介紹一種新型的太陽(yáng)能超低溫光熱發(fā)電技術(shù)

介紹一種新型的太陽(yáng)能超低溫光熱發(fā)電技術(shù)忻元敏【摘要】本文經(jīng)上海彧華新能源科技有限公司和發(fā)明人授權(quán),介紹了一種以"超低溫發(fā)電技術(shù)"為核心的完全新型的太陽(yáng)能超低溫光熱發(fā)電技術(shù)路線（簡(jiǎn)稱新技術(shù)）,該新技術(shù)完全不同于現(xiàn)有以槽式、塔式、碟式和菲涅爾式為代表的4種主流中高溫光熱發(fā)電技術(shù)路線,或?qū)⒊蔀槲覈?guó)新能源發(fā)展的一個(gè)方向.期刊名稱】《太陽(yáng)能》年(卷),期】2017(000)007【總頁(yè)數(shù)】7頁(yè)（P71-77）【關(guān)鍵詞】太陽(yáng)能;光熱發(fā)電;朗肯循環(huán);超低溫發(fā)電;水冷【作者】忻元敏【作者單位】上海彧華新能源科技有限公司【正文語(yǔ)種】中文能源環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻，太陽(yáng)能光熱發(fā)電相比光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。1）太陽(yáng)能光熱發(fā)電與常規(guī)燃煤（油、氣）火力發(fā)電、核能發(fā)電相容，發(fā)電連續(xù)、穩(wěn)定。2）太陽(yáng)能光熱發(fā)電與常規(guī)燃煤（油、氣）火力發(fā)電一樣能起到很好的調(diào)峰作用，是電網(wǎng)友好型的綠色環(huán)保新能源。3）太陽(yáng)能資源豐富，清潔環(huán)保，太陽(yáng)能光熱發(fā)電是具有戰(zhàn)略性的可再生新能源技術(shù)，有利于推動(dòng)我國(guó)可再生新能源的整體發(fā)展和電力結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型。然而，太陽(yáng)能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展相比風(fēng)電、光伏發(fā)電不盡人意，發(fā)展步伐艱難。原因之一是，太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)路線基本仍延用了國(guó)外上個(gè)世紀(jì)80年代流行的方案。西班牙某知名專家就曾指出，西班牙運(yùn)行的塔式電站全部照搬了美國(guó)SEGS的技術(shù)路線。當(dāng)然這也有融資方面的原因，因?yàn)殂y行貸款需要最大程度上降低風(fēng)險(xiǎn)，這就對(duì)技術(shù)創(chuàng)新限制了空間。雖然目前全球已經(jīng)投入運(yùn)行的商業(yè)化太陽(yáng)能熱發(fā)電站裝機(jī)容量超過(guò)5GW，但技術(shù)方面仍存在3大難題的困擾：1）如何降低聚光集熱器的成本；2）如何研制出高效高溫吸熱器；3）如何研制出高效空冷設(shè)備。因此，目前我國(guó)太陽(yáng)能光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)化痛點(diǎn)非常明顯，表現(xiàn)為成本過(guò)高、效率偏低、度電價(jià)格難以與其他發(fā)電類型相匹敵。