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眾(zhong)所周知，塔式(shi)光(guang)熱發電(dian)技(ji)術(shu)始自上(shang)世紀(ji)50年(nian)代(dai)(dai)，前蘇聯科學家最早建立小型實(shi)驗(yan)裝置，在(zai)(zai)(zai)碟(die)(die)式(shi)聚光(guang)裝置的(de)基(ji)礎上(shang)進行改進，其目的(de)是(shi)保留碟(die)(die)式(shi)聚光(guang)器(qi)高聚光(guang)比優勢，探(tan)索光(guang)熱規模(mo)化(hua)利用或發電(dian)的(de)可能性。上(shang)世紀(ji)80年(nian)代(dai)(dai)又在(zai)(zai)(zai)克里米(mi)亞建立5兆(zhao)瓦實(shi)驗(yan)裝置。在(zai)(zai)(zai)這一(yi)時期，國(guo)際(ji)上(shang)也(ye)有(you)很多國(guo)家相繼建立了實(shi)驗(yan)裝置，但(dan)至今(jin)仍停留在(zai)(zai)(zai)技(ji)術(shu)探(tan)索上(shang)，特別是(shi)對傳熱介質的(de)選(xuan)擇很類似(si)核電(dian)，多種多樣，眼花繚亂。

例如美(mei)國從建(jian)(jian)立太陽能(neng)1號(hao)采(cai)用水做傳熱和動力(li)工(gong)質(zhi)到太陽能(neng)2號(hao)采(cai)用熔鹽(yan)介質(zhi)時間(jian)跨度十余年(nian)。而(er)真正具有商業化意義的塔式(shi)熱發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)實驗(yan)項目Gemasolar電(dian)(dian)(dian)站則由歐盟出資(zi)建(jian)(jian)設，于2011年(nian)投(tou)入(ru)運行。在此期間(jian)，槽式(shi)光熱發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)技術逐漸成(cheng)熟(shu)，與槽式(shi)熱發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)相比，顯然塔式(shi)熱發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)技術還不(bu)能(neng)稱之(zhi)為成(cheng)熟(shu)，至(zhi)今仍在探(tan)索和進(jin)步(bu)中(zhong)。但(dan)是與槽式(shi)熱發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)一樣(yang)均暴露高投(tou)資(zi)、高成(cheng)本，市場競爭力(li)不(bu)足的共同問題。

近(jin)年來(lai)，美(mei)國和歐盟都(dou)(dou)將光熱(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)技(ji)術的(de)創(chuang)(chuang)新放在(zai)發(fa)(fa)展可(ke)再(zai)生能(neng)源的(de)重要地位看待，同時(shi)加大政府(fu)財政投資支(zhi)持力(li)度。美(mei)國能(neng)源部(bu)Sunshot太陽(yang)能(neng)計劃公(gong)開(kai)了(le)第(di)三代光熱(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)發(fa)(fa)展路線圖并按部(bu)就班推進，歐盟公(gong)開(kai)了(le)2020地平線計劃，其中“Next-CSP”（下一代太陽(yang)能(neng)熱(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)）和SCARABEUS課題著眼于(yu)超臨界二(er)氧化碳(tan)熱(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)技(ji)術與(yu)固(gu)體粒子(zi)儲熱(re)(re)(re)(re)傳熱(re)(re)(re)(re)結合(he)，都(dou)(dou)取得了(le)明顯進展。目前我國也開(kai)始了(le)“超臨界CO2太陽(yang)能(neng)熱(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)關鍵基礎(chu)問題研(yan)究”，并列入國家(jia)重點科研(yan)計劃。但要實施超臨界二(er)氧化碳(tan)太陽(yang)能(neng)熱(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)，就不能(neng)不對塔式熱(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)技(ji)術進行再(zai)創(chuang)(chuang)新。

