太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)是一種太陽(yáng)能高溫?zé)崂眉夹g(shù),作為一種開(kāi)發(fā)潛力巨大的新能源和可更新能源開(kāi)發(fā)技術(shù),美國(guó)、西班牙、以色列、意大利、澳大利亞、日本等國(guó)家都投入了大量資金和人力進(jìn)行研究,取得了大量科研成果,先后建立了數(shù)座太陽(yáng)能熱發(fā)電電站示范工程,目前該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)處于商業(yè)化應(yīng)用前期、工業(yè)化應(yīng)用初期。
熱利用技術(shù)奪冠太陽(yáng)能
今年1月,南京
玻璃纖維研究設(shè)計(jì)院下屬的春輝公司與以色列魏茲曼研究院E.D.I.G公司在南京簽約,將集雙方的專(zhuān)利技術(shù),在南京市江寧區(qū)建設(shè)國(guó)內(nèi)靠前座太陽(yáng)能熱發(fā)電示范電站,預(yù)計(jì)今年底上網(wǎng)發(fā)電。該工程主持人、具有“陽(yáng)光院士”之稱(chēng)的中國(guó)工程院院士張耀明在接受采訪(fǎng)時(shí)表示,“一期規(guī)模雖然只有區(qū)區(qū)70千瓦,但江寧工程是用全部較高水平的技術(shù)嘗試太陽(yáng)能的熱利用,一旦開(kāi)發(fā)成功,對(duì)我國(guó)的能源緊缺和環(huán)保難題將是一大貢獻(xiàn)。”
值得一提的是,與“太陽(yáng)能路燈”、“太陽(yáng)能家庭發(fā)電站”、“太陽(yáng)能光伏發(fā)電”技術(shù)不同的是,太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)屬于太陽(yáng)能的“熱利用技術(shù)”,可實(shí)現(xiàn)大功率交流發(fā)電和替代常規(guī)能源,在熱利用技術(shù)中較有革命性。研究成果表明,太陽(yáng)能熱發(fā)電是較可能引起能源革命,實(shí)現(xiàn)大功率發(fā)電、替代常規(guī)能源的經(jīng)濟(jì)手段之一,將完全有可能給緊張的能源問(wèn)題帶來(lái)革命性的解決方案,未來(lái)的太陽(yáng)能熱發(fā)電成本將可以實(shí)現(xiàn)5美分/度的目標(biāo)。面對(duì)嚴(yán)峻的能源形勢(shì)和自然壓力,發(fā)展我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)意義重大,前景廣闊。但是,由于該項(xiàng)技術(shù)涉及面廣,集成度高,難度大,在我國(guó)雖然經(jīng)過(guò)部分子課題的研究,但一直未能在關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備上取得打破,與國(guó)外差距非常大。
據(jù)張耀明院士介紹,“太陽(yáng)能熱發(fā)電,就是利用集熱器,將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)化成熱能,并通過(guò)熱力循環(huán)過(guò)程發(fā)電!蹦壳叭抗J(rèn)的有塔式、槽式、碟式3種系統(tǒng),盡
管目前都處于示范階段,但塔式系統(tǒng)以其規(guī)模大、熱損耗小和溫度高等特點(diǎn)已顯露出優(yōu)勢(shì),此次江寧示范電站采用的正是塔式系統(tǒng),它利用眾多的定日鏡,將太陽(yáng)熱輻射反射到高塔頂部的接收器,加熱工作介質(zhì)產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽或高溫高壓空氣,驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電,將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能,F(xiàn)為中國(guó)玻璃工業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)的張耀明院士是中國(guó)多組份玻璃光纖領(lǐng)域的開(kāi)拓者,也是塑料光纖和工藝品行業(yè)的技術(shù)奠基人。