隨著我國(guó)電網(wǎng)網(wǎng)路的建設(shè)、改造、擴(kuò)容，以及太陽(yáng)電池新材料、新技術(shù)的出現(xiàn)，如果太陽(yáng)能光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)不能抓緊當(dāng)前有利的發(fā)展時(shí)機(jī)，極有可能會(huì)遭遇到更強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)，而從長(zhǎng)期角度看，太陽(yáng)能光熱發(fā)電還必須與火電等傳統(tǒng)能源展開(kāi)角逐，特別在國(guó)家實(shí)施電力市場(chǎng)改革、電價(jià)競(jìng)價(jià)上網(wǎng)等新政后，如何逐步降低新建項(xiàng)目的太陽(yáng)能光熱發(fā)電價(jià)格水平任重而道遠(yuǎn)實(shí)行太陽(yáng)能中高溫光熱發(fā)電技術(shù)路線時(shí)，光熱電站的選址成為一個(gè)極大的問(wèn)題。除必須考慮光照資源外，還需考慮是否有合適的相伴的冷卻水源等問(wèn)題，這不僅與投資建設(shè)成本相關(guān)，還與可持續(xù)化發(fā)展有關(guān)。所以，目前業(yè)內(nèi)權(quán)威人士普遍認(rèn)為，太陽(yáng)能光熱發(fā)電環(huán)境適應(yīng)性差、選址受限制是造成實(shí)際光熱資源不足、發(fā)展滯后的客觀因素，可見(jiàn)這是真正制約太陽(yáng)能光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)能否有效、持續(xù)、長(zhǎng)久發(fā)展的關(guān)鍵由此可知，在我國(guó)能源電力問(wèn)題和環(huán)境污染問(wèn)題如此緊迫的形勢(shì)下，在太陽(yáng)能光熱發(fā)電又有著如此誘人的發(fā)展前景下，我國(guó)太陽(yáng)能光熱產(chǎn)業(yè)發(fā)展之所以如此艱難，根本原因就是成本高，技術(shù)創(chuàng)新尚需努力。相關(guān)專家、學(xué)者應(yīng)在國(guó)家正確的產(chǎn)業(yè)政策指導(dǎo)下，通過(guò)創(chuàng)新來(lái)打破光熱產(chǎn)業(yè)發(fā)展的技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)化發(fā)展。“超低溫發(fā)電技術(shù)”，擁有完全獨(dú)立的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。而“超低溫發(fā)電技術(shù)”是指熱源溫度在（30±10）工~90工之間的特殊的發(fā)電技術(shù)，正適合在太陽(yáng)能光熱發(fā)電領(lǐng)域施展拳腳。如何破解本來(lái)就并非十分成熟的太陽(yáng)能中高溫光熱發(fā)電技術(shù)路線，如何化解眼前困擾太陽(yáng)能中高溫光熱發(fā)電的3大技術(shù)難題，如何降低太陽(yáng)能光熱發(fā)電站建設(shè)的初次投資成本和運(yùn)行成本，如何使太陽(yáng)能光熱發(fā)電具有可持續(xù)化發(fā)展的可能，這是本文研究的出發(fā)點(diǎn)。對(duì)于熱發(fā)電系統(tǒng)，除外燃機(jī)外，無(wú)論是現(xiàn)行的太陽(yáng)能中高溫光熱發(fā)電站，還是傳統(tǒng)的火力發(fā)電站、核能發(fā)電站，以及所謂低溫余熱發(fā)電站、垃圾發(fā)電站、生物質(zhì)發(fā)電站等，發(fā)電循環(huán)系統(tǒng)利用的原理幾乎全是朗肯循環(huán)的模式。在等壓冷凝過(guò)程中99%以上采用的工藝是，以環(huán)境同溫的水流（或稱冷源、熱井）來(lái)冷卻、帶走透平機(jī)尾氣所含熱量，達(dá)到冷凝的目的。熱量轉(zhuǎn)移遵循熱力學(xué)第二定律，熱量可自發(fā)地從較熱的物體傳遞到較冷的物體。我們也了解到，不少正在研發(fā)的空冷設(shè)備思路與此基本類似，但卻沒(méi)有熱量回收再利用功能。根據(jù)卡諾循環(huán)熱效率公式，若利用人工制造一個(gè)低溫冷源來(lái)提高循環(huán)熱效率是得不償失的，因此長(zhǎng)期以來(lái)，研究人員都把與環(huán)境同溫的水流視為冷源，信守這個(gè)固定模式從未懷疑，這便成為熱發(fā)電行業(yè)的規(guī)矩和現(xiàn)狀。