塔式(shi)光(guang)熱(re)發電技術(shu)在我國備受推(tui)崇，從2005年南(nan)京(jing)江寧和2006年北京(jing)延慶大漢兩(liang)個(ge)實驗項目(mu)(mu)算起，目(mu)(mu)前(qian)已經建成和在建的示范項目(mu)(mu)就多達8、9個(ge)，是國際(ji)上應用該技術(shu)最(zui)多的國家(jia)。什么原因呢？一句話(hua)，“高(gao)溫、高(gao)工況(kuang)、高(gao)效(xiao)率”即“三高(gao)”最(zui)吸引(yin)中國專家(jia)的眼(yan)球。毫無疑問，塔式(shi)光(guang)熱(re)發電優勢很(hen)突(tu)出；

1、依托高聚光比，接收器可(ke)獲得(de)近千度的高溫；

2、接收、傳(chuan)熱和(he)儲熱系統構造緊湊，熱損失少，定日鏡跟蹤技術相對成熟；

3、可為超臨界二氧化碳動力設(she)備提(ti)供高(gao)溫媒介，進一步提(ti)高(gao)發電效率，遠景可期。

但是(shi)，塔式光熱發(fa)電還存在一些固有缺陷：

1、點聚焦和長焦距決定紅外熱(re)輻射強度較(jiao)低，衰減度較(jiao)大(da)，不僅受制(zhi)于定日鏡與(yu)接收器的距離，更(geng)受制(zhi)于大(da)氣環境的變(bian)化，因此電站規模受限；

2、定日鏡穩定度(du)決定聚(ju)光焦斑(ban)的(de)穩定性和(he)焦斑(ban)溫度(du)；

3、接(jie)收(shou)器暴(bao)露在高(gao)空，熱發射率和對(dui)流損失(shi)大，同時受風(feng)和環境溫(wen)度(du)制約；

4、液體接收器采用組串式布(bu)置，需要均衡穩定(ding)的聚光焦斑支(zhi)持，但日(ri)(ri)照(zhao)強度隨(sui)季(ji)節性變動，以(yi)及(ji)現(xian)有的定(ding)日(ri)(ri)鏡穩定(ding)技術(shu)難(nan)以(yi)保(bao)證；

5、傳熱介(jie)質和儲熱介(jie)質尚在選擇中，沒有定論；

6、站址選擇不僅(jin)受(shou)DNI限制，更受(shou)限于地(di)理(li)維度、環境溫度。

毋庸質疑，雖然塔式(shi)光(guang)熱發(fa)電技術(shu)存在(zai)固(gu)有(you)缺陷，但(dan)仍然是未(wei)來光(guang)熱發(fa)電技術(shu)發(fa)展的(de)(de)重要選項。現(xian)在(zai)的(de)(de)任(ren)務就(jiu)是針對固(gu)有(you)缺陷進(jin)行(xing)創新(xin)，揚長避短，發(fa)揮技術(shu)優勢(shi)。就(jiu)像(xiang)美國NREL在(zai)新(xin)近撰寫的(de)(de)《Concentrating Solar Power Best Practices Study》一文(wen)指出(chu)的(de)(de)，目前塔式(shi)光(guang)熱發(fa)電項目投入(ru)商業運行(xing)的(de)(de)較少，特(te)別是吉瑪索(suo)和新(xin)月(yue)沙丘(qiu)兩個項目先后出(chu)現(xian)一些問題(ti)，數(shu)據未(wei)公(gong)開，還有(you)待進(jin)一步總(zong)結提高。

一、推廣無縫隙定日鏡，提高光熱輻射率

塔式(shi)光熱發電面臨同槽式(shi)熱發電站一樣的初(chu)(chu)始(shi)投資(zi)高的問(wen)題，如何降低初(chu)(chu)始(shi)投資(zi)，關鍵是減少(shao)鏡(jing)(jing)(jing)場投資(zi)規模。目前(qian)定日(ri)鏡(jing)(jing)(jing)跟(gen)蹤技(ji)術相對成熟(shu)，但單組定日(ri)鏡(jing)(jing)(jing)在面積的選(xuan)(xuan)擇上不盡相同，有選(xuan)(xuan)擇100多平(ping)米的，也有選(xuan)(xuan)擇20多平(ping)米的，那么(me)究竟多大最好呢？建議以20至(zhi)50平(ping)米為宜。理由是：