據(jù)記者了解,近10年來(lái),南京春輝科技實(shí)業(yè)有限公司(南京玻璃纖維研究設(shè)計(jì)院三所)和河海大學(xué)合作,先后承擔(dān)國(guó)家科技部、國(guó)家自然科學(xué)設(shè)立資金、江蘇省科技廳、南京市科技局等多項(xiàng)與太陽(yáng)能利用相關(guān)的科研項(xiàng)目,在太陽(yáng)光采集裝置、太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)等方面進(jìn)行了深入研究,共申請(qǐng)?zhí)?yáng)能領(lǐng)域的專(zhuān)利近30項(xiàng),其中11項(xiàng)已獲授權(quán)(其中美國(guó)專(zhuān)利1項(xiàng),發(fā)明專(zhuān)利4項(xiàng)),發(fā)表了數(shù)篇太陽(yáng)能利用技術(shù)方面的論文。較近,在全體攻關(guān)人員的不懈努力下,在太陽(yáng)能熱發(fā)電研究領(lǐng)域中取得了難以置信的進(jìn)展,在其中的較關(guān)鍵的兩大部件上實(shí)現(xiàn)了重大打破,建立了相當(dāng)?shù)难芯炕A(chǔ)。該公司曾創(chuàng)造性地研制成功新型定日鏡裝置,性能優(yōu)于國(guó)外同類(lèi)裝置,價(jià)格僅為國(guó)外的幾分之一,并創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)成功高溫接收器裝置,結(jié)構(gòu)合理,工藝、材料簡(jiǎn)化,成本經(jīng)濟(jì),得到國(guó)外相關(guān)人士的認(rèn)可。這兩大打破有望大幅降低電站投入資金,加快塔式發(fā)電商業(yè)化的步伐,也正是基于這些打破才成為該公司能夠與以色列成功合作的基礎(chǔ)。
能源革命帶來(lái)較經(jīng)濟(jì)解決方案
能源的潛在危機(jī)和自然環(huán)境的惡化使世界各國(guó)積較開(kāi)發(fā)包括太陽(yáng)能在內(nèi)的新能源及可更新能源。據(jù)相關(guān)人士預(yù)測(cè),今后20~30年內(nèi),大部分國(guó)家能源結(jié)構(gòu)必將發(fā)生根本性的變化,到本世紀(jì)50年代,新能源與可更新能源將在整個(gè)能源構(gòu)成中占50%。
眾所周知,以色列是一個(gè)日照充足、太陽(yáng)能資源條件較好的國(guó)家,在太陽(yáng)能利用技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)方面,不但受到相關(guān)部
門(mén)主管部門(mén)、研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)的高度重視,同時(shí),以色列與美國(guó)、歐洲、澳洲等地區(qū)的國(guó)家都有廣泛的合作關(guān)系,從而使以色列在此領(lǐng)域一直處于較有優(yōu)勢(shì)行列。
張耀明院士認(rèn)為,地大物博的中國(guó),雖然擁有自己的煤礦、油田和豐富的水力及農(nóng)業(yè)生物資源可供開(kāi)采并自給自足,但在石化動(dòng)力原料的需求領(lǐng)域中,增加供應(yīng)的可能性較為有限。而我國(guó)能源消耗量的快速增長(zhǎng)期,又恰好出現(xiàn)在大部分國(guó)家廉價(jià)的和易開(kāi)發(fā)的石油資源趨于枯竭的時(shí)候。中國(guó)要滿(mǎn)足急速增長(zhǎng)的能源需求,惟一現(xiàn)實(shí)的可能是進(jìn)入陽(yáng)光時(shí)代,選擇可更新能源作為能源供應(yīng)的基礎(chǔ)。
據(jù)《1999白皮書(shū),中國(guó)新能源與可更新能源》介紹,我國(guó)屬太陽(yáng)能資源豐富的國(guó)家之一,輻射總量在3.3×103~8.4×106千焦耳/平方米·年之間,全國(guó)總面積2/3以上地區(qū)年日照時(shí)數(shù)大于2000小時(shí),陸地面積每年接受的太陽(yáng)輻射能相當(dāng)于2.4×104億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,約等于數(shù)萬(wàn)個(gè)三峽工程發(fā)電量的總和。如果將這些太陽(yáng)能有效利用,對(duì)于緩解我國(guó)的能源問(wèn)題、減少向大氣中排放的CO2、保護(hù)自然環(huán)境都將具有重大而深遠(yuǎn)的意義。