想提高熱機(jī)效率，然而又無(wú)力降低冷源溫度，因此，提升熱源溫度成為唯一途徑。太陽(yáng)能中高溫?zé)岚l(fā)電技術(shù)千方百計(jì)利用聚光集熱手段來(lái)獲得提升了的光熱溫度，以滿足熱機(jī)朗肯循環(huán)的基本要求，結(jié)果是滿足了朗肯循環(huán)卻產(chǎn)生了目前為止還無(wú)法破解的、棘手的3大技術(shù)難題。因此是否可以不用聚光集熱方法，而是遵循太陽(yáng)能光熱屬于常溫的事實(shí)，采用最方便、最經(jīng)濟(jì)的手段利用太陽(yáng)能光熱，比如太陽(yáng)能熱水器，而對(duì)朗肯循環(huán)模式進(jìn)行改進(jìn)、突破。既然研究目標(biāo)已定，這就要?jiǎng)?chuàng)造出一種既符合客觀規(guī)律，又具有國(guó)際領(lǐng)先水平的，熱效率理想化的，能破解當(dāng)前太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)難題的新穎的太陽(yáng)能超低溫光熱發(fā)電技術(shù)路線。新技術(shù)路線的關(guān)鍵就是如何在太陽(yáng)能光熱發(fā)電領(lǐng)域運(yùn)用獨(dú)創(chuàng)的“超低溫發(fā)電技術(shù)”。我們之所以推崇法國(guó)物理學(xué)家喬治?克洛德，是因?yàn)樗蚱屏死铆h(huán)境同溫水冷卻尾氣的“金科玉律”，在1881年第一個(gè)提出了實(shí)現(xiàn)海洋溫差能發(fā)電的技術(shù)路線，即利用抽取距海洋表層500~1000m以下約5工的深海水作為冷源，與海洋表層約25工水溫形成溫差，實(shí)現(xiàn)理論上的海洋溫差能發(fā)電，突破了當(dāng)時(shí)超低溫?zé)釞C(jī)循環(huán)無(wú)法突破的“死結(jié)”。喬治的發(fā)明是對(duì)熱機(jī)循環(huán)的開(kāi)創(chuàng)性發(fā)展，具有重大的理論意義。但從今天科技發(fā)展的高度來(lái)看，喬治的思路明顯還是局限于利用熱力學(xué)第二定律指出的熱量自發(fā)轉(zhuǎn)移的方法，終究還是離不開(kāi)水冷工藝的老路，與原朗肯循環(huán)中等壓冷凝的思路比較并無(wú)新意。海洋溫差能發(fā)電技術(shù)雖與上文所提到的新技術(shù)同屬于超低溫發(fā)電技術(shù)范疇，但它卻是特定海洋條件下的特例，不具有普遍性，無(wú)法被復(fù)制、推廣到其他相應(yīng)熱發(fā)電領(lǐng)域。在其他熱發(fā)電領(lǐng)域中無(wú)法方便地獲取5工的深海水做為冷源，且不說(shuō)為抽取這么深層的海水所消耗的電量極大，獲得的溫差值如此之小是值得從經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性方面思量的。2.1研究方法以“超低溫發(fā)電技術(shù)”為核心的太陽(yáng)能超低溫光熱發(fā)電技術(shù)的研究是重新審視、思考朗肯循環(huán)模式，并加以改進(jìn)、突破和創(chuàng)新，廢除高塔冷卻循環(huán)，實(shí)現(xiàn)不用水冷，并對(duì)冷凝過(guò)程釋放的熱量回收再利用來(lái)提高熱利用率；采用“超低溫發(fā)電技術(shù)”，無(wú)需聚光集熱，可方便地采取獨(dú)特的低溫、超低溫技術(shù)路線，以降低設(shè)備投資成本，實(shí)現(xiàn)度電成本的降低。圖1是現(xiàn)行太陽(yáng)能中高溫光熱發(fā)電的基本示意圖。由圖1可知，它是由兩大部分組成，右側(cè)為傳統(tǒng)朗肯循環(huán)的熱機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，左側(cè)為太陽(yáng)能光熱收集系統(tǒng)及儲(chǔ)能系統(tǒng)。