1、定(ding)日鏡反(fan)(fan)輻射強度與單個鏡面(mian)的面(mian)積(ji)直接相關，如果將(jiang)鏡面(mian)分(fen)割為小(xiao)鏡面(mian)再集合組(zu)裝，實(shi)際降低了(le)輻射強度，雖然總(zong)面(mian)積(ji)大了(le)，但反(fan)(fan)射效(xiao)率并不(bu)高。因(yin)此，在(zai)現有(you)鏡片制造工藝的基礎上，用無縫(feng)隙方法組(zu)裝單組(zu)定(ding)日鏡，保證單位面(mian)積(ji)反(fan)(fan)射效(xiao)率最(zui)大，同時(shi)降低組(zu)裝成(cheng)本。根據定(ding)日鏡抗(kang)風荷及強度要求，單組(zu)定(ding)日鏡的面(mian)積(ji)最(zui)好(hao)在(zai)20至50平米之內選擇。

2、提(ti)高(gao)(gao)定(ding)(ding)日鏡(jing)熱(re)(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)射(she)(she)率(lv)，減少熱(re)(re)(re)(re)(re)吸(xi)收(shou)(shou)(shou)率(lv)。光(guang)(guang)(guang)熱(re)(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)對光(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)要求與(yu)(yu)光(guang)(guang)(guang)伏發(fa)(fa)電(dian)(dian)截然不同，根(gen)據光(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)頻譜特性，可(ke)見(jian)(jian)光(guang)(guang)(guang)在(zai)光(guang)(guang)(guang)熱(re)(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)中僅起(qi)指示作用(yong)，熱(re)(re)(re)(re)(re)含量很低(di)，接收(shou)(shou)(shou)器欲獲得穩(wen)定(ding)(ding)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)溫輻(fu)射(she)(she)熱(re)(re)(re)(re)(re)，只能依賴(lai)紅外光(guang)(guang)(guang)譜，即波長在(zai)750納米到2300納米的(de)(de)(de)不可(ke)見(jian)(jian)光(guang)(guang)(guang)（圖1）。由(you)此(ci)可(ke)見(jian)(jian)，光(guang)(guang)(guang)熱(re)(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)從定(ding)(ding)日鏡(jing)到接收(shou)(shou)(shou)器，其熱(re)(re)(re)(re)(re)的(de)(de)(de)傳(chuan)(chuan)輸模(mo)式包括熱(re)(re)(re)(re)(re)輻(fu)射(she)(she)和介質傳(chuan)(chuan)熱(re)(re)(re)(re)(re)。如果采用(yong)固體粒(li)子作為傳(chuan)(chuan)熱(re)(re)(re)(re)(re)和儲熱(re)(re)(re)(re)(re)介質，熱(re)(re)(re)(re)(re)傳(chuan)(chuan)輸過程基本(ben)遵(zun)循熱(re)(re)(re)(re)(re)輻(fu)射(she)(she)規律(lv)。因(yin)此(ci)，給定(ding)(ding)日鏡(jing)提(ti)出的(de)(de)(de)要求就(jiu)是反輻(fu)射(she)(she)強度(du)(du)越(yue)(yue)(yue)高(gao)(gao)越(yue)(yue)(yue)好，熱(re)(re)(re)(re)(re)吸(xi)收(shou)(shou)(shou)率(lv)越(yue)(yue)(yue)低(di)越(yue)(yue)(yue)好，這(zhe)就(jiu)要求鏡(jing)片濺(jian)射(she)(she)的(de)(de)(de)銀層和銅(tong)層要有較高(gao)(gao)的(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)(re)(re)輻(fu)射(she)(she)率(lv)和較低(di)的(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)(re)(re)吸(xi)收(shou)(shou)(shou)率(lv)，否則(ze)就(jiu)要增加專門的(de)(de)(de)熱(re)(re)(re)(re)(re)發(fa)(fa)射(she)(she)涂層。同時定(ding)(ding)日鏡(jing)與(yu)(yu)接收(shou)(shou)(shou)器的(de)(de)(de)距(ju)離和熱(re)(re)(re)(re)(re)效(xiao)之(zhi)間也要兼顧(gu)，依據接收(shou)(shou)(shou)器輻(fu)照(zhao)強度(du)(du)與(yu)(yu)定(ding)(ding)日鏡(jing)距(ju)離之(zhi)間的(de)(de)(de)反比關系，鏡(jing)場規模(mo)不是越(yue)(yue)(yue)大越(yue)(yue)(yue)好，鏡(jing)場設計盡可(ke)能規避無(wu)效(xiao)投資。