前景廣闊的陽(yáng)光經(jīng)濟(jì),引發(fā)了太陽(yáng)能利用技術(shù)的一體發(fā)展,也催生了陽(yáng)光時(shí)代的到來(lái)。據(jù)張耀明院士介紹,目前,國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能利用技術(shù)不斷取得進(jìn)展或重大打破,太陽(yáng)能產(chǎn)品性能價(jià)格比不斷提高,主要集中在以下幾個(gè)方面:直接的太陽(yáng)光采集照明技術(shù);太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù);太陽(yáng)能熱利用技術(shù)。直接的太陽(yáng)光采集照明技術(shù)和太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)對(duì)于太陽(yáng)能的利用是重要方面,特別是后者發(fā)展比較迅猛,而前者的技術(shù)發(fā)展已經(jīng)引起廣大科技工作者的興趣,但在具體方面,這兩者還受到價(jià)格和性能方面的制約,還難以進(jìn)入可以與常規(guī)能源競(jìng)爭(zhēng)的地步。而太陽(yáng)能熱利用技術(shù),是可更新能源技術(shù)領(lǐng)域商業(yè)化程度較高、推廣應(yīng)用較普遍的技術(shù)之一,主要指太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)能空調(diào)降溫、太陽(yáng)能熱發(fā)電、太陽(yáng)房等幾個(gè)方面,在這幾者中,太陽(yáng)能熱發(fā)電是太陽(yáng)能熱利用的重要方向,是較有革命性的技術(shù)成果,是實(shí)現(xiàn)大功率發(fā)電、替代常規(guī)能源的較經(jīng)濟(jì)手段之一。
示范工程為商業(yè)化“探路”
張耀明院士告訴記者,塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電示范工程建設(shè)完畢后,將進(jìn)入降低成本、為商業(yè)化運(yùn)行做準(zhǔn)備的試驗(yàn)期,在試驗(yàn)期內(nèi)有三條途徑可以實(shí)現(xiàn)效率高率、低成本的太陽(yáng)能熱發(fā)電工業(yè)化應(yīng)用目標(biāo)。具體說(shuō)來(lái):一是進(jìn)一步擴(kuò)大塔式發(fā)電規(guī)模,因?yàn)殡S著規(guī)模的擴(kuò)大,設(shè)備和部分設(shè)施的投入資金會(huì)大幅降低;二是在塔式發(fā)電的基礎(chǔ)上考慮發(fā)展大型碟式發(fā)電技術(shù),這是以色列看重和推薦的發(fā)展技術(shù),也是中以雙方第二階段的合作內(nèi)容;三是利用我國(guó)自行開(kāi)發(fā)出的燃?xì)庑蜔釟鈾C(jī)發(fā)電技術(shù)(上海711研究所下屬的齊耀動(dòng)力技術(shù)有限公司成功開(kāi)發(fā)),結(jié)合我們太陽(yáng)能采集和接收的成功經(jīng)驗(yàn),加以適當(dāng)改進(jìn)形成太陽(yáng)能熱氣機(jī)技術(shù),從而降低整套系統(tǒng)造價(jià),推向應(yīng)用市場(chǎng)。通過(guò)這三條途徑的嘗試,可為我國(guó)太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用開(kāi)辟一條實(shí)用化和商業(yè)化途徑。
張耀明院士說(shuō),70千瓦電站成功后,他們的下一個(gè)目標(biāo)是建設(shè)1000千瓦以上的太陽(yáng)能熱電站。理想狀態(tài)下,太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)4年后有望實(shí)用化、商業(yè)化,其標(biāo)志是實(shí)現(xiàn)30兆瓦以上的發(fā)電能力。而那時(shí)的發(fā)電成本可能降到約0.6元/度——傳統(tǒng)煤電的直接成本約0.38元/度,治污的間接成本約0.4元/度,合計(jì)約0.78元/度。按照每千瓦發(fā)電量投入資金2萬(wàn)~3萬(wàn)元計(jì)算,30兆瓦機(jī)組的投入資金額在6億~9億元。
同時(shí),張耀明院士表示,在此基礎(chǔ)上,只要國(guó)家給予大力支持,相關(guān)部門(mén)部門(mén)在立項(xiàng),提供專(zhuān)項(xiàng)資助經(jīng)費(fèi)等方面予以支持,完全有能力在塔式示范發(fā)電工程建成后的試驗(yàn)期內(nèi)進(jìn)一步完善相關(guān)技術(shù),4年左右將實(shí)現(xiàn)發(fā)電成本0.6元/度左右的目標(biāo),到那時(shí),將與火力發(fā)電(煤)相比形成一定競(jìng)爭(zhēng)力。因?yàn)楝F(xiàn)在火力發(fā)電成本雖為0.38元/度,但是由于煤炭燃燒造成的環(huán)境污染治理費(fèi)也接近0.4元/度;而且隨著太陽(yáng)能熱發(fā)電試驗(yàn)的不斷深入,太陽(yáng)能熱發(fā)電成本進(jìn)一步降低,太陽(yáng)能熱發(fā)電相對(duì)持續(xù)攀漲的能源價(jià)格(煤)的優(yōu)勢(shì)將更為明顯,從而有望以陽(yáng)光經(jīng)濟(jì)推進(jìn)能源革命。