兩部分交集點(diǎn)是在吸熱過(guò)程上，也就是說(shuō)，目前太陽(yáng)能中高溫光熱發(fā)電技術(shù)攻關(guān)集中在朗肯循環(huán)吸熱過(guò)程上，并因其光熱收集方法的不同而形成了目前大家認(rèn)知的4種基本技術(shù)路線，即槽式、塔式、碟式和菲涅爾式系統(tǒng)，這4種基本技術(shù)路線統(tǒng)屬于太陽(yáng)能中高溫光熱范疇。而本文所介紹的新技術(shù)屬于太陽(yáng)能超低溫光熱范疇，與前4種基本技術(shù)路線完全不同，實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段也不同?，F(xiàn)有技術(shù)研發(fā)攻關(guān)的重點(diǎn)是在朗肯循環(huán)的吸熱過(guò)程上，然而并未觸動(dòng)對(duì)朗肯循環(huán)體系的思考；而新技術(shù)的研發(fā)攻關(guān)重點(diǎn)是在朗肯循環(huán)的冷凝過(guò)程上，是對(duì)不用水冷的研究突破，并最終促使對(duì)朗肯循環(huán)冷凝過(guò)程的全面思考、改進(jìn)和突破?？梢哉f(shuō)，沒(méi)有對(duì)朗肯循環(huán)體系的突破，就無(wú)法達(dá)到不用水冷卻的境界，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)超低溫光熱發(fā)電。所以新技術(shù)的特征就是突破了朗肯循環(huán)的“桎梏”，創(chuàng)造了新的熱力學(xué)循環(huán)系統(tǒng)，不用水冷，并可方便地回收冷凝過(guò)程釋放的潛熱再利用提高熱效率，這才有可能根本性地改變光熱收集方式，形成新型的太陽(yáng)能超低溫光熱發(fā)電的技術(shù)路線。圖2列出了特殊冷凝器冷凝過(guò)程的4個(gè)熱力學(xué)狀態(tài)。1）第1個(gè)狀態(tài)緊接著第4個(gè)狀態(tài)結(jié)束，稱它為原始狀態(tài)，管內(nèi)為排出冷凝液體后殘留的某個(gè)溫度的飽和氣體，溫度相對(duì)較低，氣壓也較低，A端有進(jìn)氣口，也有排液口，B端是圭寸閉的。2）第2個(gè)狀態(tài)：當(dāng)某一管道進(jìn)氣口和噴嘴旋轉(zhuǎn)到對(duì)接位置時(shí)，尾氣以極高速度從噴嘴噴入管內(nèi)，隨即進(jìn)氣口和噴嘴在旋轉(zhuǎn)下錯(cuò)位，進(jìn)氣口被圭堵。這樣的管道在特殊冷凝器中有不少。于是高速尾氣團(tuán)在前進(jìn)中強(qiáng)力壓縮管內(nèi)殘留的低壓氣體。低壓氣體被壓縮時(shí)會(huì)產(chǎn)生抵抗力，靠近A端產(chǎn)生的抵抗力較小，但越靠近B端產(chǎn)生的抵抗力越大。高速尾氣團(tuán)對(duì)低壓氣體壓縮是做功行為，但卻看不到它轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，所以這是一種功熱轉(zhuǎn)換形式。抵抗力小的地方做功少，轉(zhuǎn)換的熱量就少；抵抗力大的地方做功多，轉(zhuǎn)換的熱量就多。所以，壓縮做功產(chǎn)生的熱量主要集中在B端附近，我們將此處稱為散熱處。高速尾氣團(tuán)前進(jìn)后留下的空間應(yīng)近似于真空，但這時(shí)高速尾氣團(tuán)末端會(huì)有極少部分氣體泄出，泄出的氣體產(chǎn)生膨脹，所以，這使得高速尾氣團(tuán)前進(jìn)后留下的空間因膨脹吸熱效應(yīng)抵消在前一步壓縮產(chǎn)生的微熱而近似保持原有溫度不變。3）第3個(gè)狀態(tài)：當(dāng)管內(nèi)殘留氣體被壓縮到B端不能被再壓縮時(shí)，尾氣團(tuán)的速度變?yōu)榱?