圖1太陽能利(li)用光譜可用范圍

二、選擇固體粒子作為傳熱和儲熱介質

塔式熱發電選擇固(gu)體(ti)粒(li)子傳熱始于上(shang)世紀八(ba)十年(nian)代，最早由(you)美國桑迪亞實驗室提出，千年(nian)后被業(ye)界重新提起。

為(wei)什么固(gu)體粒(li)子做傳熱(re)介(jie)(jie)質被(bei)再次重(zhong)視？關鍵是熔(rong)鹽介(jie)(jie)質存在的局限性(xing)，特別是在應(ying)用(yong)中(zhong)暴露出經濟性(xing)差、電(dian)站寄生(sheng)損(sun)耗大、事故率高是根本原因。采(cai)用(yong)固(gu)體粒(li)子則可以實(shi)現以下目標(biao)：

1、適應(ying)塔式熱發電不穩定的光(guang)照輻射焦斑；

2、能應對溫(wen)度(du)瞬變沖(chong)擊，規避熔鹽介質(zhi)一怕凝固二(er)怕氣化的風(feng)險；

3、可提高工況溫度(du)到600至1000度(du)，以(yi)滿(man)足(zu)超臨界二氧(yang)化碳高效發電之需；

4、固體(ti)顆粒不會像熔鹽發生凍(dong)結，消除了伴熱成本(ben)以及相關的維護和(he)寄(ji)生電源損耗：

5、固體顆(ke)粒沒有腐蝕性，減少了對傳熱管道(dao)和(he)儲(chu)熱設備的防護成本。

借鑒(jian)桑迪亞塔式固體粒(li)子技術，以及歐(ou)盟(meng)NEXT-CSP項目選(xuan)擇橄(gan)欖石(shi)即鎂(mei)硅酸鹽的(de)經(jing)驗，建議我國選(xuan)擇便于流化的(de)粉煤灰(hui)或水泥粉末做塔式傳熱和儲熱介質。

粉(fen)(fen)煤灰(hui)系(xi)燃煤電(dian)廠(chang)固體廢棄物，主要(yao)組(zu)分為(wei)：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等，目前(qian)主要(yao)應(ying)用在建筑(zhu)和(he)公路交通基礎設(she)施。粉(fen)(fen)煤灰(hui)原本就是燃煤電(dian)廠(chang)流化床或煤粉(fen)(fen)鍋爐的傳熱介質，工況(kuang)溫度在800至1000度，且粉(fen)(fen)煤灰(hui)球磨后就可(ke)以再利(li)用，其粒度可(ke)恢復與現(xian)有超臨(lin)界(jie)燃煤發電(dian)一樣；粉(fen)(fen)煤灰(hui)同樣適宜作高溫儲熱介質，而且粉(fen)(fen)煤灰(hui)系(xi)脫(tuo)硫(liu)產物，對(dui)環境友好，成(cheng)本相(xiang)比熔鹽(yan)更低。（見表1）

歐盟資(zi)助協議編(bian)號(hao)的(de)727762項目，在《作為傳(chuan)熱流(liu)體和儲存材料的(de)懸浮顆粒(li)的(de)評(ping)估》報(bao)告中(zhong)對不同的(de)固體粒(li)子(zi)性能做了分析，其分數排(pai)序(xu)為從0(最差)到5或(huo)10(最好)。

