太阳能热发电发展面临的挑战及对策有哪些？

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1.降低总投资和运维成本

如前所述，在太阳能热发电站总投资中，聚光、吸热和储热系统成本所占比例较高。根据可胜技术 公司的数据，在塔式电站中，设备购置费约占总投资的 73%，安装费约占 12%，建筑工程约占 9%，其 他约占 6%。

此外，根据国际经验，技术进步对太阳能热发电成本降低的贡献率约 42%，规模化的贡献率约 37%，批量生产的贡献率约 21%。据我国企业的测算，在理想情况下，由于规模化发展带来的电站总投 资整体下降可达 18.42~27.56%。

通过分析西班牙 PS10 和 PS20 塔式电站（这两座电站采用了同样的技术，只是容量不同，PS10 为 10MW，PS20 为 20MW）发现：电站容量大小和单位投资成本有一定关系。在同样技术条件下，机组容 量越大，单位千瓦投资成本和年运行费用越低；同时，机组容量较大时，机组本身的运行效率明显提高， 电站辅助设备及管道系统的效率也较高，则电站综合效率明显提高。然而电站容量的翻倍并不会导致投 资成本增长的翻倍。根据 Kistner 研究，随着电站容量的翻倍，一些部件的相对成本增加的并不多，但有 一些却呈现出了规模效应。当电站容量从 50MW 增加到 100MW 时，下列部件的成本降低甚微：集热场： 97.5%；传热介质：92.2%。下列部件的成本降低显著：发电系统：81.1%；电站平衡系统：76.6%；并网： 65.0%。另外，还有一些费用的相对权重在运行期间保持稳定，例如储热系统、土木工程以及用水[29]。最后， 最能体现规模效应的方面包括项目管理和项目开发，其成本以绝对数值的形式带有固定性。

根据国际可再生能源机构（IRENA）的报告（2018 年），因为没有化石燃料的成本支出，太阳能热 发电站的运维成本主要包括两大类：保险（这部分每年的费用约占初始资本支出的 0.5 ～ 1%）和维护（主 要包括反射镜清洗和更换）。因此，国外光热电站业主降低运维费用的方式侧重在维护；对于运营商来 说，一种降低维护费用的方法就是采用预测分析工具，另一种方法就是以最小化清洁成本的方式设计电 站。一些新的研究表明，在太阳能热发电站的设计和建设中提前进行良好决策和计划，可持久性地降低 其后期的运维成本，从而提高盈利能力。国际上槽式太阳能光热电站平均运维成本约合人民币 0.15~0.211 元 /kWh，塔式光热电站约合人民币 0.211~0.282 元 /kWh。

华北电力大学的一份研究报告指出，如果运维成本下降 20%，塔式、槽式、线菲太阳能热发电站的 内部收益率将分别从 12.33%、11.72% 和 11.43 增加至 13.41%、12.79% 和 12.49%。我国某 50MW 光热 电站运行费用大约在 0.05 元 /kWh，主要包括人工成本、检修费用、备品备件费用、外购电、水费、材 料费等；其中人工成本占比最高。随着运行经验的提升，预计未来几年运维成本将会显著下降；而且随 着装机规模的提高，人工成本上升幅度不大。

2.提高效率

太阳能热发电的基本过程涉及聚光、传热和热功转换等方面，太阳能通过热的形式转换成电能需要 经过多个能量转换和传输过程。从光—热—功转化过程来看，太阳能热发电主要包括以下 3 个过程：1）光的聚集与转换过程；2）热量的吸收、蓄存与传递过程；3）热功转换过程。而电站 的年效率则反映一个电站技术水平的先进程度，太阳能热发电站年效率越高说明太阳能到电能的转化能 力越强。太阳能热发电站年效率是一年中太阳能热发电站的发电量与投射至聚光场采光面积上太阳法向 直射辐照量之比，其与装机容量、设计点太阳直射辐照度、汽轮机入口参数、蓄热系统容量、年日照时数、 辅助能源所占百分比等诸多因素有关。

热力学、传热学、光学、材料学等多个学科以及这些学科的交叉是太阳能热发电技术的理论基础。 各能量传递与转换环节的热传递机理及热流特性、光 - 热 - 功转换系统的集成理论和关键材料及技术等 是太阳能热发电技术中需要重视和解决的基础问题。

聚光、吸热及热功转换过程是 构成系统能量和效率损失的主要部分，约占总损失的 97%，因此提高太阳能热发电效率关键在于提高聚 光、吸热及热功转换过程的效率。国内外的研究也大都集中于这两个过程及非稳态条件下的系统热力学 循环特性以求得到稳定的运行技术。