，?dòng)能全部轉(zhuǎn)換為熱能，管內(nèi)迅速升溫，溫度值可遠(yuǎn)大于外界溫度，這種情況類似于熱泵熱水機(jī)制熱，也類似于冰箱散熱器散熱，所以產(chǎn)生的熱量必然要通過(guò)管壁向外散發(fā)，散發(fā)出的熱量則被管外的另外一種流動(dòng)氣體帶走。由于高速尾氣團(tuán)動(dòng)能的損耗，熱量被管壁外氣體帶走，管內(nèi)氣體溫度明顯下降。這時(shí)在B端的壓縮尾氣團(tuán)和左邊空間的稀薄氣體存在較大的壓力差，處于B端的兩部分氣團(tuán)同時(shí)發(fā)生膨脹，膨脹時(shí)會(huì)吸熱，但由于之前有過(guò)一次膨脹，現(xiàn)在“已無(wú)熱可吸”，所以管內(nèi)氣體膨脹結(jié)果是使管內(nèi)氣體進(jìn)一步冷卻。這時(shí)的膨脹率是很大的，所以冷卻降溫幅度很大。前一個(gè)壓縮效應(yīng)和后一個(gè)膨脹效應(yīng)疊加，使這個(gè)管內(nèi)氣體足以冷卻液化4）第4個(gè)狀態(tài)：氣體膨脹后的溫度實(shí)際為第1個(gè)狀態(tài)的溫度，由于第1個(gè)狀態(tài)的氣體已屬于飽和氣壓，管內(nèi)的氣體分子數(shù)保持一定，原來(lái)被噴入的尾氣部分在該溫度下成為多余部分而液化，最后從排液口流出。本文對(duì)于上述過(guò)程做了簡(jiǎn)單化的狀態(tài)處理和分析，僅供參考，實(shí)際過(guò)程肯定要復(fù)雜得多。卡諾循環(huán)是由2個(gè)絕熱過(guò)程和2個(gè)等溫過(guò)程組成，即等溫吸熱、絕熱膨脹、等溫放熱、絕熱壓縮；朗肯循環(huán)是由2個(gè)等熵過(guò)程和2個(gè)等壓過(guò)程組成，即等壓吸熱等熵膨脹、等壓放熱、等熵壓縮；斯特林循環(huán)是由2個(gè)等溫過(guò)程和2個(gè)等容過(guò)程組成，即等容吸熱、等溫膨脹、等容放熱、等溫壓縮。本文提到的新的熱力學(xué)循環(huán)只是對(duì)朗肯循環(huán)的冷凝過(guò)程做了改進(jìn)、突破，由等壓放熱改進(jìn)為等容放熱，所以它是由2個(gè)等熵過(guò)程加1個(gè)等壓吸熱過(guò)程和1個(gè)等容放熱過(guò)程組成，可見(jiàn)該熱力學(xué)循環(huán)確實(shí)是一種新型的熱力學(xué)循環(huán)。超低溫光熱發(fā)電系統(tǒng)圖示和中高溫光熱發(fā)電系統(tǒng)圖示類似，還是呈現(xiàn)原來(lái)的雙循環(huán)形式（可參考圖1）。只不過(guò)原內(nèi)循環(huán)工質(zhì)是水/水蒸氣，現(xiàn)在改為非水有機(jī)質(zhì)；原外循環(huán)傳熱介質(zhì)用的是高溫導(dǎo)熱油、融鹽等，現(xiàn)在是水；原來(lái)采光集熱系統(tǒng)為聚光型槽式、塔式、碟式或菲涅爾式系統(tǒng)中的一種，現(xiàn)在可采用類似太陽(yáng)能熱水器的集熱管陣列系統(tǒng)，無(wú)需聚光和日光跟蹤系統(tǒng)輔助；原儲(chǔ)能罐容量做得較為有限，現(xiàn)在可采適當(dāng)做大；原（非直排型）冷卻系統(tǒng)必須附帶循環(huán)冷卻高塔，現(xiàn)在這樣的高塔可完全廢除。2.2結(jié)果分析采用新技術(shù)路線后，中高溫光熱發(fā)電困擾的3大技術(shù)難題將有可能被化解，至少表現(xiàn)出以下5個(gè)方面獨(dú)特的優(yōu)越性，具體可參照?qǐng)D3。1）廢除高塔循環(huán)，破解高效空冷設(shè)備技術(shù)難題，可提高熱機(jī)熱利用率。新技術(shù)路線就是對(duì)發(fā)電系統(tǒng)朗肯循環(huán)的改進(jìn)和突破，不用水冷是其亮點(diǎn)，而回收利用冷凝過(guò)程釋放的潛熱提高熱利用率是其獨(dú)有顯著的特色。如何通過(guò)回收冷凝過(guò)程釋放的潛熱來(lái)提高熱機(jī)熱利用率呢？