三、固體粒子接收器的選擇

固(gu)體粒(li)子(zi)傳熱(re)遵循熱(re)輻射(she)基本理(li)論，嚴(yan)格地講，輻射(she)換(huan)熱(re)與導熱(re)、對流(liu)換(huan)熱(re)不同，無需冷(leng)熱(re)物(wu)體接(jie)觸，熱(re)平(ping)衡(heng)的建(jian)立(li)依賴(lai)物(wu)體間輻射(she)熱(re)的發射(she)和(he)吸收。

固體(ti)粒子(zi)(zi)(zi)接收(shou)(shou)器最早在美國(guo)(guo)阿爾伯克基市的(de)桑迪亞國(guo)(guo)家太陽熱測試設施(NSTTF)進行實(shi)驗，接收(shou)(shou)塔高61米(mi)，接收(shou)(shou)器透孔高6.3米(mi)，寬(kuan)1.85米(mi)，深1.5米(mi)。粒子(zi)(zi)(zi)從透腔上方料斗(dou)排出釋放，粒子(zi)(zi)(zi)通(tong)過(guo)(guo)空(kong)腔自由下(xia)落，在動態中(zhong)粒子(zi)(zi)(zi)接收(shou)(shou)聚焦于空(kong)腔前方透射(she)的(de)太陽光輻射(she)熱。一般的(de)理(li)解(jie)是，熱輻射(she)在靜態中(zhong)通(tong)過(guo)(guo)被照射(she)物體(ti)表面(mian)涂敷的(de)高效選(xuan)擇性吸(xi)收(shou)(shou)涂層以獲(huo)得最大熱吸(xi)收(shou)(shou)效果(guo)，讓落砂在動態中(zhong)直接吸(xi)收(shou)(shou)光輻射(she)效果(guo)好嗎？2020年9月美國(guo)(guo)能源部撥付桑迪亞75萬美元，擬(ni)與德國(guo)(guo)DLR合作實(shi)驗其(qi)設計的(de)轉籠式(shi)接收(shou)(shou)器。

歐(ou)盟(meng)NEXT-CSP計劃專注于(yu)管(guan)(guan)內微粒技術的研發，并由(you)法(fa)國(guo)承(cheng)擔歐(ou)盟(meng)“CSP2”的固(gu)體(ti)粒子(zi)金屬管(guan)(guan)道(dao)傳(chuan)熱(re)流體(ti)接(jie)收(shou)器研究,其方案采用的是(shi)40只3米長金屬管(guan)(guan)組(zu)成的接(jie)收(shou)器，其中金屬管(guan)(guan)的外(wai)徑為50.8 mm，每根管(guan)(guan)之間的間距為14.2 mm，涂敷Pyromark 2500?選(xuan)擇性吸收(shou)涂料，管(guan)(guan)后設(she)置耐(nai)火(huo)板(ban)，以反射(she)通(tong)(tong)過(guo)(guo)管(guan)(guan)縫隙進入(ru)背面耐(nai)火(huo)板(ban)的光輻射(she)，實驗溫度在800至900度，滿足超(chao)臨界二氧化碳布雷頓發電機組(zu)工況要(yao)求(qiu)。它(ta)的設(she)計理念與(yu)美國(guo)桑迪(di)亞和德國(guo)DLR的粒子(zi)下落(luo)式不(bu)同，它(ta)通(tong)(tong)過(guo)(guo)底部(bu)高壓風(feng)將流化粒子(zi)送入(ru)接(jie)收(shou)器管(guan)(guan)道(dao)，高溫粒子(zi)由(you)上部(bu)落(luo)入(ru)儲熱(re)罐，再經(jing)流化床鍋爐(lu)換熱(re)進入(ru)冷罐。

