美国亚利桑那州电力负荷曲线
提高效率
聚光比、吸热器温度 集热效率*透平效率 马鞍点
途径——聚光比与吸热温度的协同提高
提高聚光比： 塔式和碟式，其聚光比分别300-1000和1000-3000之间； 槽式和菲涅尔式，其聚光比分别在70-80和25-100之间； 二次聚光：第一次聚光比*第二次聚光比 （10，000） 提高吸热器的工作温度： 传热介质(水、油、熔融盐、空气、离子液体、液态金属、固体材料)
聚光比25-100；系统效率较低。 镜场可布置非常紧凑，土地利 用率高，初投资相对较低。
目前在建最大规模为30MW电 站，其中关键部件集热管由皇明 公司出口供应。
集热管
反射镜
皇明公司2.5MW示范系统
各种CSP技术方式的性能
聚光比
槽式 70-80
塔式 300-1000
碟式 1000-3000
菲涅尔式 25-100
郎肯循环 20% (p) 9-11% (p) 30-40%ST 25-70%(p)
5MW
（来源：DLR，2004）
CSP电站系统的基本组成
聚光集热子系统 储热子系统
热-功-电转换子系统
白天工作模式1 — 直接发电
聚光集热子系统
储热子系统
热-功-电转换子系统
白天工作模式2 — 储热 + 发电
聚光集热子系统
的化石燃料电站类似。二者最大的区别在于输入的能源不同，太阳能热发电采用 的是太阳能：聚光器将低密度的太阳能转换成高密度的能量，经由传热介质将太 阳能转化为热能，通过热力循环做功，实现到电能的转换。
CSP的技术形式
塔式 碟式/斯特林
槽式 线性菲涅， 聚焦的阳光反射到位于塔顶的吸热器 内。吸热器加热管内的传热介质，将 太阳光能转变成热能，再通过热力循 环实现发电。
聚光比1000-3000；系统效率高 单机规模小，非常适合分布式发电。 今年1月份全球首座商业化碟式斯特林系统在美国投入运行，总容
量1.5MW，由60个单机25kW的系统组成。 截至2010年10月，美国加州批准了总计1372.5MW的碟式斯特林电
站项目。
（4）线性菲涅尔
线聚焦技术：槽式系统的简化； 平面镜代替抛物面型曲面镜，通 过调整、控制平面镜的倾斜角度， 将阳光反射到集热管上，加热内 部工作介质 ，产生蒸汽驱动汽轮 机做功发电。
7:00
PV Solar Thermal
9:00
11:00
13:00
15:00
Time (hh:mm)
✓太阳能热发电输出电力相对平稳
17:00
19:00
CSP优势——系统友好性、可控性
➢ 系统友好性是指清洁能源在其开发、输送和使用的全过程中与电网、电源以及其它能源系统 相适应、相协调的技术品质与特性。 ➢ 风能及光伏发电，其出力具有显著的间歇性和不确定性。并网运行后出力的剧烈变化将对电 力系统实时平衡和稳定运行带来挑战。 ➢ 受电源结构制约，长期以来我国电力系统调峰能力一直不足。煤电装机占全国发电总装机的 四分之三（其中供热机组又占了20% 以上）。系统调峰问题将是影响制约我国能源结构调整和 清洁能源发展的长期性问题。 ➢ CSP电站可以储热，也可以利用化石燃料补燃；实现发电功率平稳、可控输出。可作为调峰 电源；未来随着技术提升，可承担电力系统基础负荷。
“材料——光学——热学”耦合
吸热窗口瞬时能量分布（2008.09.27,13:16）
投入吸热器窗口能量随时间变化
聚光比在70-80之间；系统综合效率 较低。
吸热器内工作介质：合成油、水等， 当前介质的工作温度一般在400℃以 内。
美国354MW SEGS电站建于上个世纪 80年代，至今已运行20多年。
吸热管
槽式反射镜 美国SEGS槽式电站
（3）碟式
点聚焦技术：利用旋转抛物面反射镜，将入射阳光聚集在镜面焦点 处， 在该处可放置太阳能吸热器吸收热能加热工质驱动汽轮发电机 组发电，也可放置太阳能斯特林发电装置或高倍比聚光光伏系统 （CPV）直接发电。 。
聚光比300-1000。系统综合效率高。 吸热器类型：水/蒸气、熔盐、空气
等。商业化初期的电站多使用水/蒸 气作为工作介质（主要考虑到技术风 险较小、结构相对简单）
传热介质的工作温度范围在250～ 1200℃，可采用汽轮机或燃气轮机。
定日镜
吸热器
西班牙PS10电站
（2）槽式
线聚焦技术：采用抛物面槽式反射镜 将太阳光聚集到位于焦线的吸热管上， 加热管内的传热工质（油或水），然 后经热交换器产生蒸汽驱动汽轮发电 机组发电。
储热子系统
热-功-电转换子系统
夜间工作模式 — 利用储热发电
聚光集热子系统
储热子系统
热-功-电转换子系统
CSP & 光伏发电的电力输出
100% 90%
Cloudy Day (May 3)
Solar Output (% Maximum Output)
80% 70% 60%
50% 40% 30%
20% 10% 0%
太阳能热发电原理
太阳能热发电的含义
太阳能热发电是利用太阳能聚光器先将太阳辐射能转化为热能，然后经过各种方 式转换为电能的技术形式。
太阳能热发电包括：聚光太阳能热发电（CSP）、太阳能半导体温差发电、太阳 能烟囱发电、太阳池发电和太阳能热声发电等。
聚光太阳能热发电（CSP）是目前已经商业化大规模应用的技术形式。 CSP是通过“光-热-功”的转化过程实现发电的一种技术形式，其在原理上和传统
可采用的动力循环 模式
郎肯循环
1) 郎肯循环 2) 布雷顿循环 3) 联合循环
斯特林
峰值系统效率 系统年均效率
21% (d) 10-15% (d)
20% (d) 35% (p) 10-16% (d)
29% (d) 16-18% (d)
17-18% (p)
15-25% (p)
18%-23%(p)
热循环效率
30-40% ST
30-40% ST
30-40% SE
45-55% CC
20-30% GT
容量因子 已建单机最大容量
24% (d) 25-90% (p)
80MW
25-90% (p) 20MW
25% (p)
1.5MW (25kW×60)
注：(d) =示范，(p) = 预计，ST 蒸汽轮机，CC 联合循环，SE斯特林机，GT 燃气轮机