

 　　-更好的太阳能场控制

 　　-自主驱动单元和本机控制（无线）

 　　吸热管

 　　-选择性涂层更好的优化稳定性

 　　-真空管设计，无焊接或无较低的透氢

 　　传热流体

 　　-利用压缩气体（CO2、N2、空气等）

 　　-直接蒸汽发电

 　　-熔盐+辅助加热

 　　塔式

 　　吸热器

 　　-先进高温吸热器（直接吸收）

 　　-新工程化材料（陶瓷管）

 　　传热流体

 　　-用于超临界蒸汽循环的熔盐

 　　-空气和CO2作为主要流体

 　　-直接过热蒸汽

 　　-粒子吸热器系统

 　　定日镜场

 　　-多重小塔式配置

 　　-可靠的无线定日镜控制系统

 　　-优化的定日镜场

 　　-改进驱动机制

 　　-自主驱动单元和本机控制（无线）

 　　新的转化循环和系统

 　　-布雷顿循环

 　　-联合循环和超临界蒸汽循环

 　　-与生物质混合发电

 　　-二级聚光器

 　　线性菲涅尔式

 　　控制和设计

 　　-更好的跟踪选项

 　　-塔式技术与菲涅尔技术的混合

 　　吸热器

 　　-真空管式吸热器

 　　-新一代非真空管式吸热器

 　　反光镜

 　　-二级聚光

 　　-弧形支持表面薄膜

 　　传热流体

 　　-过热直接蒸汽发电

 　　-仅用熔盐

 　　-非真空吸热器中的加压CO2或空气

 　　碟式

 　　燃气轮机

 　　-与天然气或生物气混合发电

 　　-碟式系统与压缩空气储能结合

 　　吸热器

 　　-应对更低热惰性的回热器

 　　系统部件

 　　-与汽车制造行业协同

 　　-改进跟踪系统

 　　斯特林发动机

 　　-联动式发动机（更低的组件错误率、更低的H2泄露、大规模生产）

 　　-自由活塞式发动机（线性发电机更好的控制与设计）

 　　可调度性

 　　-机电式存储和蓄热

 　　-吸热器中的替代能源来源（生物质）

 　　交叉问题

 　　反射镜

 　　-轻反射表面

 　　-防污涂层

 　　-高反射率

 　　传热流体

 　　-低熔点混合物

 　　-加压气体

 　　-带有高压吸热管的直接蒸汽发电

 　　-高工作温度

 　　其他

 　　-具有更好光学特性的选择性涂层吸热器

 　　-新存储概念

 　　-改进控制、预测和运行工具

 　　三、目标2：增强可调度性

 　　可调度性是增强太阳能热发电技术竞争力的重要特性，能够灵活响应电网需求是关键。尽管许多电站已建设了蓄热系统，但仍需要开展更多的工作。

 　　（一）综合系统

 　　通过水预热方法或锅炉蒸汽/水循环能够实现将太阳热能集成到大型蒸汽厂。需要设计合适的锅炉以应对温度差异。如果锅炉集成已完成，还需要改进其设计与控制系统。

 　　将太阳热能与燃气轮机或联合循环电站集成也是选择之一。与燃气轮机相结合时，在高温太阳能集热器中可将空气温度加热到高温，从而产生高转化效率。提高处理过渡相的能力需要改进设计控制系统。

 　　将太阳热能与生物质集成更适用于小规模设施，可以作为全可再生能源电站。

 　　（二）蓄热

 　　不同传热流体，采用不同的设计：

 　　热油：用具有良好温度分层的单个蓄热罐替代双罐配置可极大简化蓄热。还可以通过换热器和蓄热材料的固态分离来优化单罐设计。

 　　熔盐：太阳能场和蓄热循环之间不需要交换器。需要研发具有低凝点和避免腐蚀问题的新熔盐混合物。

 　　蒸汽：在发电模块之前不需要交换器。需要调研用于饱和蒸汽的固态/液态相变材料。

 　　气体：超高温应用可行。挑战是如何设计高效传热系统和蓄热材料选择。

 　　一般而言，需要改进热量积蓄与释放策略以最大化蓄热能力。还需要调研热化学储能系统概念。

 　　（三）改进预测

 　　良好的预测能力对于可靠估计给定地点电站的成本非常重要。可以设想许多解决方案，如详细预报超短期气象情况，开发电力预测系统软件监管电力生产，改进地面太阳直射辐射（DNI）测量方法，利用气象卫星结果，改进用于DNI预测的数值天气预报模型，分析太阳能与风能资源之间的年际变化情况和时间与空间关联。

 　　四、目标3：提高环境效应

 　　传热流体因其对环境的潜在影响而成为实现本目标的关注点，合成油的污染是最令人担忧的影响之一。