目(mu)前技術挑戰和發展的(de)重點是(shi)(shi)設計一種可(ke)以(yi)在高溫狀(zhuang)態下具有良(liang)好性能(neng)和可(ke)靠性的(de)固體(ti)(ti)粒(li)(li)(li)子接收(shou)器。美國桑迪亞(ya)的(de)固體(ti)(ti)粒(li)(li)(li)子實(shi)驗(yan)限(xian)于顆粒(li)(li)(li)的(de)自由下落(luo)，以(yi)及通(tong)過窗口吸收(shou)光照熱輻(fu)射(she)熱能(neng)，暴露的(de)問題就是(shi)(shi)效(xiao)率低且固體(ti)(ti)顆粒(li)(li)(li)損失嚴重。由法國承(cheng)擔的(de)歐盟“CSP2計劃”選(xuan)擇固體(ti)(ti)顆粒(li)(li)(li)橄欖石即(ji)鎂硅酸(suan)鹽金屬管(guan)道傳熱流(liu)體(ti)(ti)接收(shou)器，除此之外還一并對固體(ti)(ti)粒(li)(li)(li)子流(liu)化床換熱裝置進(jin)行了實(shi)驗(yan)。

根(gen)據固(gu)體(ti)粒子傳熱(re)(re)(re)儲(chu)熱(re)(re)(re)特(te)點，建議接(jie)收(shou)(shou)器采用陶瓷(ci)材料(liao)制作，以模(mo)塊方式組裝，模(mo)塊外表(biao)層涂敷耐高溫(wen)(wen)的(de)選擇性(xing)熱(re)(re)(re)吸收(shou)(shou)涂料(liao)，模(mo)塊中(zhong)心為固(gu)體(ti)粒子或粉煤(mei)灰的(de)熱(re)(re)(re)輻照通(tong)道，其溫(wen)(wen)度和流速由底部閥門控制，粉煤(mei)灰在(zai)密閉通(tong)道通(tong)過輻射熱(re)(re)(re)獲得高溫(wen)(wen)，再通(tong)過流化床(chuang)鍋爐換熱(re)(re)(re)（圖(tu)2）。

圖(tu)2自主設計塔式(shi)光熱發電模(mo)塊(kuai)式(shi)陶瓷接收器

四、固體粒子循環流化床換熱

在(zai)塔(ta)(ta)式(shi)(shi)光(guang)(guang)熱(re)(re)(re)發電(dian)裝置中使(shi)(shi)用(yong)流(liu)態化(hua)顆(ke)(ke)粒(li)(li)作為傳熱(re)(re)(re)介(jie)(jie)質，與傳統的(de)(de)(de)液體(ti)(ti)傳熱(re)(re)(re)介(jie)(jie)質相比有許多優點。流(liu)態化(hua)顆(ke)(ke)粒(li)(li)可(ke)在(zai)遠高于1000℃的(de)(de)(de)溫(wen)(wen)度(du)下(xia)保(bao)持熱(re)(re)(re)穩定(ding)性，并(bing)消除傳熱(re)(re)(re)流(liu)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)凍結風險。相對于最(zui)先進(jin)的(de)(de)(de)液體(ti)(ti)傳熱(re)(re)(re)介(jie)(jie)質，用(yong)于傳熱(re)(re)(re)和儲熱(re)(re)(re)的(de)(de)(de)固(gu)體(ti)(ti)顆(ke)(ke)粒(li)(li)成本(ben)極低(di)(di)，為塔(ta)(ta)式(shi)(shi)光(guang)(guang)熱(re)(re)(re)發電(dian)帶來了巨大(da)的(de)(de)(de)成本(ben)效益。總(zong)之，流(liu)態顆(ke)(ke)粒(li)(li)具有高溫(wen)(wen)度(du)、高熱(re)(re)(re)動力、低(di)(di)成本(ben)優勢(shi)。在(zai)提高定(ding)日(ri)鏡光(guang)(guang)學效率的(de)(de)(de)同時，適(shi)當(dang)布局(ju)塔(ta)(ta)式(shi)(shi)太陽能(neng)鏡場，可(ke)以大(da)幅提高太陽能(neng)通(tong)量，保(bao)證固(gu)體(ti)(ti)粒(li)(li)子(zi)輻照溫(wen)(wen)度(du)達到近千度(du)高溫(wen)(wen)。循環流(liu)化(hua)床在(zai)我國燃煤(mei)電(dian)站廣泛使(shi)(shi)用(yong)，技術成熟，經驗豐富，稍加改造即可(ke)直接移植塔(ta)(ta)式(shi)(shi)光(guang)(guang)熱(re)(re)(re)發電(dian)系統，如果結合粉煤(mei)灰(hui)固(gu)體(ti)(ti)粒(li)(li)子(zi)接收器統一設計，投(tou)資成本(ben)會大(da)幅降低(di)(di)。

