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。