聚光太阳能热发电

**聚光太陽能熱發電**（或稱聚焦型太陽能熱發電，英語：Concentrated solar power，縮寫：CSP）是一個集熱式的太陽能發電廠的發電系統。它使用反射鏡或透鏡，利用光學原理將大面積的陽光匯聚到一個相對細小的集光區中，令太陽能集中，在發電機上的集光區受太陽光照射而溫度上升，由光熱轉換原理令太陽能換化為熱能，熱能通過熱機（通常是蒸汽渦輪發動機）作功驅動發電機，從而產生的電力。

CSP 已被廣泛的商業化，並且從 2007 年至 2010 年年底，CSP 市場已經出現了約 740 MW 的發電能力的增加。在 2010 年，超過一半的發電能力（約 478 MW）已被安裝，使其全球總發電能力達到 1095 MW。西班牙在 2010 年增加了 400 MW，以總的 632 MW 領先了全球，而美國截至同一年年底增加了 78 MW，達到了總發電能力爲 509 MW，其中包括兩個化石燃料 - CSP 混合的發電廠。中東也提升他們的安裝基於 CSP 項目的計劃，並作為該計劃的一部分，世界上最大的 CSP 項目 Shams-I 已被馬斯達爾（MASDAR）安裝在阿布達比市。

CSP 不會受到雲層干擾，其供電時間為用電高峰，許多 CSP 可以使用熔鹽儲熱，因此在沒有日照後數小時仍會發電，儲熱量也不需太高，在深夜及凌晨可以停止發電，但此時用電量較低（使用基載電力就可滿足），這樣的 CSP 就已經很實用，在非高峰時間，CSP 的發電量可以依需求調節（可以在短時間內停止發電、此時聚集的熱量會完全儲存於熔鹽內），彈性甚至比天然氣發電還要高。

CSP 預計將以快速的步伐繼續增長。截至 2011 年 4 月，在西班牙建設另外 946MW 的容量，使新容量總計為 1,789MW，預計到 2013 年底前投入營運。在美國有進一步的 1.5GW 的拋物線槽式和發電塔式發電廠正在建設中，並還有簽訂了至少 6.2GW 的合同。在北非和中東地區，以及印度和中國也存在顯著的興趣。全球市場一直被拋物線槽式發電廠佔據著，佔了 90％的 CSP 發電廠。

## 目前的技術

聚光太陽能熱發電（CSP）被用來產生電力（有時也稱為太陽能熱能發電，通常通過水蒸氣產生）。聚光太陽能技術系統的使用有追日系統的鏡子或透鏡，把大面積的陽光聚焦到一個小面積。然後將集中的的光用作常規發電廠（太陽能熱能發電）的熱源。CSP 系統中使用的太陽能聚光器也經常被用來提供工業過程的加熱或冷卻，例如太陽能空調。

聚光技術存在四個常見的形式，即拋物線槽型，斯特林碟型，聚光線性菲涅爾反射鏡型，和太陽能發電塔型。雖然簡單，這些太陽能集光器距離理論上的集光最大值還很遠。

### 拋物線槽型

拋物線槽型的聚光鏡是由把反射光集中到焦線的一個接收器的拋物線反射鏡組成。接收器是在拋物面反射鏡的中間正上方的一個管子，並且管子中充滿了的工作流體。反射鏡通過沿單軸在白天跟蹤太陽。在流經接收器時，工作流體（例如，熔鹽）被加熱到 150-350℃（423－623 K（302－662 °F）），然後將其用作發電系統用的熱源。拋物線槽型系統是最發達的 CSP 技術。在加利福尼亞州太陽能發電系統（SEGS）廠，世界上第一個商業的拋物線槽型發電廠，Acciona 公司在內華達州博爾德市附近的內華達太陽能一廠，和安達索爾太陽能電站，歐洲第一個商業拋物線槽型發電廠都是代表，還有在西班牙阿爾梅利亞的 SSPS-DCS 的測試設備 Plataforma 太陽能。

### 斯特林碟型

聚光太陽能熱發電（CSP）- 斯特林已知具有在所有太陽能技術中最高的效率（30％左右，相對於太陽能光伏 PV 的約 15％），以及被預測為能生產高規模化生產的所有的可再生能源中最便宜的能量和在炎熱地區，半沙漠等。蝶式系統利用大型拋物線曲面聚光反射鏡（形狀與衛星電視碟相似），將入射陽光聚集在焦點處，在那裡一個接收器捕捉熱量並將其轉換成有用的形式。通常是碟與斯特林發動機被耦合在一個斯特林碟形系統，但有時蒸汽機也被使用。這些產生旋轉動能，可使用發電機轉換為電能。