美國NREL和Babcock&Wilcox公司(si)共同(tong)提出的(de)(de)可適應多(duo)種動力裝置(zhi)的(de)(de)塔(ta)式固體(ti)(ti)粒子(zi)光熱(re)(re)發(fa)電(dian)裝置(zhi)和流化(hua)床(chuang)換熱(re)(re)系統的(de)(de)示(shi)意(yi)圖如圖12所示(shi)，帶有一(yi)個結合流化(hua)床(chuang)加熱(re)(re)的(de)(de)近黑(hei)體(ti)(ti)封(feng)閉粒子(zi)接收器(qi)、交換器(qi)和固體(ti)(ti)粒子(zi)熱(re)(re)能儲存(cun)裝置(zhi)。歐盟的(de)(de)下一(yi)代光熱(re)(re)發(fa)電(dian)技術(shu)同(tong)樣選擇(ze)(ze)了流化(hua)床(chuang)換熱(re)(re)，但(dan)他們更注意(yi)考察所選擇(ze)(ze)的(de)(de)固體(ti)(ti)粒子(zi)的(de)(de)在磨損、比熱(re)(re)容等方面分析和選擇(ze)(ze)。

五、固體粒子接收器與鏡場布局

為最(zui)大(da)限度吸收(shou)(shou)光熱(re)輻(fu)射，接(jie)(jie)收(shou)(shou)器可采用(yong)帶固體(ti)(ti)(ti)粒子(zi)通(tong)道的(de)陶(tao)(tao)瓷模(mo)塊(kuai)構筑接(jie)(jie)收(shou)(shou)器墻(qiang)體(ti)(ti)(ti)，墻(qiang)體(ti)(ti)(ti)外表面(mian)涂敷耐高溫和具有極低(di)(di)發(fa)射率(lv)的(de)選擇性(xing)熱(re)吸收(shou)(shou)涂層，可大(da)大(da)減少熱(re)輻(fu)射損(sun)失，或陶(tao)(tao)瓷墻(qiang)體(ti)(ti)(ti)模(mo)塊(kuai)包裹陶(tao)(tao)瓷管道，通(tong)過墻(qiang)體(ti)(ti)(ti)自身(shen)具有的(de)儲(chu)熱(re)功(gong)能應(ying)對不穩定的(de)光照(zhao)和焦斑跳變。接(jie)(jie)收(shou)(shou)塔(ta)可借(jie)鑒(jian)南非Khi Solar One 50兆(zhao)瓦DSG塔(ta)式光熱(re)電(dian)站(zhan)設(she)計模(mo)式，固體(ti)(ti)(ti)粒子(zi)接(jie)(jie)收(shou)(shou)器也采用(yong)三面(mian)體(ti)(ti)(ti)布(bu)(bu)置(zhi)，定日(ri)鏡(jing)(jing)(jing)鏡(jing)(jing)(jing)場相應(ying)為東、西、北三個扇形鏡(jing)(jing)(jing)場，分(fen)別對應(ying)三個固體(ti)(ti)(ti)粒子(zi)接(jie)(jie)收(shou)(shou)墻(qiang)體(ti)(ti)(ti)。且定日(ri)鏡(jing)(jing)(jing)面(mian)積(ji)由(you)遠(yuan)及近為50平(ping)米至(zhi)20平(ping)米，以兼顧不同遠(yuan)近定日(ri)鏡(jing)(jing)(jing)的(de)輻(fu)射強度實(shi)現(xian)均衡。通(tong)過優化(hua)鏡(jing)(jing)(jing)場布(bu)(bu)局，降(jiang)低(di)(di)初(chu)始投資。該設(she)計比較適合我國緯度高、海(hai)拔(ba)高、環境溫度低(di)(di)的(de)環境。