我國(guó)熱機(jī)發(fā)電的熱利用率僅在35%左右，系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱量極大部分是在尾氣冷凝過(guò)程中被高塔循環(huán)冷卻水無(wú)情地帶走，如圖3所示1。如果是燃煤、燃油，那么這些石化能源燃燒產(chǎn)生的熱量就全部浪費(fèi)了；如果是利用太陽(yáng)能光熱，那么光熱利用率因此明顯降低。一般對(duì)低溫、超低溫發(fā)電技術(shù)來(lái)說(shuō)，吸熱過(guò)程中工質(zhì)氣化要吸收兩部分熱量，潛熱（Rm）和顯熱（cm"）,而所吸收的潛熱熱值往往遠(yuǎn)大于所吸收的顯熱熱值。所以，若能回收利用冷凝液化過(guò)程釋放的一部分潛熱（在一般討論中我們將氣化熱和液化熱熱值視為等同，也不考慮不同溫度點(diǎn)上的差異），熱效率就可明顯提高。顯熱部分最后是在膨脹做功中做出貢獻(xiàn)，而潛熱部分在做功過(guò)程并未直接做出貢獻(xiàn)，進(jìn)入透平機(jī)的是氣體，排出透平機(jī)的還是氣體，最后需在放熱過(guò)程中放出潛熱液化。傳統(tǒng)朗肯循環(huán)等壓放熱過(guò)程中需利用60~120倍的水流量來(lái)承受工質(zhì)液化放出的潛熱，最終使冷卻水受熱升溫10°C左右，結(jié)果形成冷卻水熱品位不高，而這種品位的熱能很難用以往技術(shù)得回收再利用，相反需要用泵機(jī)抽水通過(guò)高塔循環(huán)強(qiáng)迫其冷卻下來(lái)，額外耗電、耗水。而在我們新技術(shù)系統(tǒng)中，工質(zhì)尾氣中的潛熱是被特殊冷凝器抽取、剝離，形成較高品位熱能（見(jiàn)圖2），吸熱的載體不是量大的循環(huán)冷卻水而是另外某種氣體，氣體吸熱后升溫實(shí)際上形成了第二熱源。這不但實(shí)現(xiàn)了真正“空冷”，而且其功效遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了中高溫光熱發(fā)電系統(tǒng)所期盼中的高效空冷設(shè)備能夠所具有的功能。當(dāng)然也可由熱機(jī)循環(huán)體系內(nèi)被低溫氣化為10~30工的工質(zhì)氣體來(lái)吸收，低溫氣化的工質(zhì)氣因獲取該熱量后升溫過(guò)熱。假設(shè)某工質(zhì)氣化熱R（或液化熱）為1250kJ/kg，其比熱c為4.5kJ/（kg「C）,那么從潛熱和顯熱的算式中可知，釋放出的潛熱即使因吸收過(guò)程效率大打折扣，以目前水平也足以使工質(zhì)溫度At上升到100C。若選用的工質(zhì)氣化熱R（或液化熱）為300kJ/kg，其比熱c為1.5kJ/（kg?C）,同樣可使工質(zhì)溫度At上升100C。因此，在新技術(shù)中利用特殊冷凝器抽取、剝離的部分熱量可獲得很好的重復(fù)利用，使熱利用率提升。這完全不同于火力發(fā)電中的回?zé)?、再熱技術(shù)，是現(xiàn)有熱機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)所不可能具備。如果外循環(huán)水溫遠(yuǎn)高于120C,熱管式集熱器集熱溫度可超過(guò)我們超低溫設(shè)定的范圍，如果大中功率汽輪機(jī)采取多級(jí)膨脹做功，那么工質(zhì)初次蒸發(fā)溫度可上移，可高于30C蒸發(fā)，回?zé)?、再熱可以重新設(shè)計(jì)而無(wú)需創(chuàng)造性便能實(shí)現(xiàn)?；厥绽淠^(guò)程的熱量可由內(nèi)循環(huán)工質(zhì)吸收，也可由外循環(huán)傳熱介質(zhì)吸收，變化很多，但都可有現(xiàn)成的技術(shù)借鑒。需要說(shuō)明的是，新技術(shù)路線中的冷凝技術(shù)不依靠循環(huán)冷卻高塔的水來(lái)釋放尾氣潛熱，這樣就可廢除建高塔，不但節(jié)省投資成本，平時(shí)也不需要耗電利用大功率水泵向幾十米高的冷卻高塔上送大量循環(huán)冷卻水，水霧也不會(huì)因此在高塔頂端聚集飄散，節(jié)電、節(jié)水一舉兩得。