### 聚光線性菲涅爾反射鏡型

菲涅耳反射器是由許多薄的平面鏡條把太陽光集中到管子上，其中管子通過被泵送的工作流體。平面鏡允許在相同的空間中有比一個拋物面反射器量更多的反射面，從而捕獲更多的可用的太陽光，並且它們比拋物面反射器便宜得多。菲涅耳反射器可以用於各種大小的聚光太陽能熱發電。

### 太陽能發電塔型

塔式太陽能熱發電是採用大量的定向反射鏡 (定日鏡) 將太陽光聚集到一個裝在塔頂的中央熱交換器（接受器）上，接受器一般可以收集 100MW 的輻射功率，產生 1100°C 的高溫。

在西班牙的 PS10 太陽能發電塔，是世界上第一個商業化電力公用事業規模的太陽能發電塔。

## 在世界各地的部署

CSP 發電廠的商業部署從 1984 年在美國興建太陽能發電系統（SEGS）開始，直到 1990 年最後 SEGS 廠完成。從 1991 年到 2006 年，沒有 CSP 發電廠在世界任何地方被建造。

在 2013 年，全球的裝機量增長了 36％，或近 0.9 GW 至 3.4GW。西班牙和美國仍是全球領先者，同時安裝 CSP 的國家數量在不斷增加。對於具有高太陽輻射的開發中國家和地區存在顯著趨勢。自 2004 年全球 CSP 安裝容量增加了近十倍，並在過去五年中以平均每年 50％速度增長。

CSP 也越來越多地與更便宜的光伏太陽能發電競爭，並採用聚光光伏（CPV），這是一種快速增長的技術，就像 CSP 最適合高太陽能日照的地區一樣。此外，近來已經提出了一種新型的太陽能 CPV / CSP 混合系統。

## 成本

截至 2009 年 9 月 9 日，建設聚光太陽能熱發電站（CSP）的成本一般約為每瓦 2.50 到 4 美元，而燃料（太陽輻射）是免費的。因此，一個 250 百萬瓦（MW）的聚光太陽能熱發電站（CSP）將耗資 6 億 - 10 億美元興建。可以算出至 0.12 至 0.18 美元 / 千瓦時（kWh）。新的 CSP 發電站可能會與化石燃料相比在經濟上具有競爭力。彭博新能源財經太陽能分析師納撒尼爾・布拉德（Nathaniel Bullard）的計算，在正在建設中的南加州的一個項目伊萬帕太陽能發電設施的電費成本，會低於從光伏發電並且會大約相同於從天然氣發電。但是，在 2011 年 11 月，谷歌宣布他們將不會再在 CSP 項目的投資，因為太陽能光伏價格快速下滑。谷歌已經花費 1.68 億美元在 BrightSource 公司。國際可再生能源機構（IRENA）於 2012 年 6 月已出版一系列研究，題為：《可再生能源成本分析》。CSP 的研究表明 CSP 電站有建設和運營兩個成本。成本有望下降，但也有因為安裝不足而不足以明確地建立學習曲線。截至 2012 年 3 月，有 1.9 吉瓦（GW）的 CSP 被安裝，其中 1.8 吉瓦（GW）是拋物線槽型集光器的。

在 2017 年智利拍賣會上，SolarReserve 以 24 小時 CSP 電力出價沒有補貼的 63 美元 / MWh（¢6.3/kWh)，與其他類型的液化天然氣（LNG）燃氣輪機競爭
。

## 未來

國際綠色和平組織，歐洲太陽能熱電協會，和國際能源署的 SolarPACES 組織的一項研究調查了聚光太陽能發電的潛力和未來。研究發現，到 2050 年聚光太陽能熱發電量可能占到世界能源需求的 25％。投資額將從 20 億歐元增加到當時的 925 億歐元。西班牙是聚光太陽能發電技術的領導者，有 50 多個政府批准的項目。此外，它出口其技術，進一步增加該技術在全球能源的份額。專家預測，非洲，墨西哥和美國西南部地區的增幅最大，因為 CSP 這項技術在高太陽輻射地區的表現最好。這表明基於硝酸鹽（鈣，鉀，鈉，...）的儲熱系統將使 CSP 工廠越來越有利可圖。該研究考察了這項技術的三個不同後果：CSP 技術無增長，西班牙和美國的投資持續增長，和最後的 CSP 的沒有任何障礙的真正增長潛力。第三部分的結果如下表所示：

最後，這項研究確認了 CSP 的技術如何改進，以及如何在 2050 年之前大幅度降價。預計從目前的 0.23-0.15 美元 /kwh 的範圍下降到 0.14-0.10 美元 /kwh。

## 參見

## 參考資料

## 外部連結

* （英文）Concentrating Solar Power Utility （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* （英文）United Sun Systems （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* （英文）NREL Concentrating Solar Power Program （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）