結語

目(mu)前塔式(shi)光(guang)(guang)熱(re)(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)站在(zai)傳熱(re)(re)(re)和(he)存儲介質(zhi)方面(mian)有(you)(you)多種選擇，但(dan)(dan)每一(yi)種介質(zhi)都有(you)(you)特定的(de)限(xian)制條(tiao)件和(he)應(ying)用(yong)特點(dian)。拿熔鹽來說，因受限(xian)于化(hua)學性(xing)質(zhi)，它的(de)上限(xian)溫度在(zai)565℃左右，而結(jie)晶點(dian)在(zai)230℃，導致系(xi)統(tong)的(de)熱(re)(re)(re)電(dian)(dian)(dian)(dian)轉換效率受限(xian)，為防止熔鹽凝(ning)固還要(yao)增(zeng)加很(hen)多電(dian)(dian)(dian)(dian)伴熱(re)(re)(re)設備(bei)，無端增(zeng)大電(dian)(dian)(dian)(dian)站寄(ji)生(sheng)損(sun)耗。采用(yong)創新型的(de)流態化(hua)的(de)耐火(huo)顆粒(li)作為傳儲熱(re)(re)(re)介質(zhi)，可(ke)(ke)將(jiang)系(xi)統(tong)工(gong)(gong)作溫度提(ti)升到600至1000℃，大幅提(ti)升光(guang)(guang)熱(re)(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)效率。根據國外的(de)實驗結(jie)果(guo)，預計采用(yong)流態化(hua)固體(ti)粒(li)子(zi)作為傳熱(re)(re)(re)儲熱(re)(re)(re)介質(zhi)，光(guang)(guang)熱(re)(re)(re)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)系(xi)統(tong)的(de)理(li)論發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)效率將(jiang)比目(mu)前最先(xian)進的(de)熔鹽塔式(shi)光(guang)(guang)熱(re)(re)(re)電(dian)(dian)(dian)(dian)站高出約(yue)20%，同時發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)成(cheng)本(ben)降低約(yue)25%，并(bing)顯著降低存儲介質(zhi)的(de)成(cheng)本(ben)和(he)電(dian)(dian)(dian)(dian)站初始投資。但(dan)(dan)是欲(yu)實現這個(ge)目(mu)標，不(bu)僅要(yao)精心選擇固體(ti)粒(li)子(zi)，還要(yao)考慮塔式(shi)接收器的(de)可(ke)(ke)靠性(xing)和(he)制造成(cheng)本(ben)、以及蓄(xu)熱(re)(re)(re)罐(guan)、流化(hua)床懸浮粒(li)子(zi)熱(re)(re)(re)交換器、超臨界(jie)二氧化(hua)碳發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)機組、固體(ti)粒(li)子(zi)傳輸設備(bei)、冷料罐(guan)、電(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)或(huo)燃(ran)氣互補儲熱(re)(re)(re)等(deng)的(de)設計和(he)配套(tao)，特別(bie)是將(jiang)其集成(cheng)在(zai)塔式(shi)聚(ju)光(guang)(guang)發(fa)(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)系(xi)統(tong)中還需要(yao)做很(hen)多功(gong)課。可(ke)(ke)喜的(de)是我國已經(jing)啟動了(le)這些工(gong)(gong)作。

總之(zhi)，塔式光(guang)熱(re)發電(dian)前景誘人，技(ji)術路線(xian)多種(zhong)多樣(yang)，核心是能否結(jie)合國(guo)情(qing)，走(zou)我們自(zi)己的路。一(yi)句(ju)話，這是前無古人的事業(ye)，也為(wei)年輕一(yi)代(dai)光(guang)熱(re)技(ji)術人員(yuan)留出足夠大的創(chuang)新空間。該文(wen)僅為(wei)拋(pao)磚引玉，但愿為(wei)國(guo)內塔式光(guang)熱(re)發電(dian)技(ji)術創(chuang)新盡綿薄之(zhi)力。

注：本文作者系太陽能熱發電技術資深學者張建城。