2）攻克超低溫發(fā)電的難題，使超低溫光熱發(fā)電成為可能。如圖3所示2，如果發(fā)電系統(tǒng)采用的是傳統(tǒng)朗肯循環(huán)，那么根據(jù)卡諾循環(huán)熱效率公式，若要提高發(fā)電熱效率，就要求等壓吸熱過(guò)程的工質(zhì)溫度提高，所以火電站熱發(fā)電通常采用的是臨界、超臨界溫度技術(shù)，在太陽(yáng)能光熱發(fā)電中采用的是中高溫技術(shù)路線。而采用中高溫技術(shù)路線后就必須面對(duì)如何提高集熱管性能、降低集熱管成本，面對(duì)如何研發(fā)出性能更好的高溫吸熱器，面對(duì)如何解決空冷設(shè)備問(wèn)題以應(yīng)對(duì)光熱發(fā)電基地的缺水問(wèn)題，所有這些問(wèn)題到目前為止中高溫光熱發(fā)電技術(shù)路線都還沒(méi)有給出一個(gè)較好的應(yīng)對(duì)方案。若改變思路，采用新技術(shù)，才有可能從根本上解決中高溫光熱發(fā)電技術(shù)路線所遇到的技術(shù)難題，那么如何使超低溫光熱發(fā)電成為可能呢？從理論上講，若要實(shí)現(xiàn)熱功轉(zhuǎn)換，熱源端和冷源端之間必須要有個(gè)合適的溫差值，而熱源端溫度要求明顯受冷源端冷卻水溫的制約。一般熱發(fā)電技術(shù)認(rèn)定冷源端冷卻水溫約為20工，那么熱源端溫度不可能低于20工；若考慮冷凝過(guò)程熱交換必須有的溫度梯度，假設(shè)這個(gè)溫度梯度值一般掌握在15工，那么熱源端溫度不可能低于35工；若需要在透平機(jī)內(nèi)實(shí)現(xiàn)熱功轉(zhuǎn)換，并有一定的效率和經(jīng)濟(jì)性，那么熱源溫度要求至少為90工才可能獲得約55工的溫差值，所以，一般認(rèn)為超低溫發(fā)電不可能?，F(xiàn)在利用新技術(shù)的特點(diǎn)是冷源端不用水冷，那么熱源端溫度要求當(dāng)然就無(wú)冷卻水溫的制約而有明顯的下降空間。如果冷源端溫度可以達(dá)到零下幾十度，這是有可能的，那么熱源端溫度要求甚至可降至室溫。假設(shè)外循環(huán)水溫?zé)o論是90°C還是30°C,內(nèi)循環(huán)非水有機(jī)質(zhì)蒸發(fā)總控制在10~30C。蒸發(fā)溫度之所以要控制在10~30C的范圍，便于吸收冷凝過(guò)程釋放的潛熱，這時(shí)內(nèi)循環(huán)工質(zhì)對(duì)應(yīng)的氣壓一般在幾個(gè)兆帕。當(dāng)它吸收冷凝過(guò)程釋放的潛熱再熱升溫至100C時(shí)，工質(zhì)氣壓將進(jìn)一步上升而具有較大做功能力。工質(zhì)氣蒸發(fā)溫度不同，過(guò)熱蒸汽的品質(zhì)也不同。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算可知，實(shí)現(xiàn)熱功轉(zhuǎn)換的溫差值理論上至少可達(dá)120C，這是原工藝55C的兩倍，熱效率提高幅度相當(dāng)明顯，使超低溫發(fā)電成為可能。需補(bǔ)充說(shuō)明的是，如果按常規(guī)海洋溫差能發(fā)電技術(shù)，熱源25C海水表溫，冷源5C深海層水溫，再考慮冷凝需要的溫度梯度，常規(guī)海洋溫差能發(fā)電技術(shù)可利用的溫差值僅在10°C左右，它的發(fā)電效率實(shí)際在1.5%~2.5%之間，所以若能提高到3.5%,這是非常了不起的進(jìn)步。可是若將本文提到的新技術(shù)應(yīng)用到海洋溫差能發(fā)電上，不僅不需要抽深層海水，可大幅降低自耗電比例和作業(yè)成本，而且其可利用溫差值將有可能達(dá)到100C,實(shí)際發(fā)電效率將得到提高。由于超低溫發(fā)電技術(shù)有很好的熱效率，因此，采用超低溫新技術(shù)路線后光熱發(fā)電的集熱器結(jié)構(gòu)可發(fā)生較大變化而無(wú)需聚光，甚至采用一般太陽(yáng)能熱水器集熱管陣列系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)光熱的有效收集。中高溫光熱發(fā)電中面對(duì)如何研發(fā)高溫吸熱器技術(shù)難題也找到相應(yīng)的解決方法。3）化解低成本聚光器技術(shù)難題，降低投資綜合成本。現(xiàn)在針對(duì)圖3所示3做說(shuō)明?，F(xiàn)行太陽(yáng)能中高溫光熱發(fā)電的集熱手段，是借助太陽(yáng)能槽式、塔式、碟式和菲涅爾式系統(tǒng)，所有這些系統(tǒng)都必須要借助聚光自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)和精準(zhǔn)的控制系統(tǒng)才能起到較好的作用，但這些系統(tǒng)的成本和光場(chǎng)反射鏡系統(tǒng)成本相加約占據(jù)太陽(yáng)能光熱發(fā)電站總投資的60%。不僅如此，還因?yàn)樘?yáng)能光熱發(fā)電站大都處在惡劣環(huán)境中，使用了無(wú)數(shù)傳感器，就使得設(shè)備維護(hù)復(fù)雜化，運(yùn)行可靠性明顯降低。而新技術(shù)系統(tǒng)對(duì)熱源品位要求不高，如上文所述，傳熱介質(zhì)溫度僅要求在30~90C之間，平均60C左右，一般利用太陽(yáng)能熱水器的低溫集熱管都能做到，所以可采用類似于太陽(yáng)能熱水器的低溫集熱管陣列系統(tǒng)，無(wú)需中高溫光熱電站必須的控制精細(xì)的日光跟蹤系統(tǒng)，直接消解了中高溫光熱發(fā)電中還需研發(fā)“低成本聚光器”的技術(shù)難題。這不僅有效降低投資成本，方便日常維修，而且還使系統(tǒng)運(yùn)行可靠性和生產(chǎn)安全性都獲得提高。特別需要指出的是，太陽(yáng)能熱水器集熱管在我國(guó)已經(jīng)形成了規(guī)模巨大的產(chǎn)業(yè)鏈，是一項(xiàng)非常成熟的產(chǎn)品，目前這種集熱管產(chǎn)品品質(zhì)較高，尤其是效率理想、維護(hù)簡(jiǎn)單的熱管式集熱管非常有利于降低光熱發(fā)電投資成本和運(yùn)行成本；事實(shí)上，由于這種太陽(yáng)能熱水器的大量推廣和價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)，已迫使其銷售價(jià)格回歸到了相對(duì)合理的區(qū)間。利用太陽(yáng)能熱水器集熱管的低溫集熱手段不僅適合高日照的地區(qū)，也適合日照不足但氣溫較高的地區(qū)。因此，超低溫發(fā)電技術(shù)不僅能創(chuàng)造“經(jīng)濟(jì)效益”，還能帶來(lái)環(huán)保生活，是對(duì)節(jié)能減排、科學(xué)發(fā)展、低碳經(jīng)濟(jì)的理論的具體實(shí)施。4） 可利用儲(chǔ)常溫水蓄熱，實(shí)現(xiàn)24h不間斷運(yùn)行發(fā)電。太陽(yáng)能光熱發(fā)電中儲(chǔ)熱是個(gè)關(guān)鍵，請(qǐng)看圖3所示4。中高溫光熱發(fā)電模式中需儲(chǔ)存的是高溫傳熱介質(zhì)，如高溫導(dǎo)熱油或混合物熔鹽，儲(chǔ)熱罐設(shè)計(jì)不僅要求保溫性能好，而且要求絕對(duì)不泄漏，建造規(guī)格自然要求提高，建造成本就是一個(gè)很大問(wèn)題。因此，—般儲(chǔ)熱罐容量設(shè)計(jì)大部分只考慮無(wú)陽(yáng)光后能保證機(jī)組運(yùn)行3~4h,若為延長(zhǎng)單獨(dú)穩(wěn)定發(fā)電時(shí)間而不利用其他補(bǔ)充熱源手段就需增加蓄熱量，那么投資成本將急劇飆