聚焦式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)（CSP）利用集熱器將太陽輻射能轉(zhuǎn)換成高溫?zé)崮埽�通過熱力循環(huán)過程進(jìn)行發(fā)電。作為一種開發(fā)潛力巨大的新能源和可再生能源開發(fā)技術(shù)，美國等國家都投入了大量資金和人力進(jìn)行研究，先后建立了數(shù)座CSP示范工程，目前該項技術(shù)已經(jīng)處于商業(yè)化應(yīng)用前期、工業(yè)化應(yīng)用初期。CSP只利用太陽直射能量，不接受天空漫輻射。由于太陽能的供給是不連續(xù)的，一部分CSP系統(tǒng)采用蓄熱技術(shù)來保障有效使用和提供時間延遲，另一部分CSP系統(tǒng)采用燃?xì)獾茸餮a(bǔ)充能源。這種混合動力技術(shù)可提供高價值的、可調(diào)度的電力。
　　CSP系統(tǒng)依其集熱方式的不同，大致分為槽式、塔式、碟式3種。槽式系統(tǒng)是利用拋物柱面槽式反射鏡將陽光聚焦到管狀的接收器上，并將管內(nèi)傳熱工質(zhì)加熱，直接或間接產(chǎn)生蒸氣，推動常規(guī)汽輪機(jī)發(fā)電。塔式系統(tǒng)是利用獨立跟蹤太陽的定日鏡，將陽光聚焦到一個固定在塔頂部的接收器上，以產(chǎn)生很高的溫度。碟式系統(tǒng)是由許多鏡子組成的拋物面反射鏡，接收器在拋物面的焦點上，接收器內(nèi)的傳熱工質(zhì)被加熱到高溫，驅(qū)動發(fā)動機(jī)進(jìn)行發(fā)電。
　　槽式系統(tǒng)的技術(shù)已經(jīng)成熟，正處于商業(yè)拓展階段，基本上沒有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)風(fēng)險。美國加州有9個SEGS（Solar Electric Generating system）采用槽式系統(tǒng)，已運行15年，目前運行狀況更好，最大輸出功率354 MW，采用混合動力：75％太陽能，25％天然氣。但蒸氣最高溫度375℃，太陽能日效率20%,年效率15％。槽式系統(tǒng)是目前均化成本（LEC）最低的CSP系統(tǒng)，是美國能源部近期計劃推薦的優(yōu)選項目。在西班牙、印度、埃及、希臘、墨西哥、摩洛哥、南非等國家都有不少槽式系統(tǒng)的示范工程。
　　塔式系統(tǒng)正處在研究其商業(yè)化可行性的階段。一些國家著手建立大容量的、參加電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度的示范工程。（1）美國從1980年開始相繼完成Solar One、Solar Two兩個10MW級塔式CSP后，2002年與西班牙合作，在西班牙建造一個15MW級Solar Tres塔式CSP，預(yù)計2006年完工，這是第一個真正商業(yè)運作的項目。該項目的定日鏡組是Solar Two的3倍大，定日鏡的性能大幅提高，但制造成本卻下降了45%；它還采用了一個120MW.t高溫集熱器，熱流能力更強(qiáng)，熱吸收效率提高了3%；同時也采用了一個巨大的蓄熱系統(tǒng)，貯存6250Mt的硝酸熔融鹽，總?cè)萘?00MW•h，可維持16h。由于采用了許多先進(jìn)技術(shù)，預(yù)計年發(fā)電效率將提高6%，年利用系數(shù)將達(dá)到65％。（2）南非ESKOM公司準(zhǔn)備建造一個100MW級塔式CSP，目前可行性報告己經(jīng)出來。還有一些國家也建立了或正在建造塔式CSP，但規(guī)模不夠大，技術(shù)也未達(dá)到商業(yè)級應(yīng)用水平。由于塔式CSP工作溫度可超過l000℃，太陽能效率通常比槽式高些，日效率可達(dá)23%，年效率20％。
　　一般地，槽式與塔式CSP系統(tǒng)可能不具備分布式發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性特點和潛在優(yōu)勢，這是因為：
　　（l）目前的發(fā)展策略集中在50MW以上的大系統(tǒng)，這對大多數(shù)分布式能源負(fù)荷場合顯得過大；
　　（2）系統(tǒng)的安裝需要大量的土地，而分布式能源是一個位于用戶端或靠近用戶端的能源利用設(shè)施，而這些用戶端附近很難提供大量的土地；
　　（3）供氣和電力輸出的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)必須與當(dāng)?shù)毓�氣／電力公司的輸配系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，獨立性不強(qiáng)。這些特點決定了槽式與塔式系統(tǒng)將與傳統(tǒng)的一些中央發(fā)電系統(tǒng)競爭，但由于CSP系統(tǒng)的最大功率輸出通常與當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)用電高峰一致，所以，CSP特別應(yīng)用于電力削峰。
　　槽式與塔式系統(tǒng)的發(fā)電成本依賴聚光面積規(guī)模，即裝機(jī)容量，如50MW槽式電站的發(fā)電成本只有10MW電站的50%，因此建立大規(guī)模太陽能熱發(fā)電站是降低太陽能發(fā)電成本的趨勢和必要途徑。
　　美國Sandia國家實驗室預(yù)測，到2015年前后，槽式與塔式系統(tǒng)的均化成本分別約為5美分／度與4美分/度，到2020年前后，槽式與塔式系統(tǒng)的均化成本分別約為4.3美分/度與3.5美/度，應(yīng)用前景和競爭力可想而知。
　　以點聚焦的模塊化的碟式系統(tǒng)輸出功率規(guī)模可從2～50kw，適用于分布式能源系統(tǒng)。輸出功率25kW的碟直徑10m，目前最先進(jìn)的是碟式嘶特林系統(tǒng)，工作溫度750℃，太陽能日效率27%，年效率23％。但初裝費用幾乎是其他兩種CSP的2倍，MTBF（平均故障間隔時間）值尚不能滿足可靠性運行要求，在遠(yuǎn)距發(fā)電方面又受到光伏電池的競爭，后者的安裝與運行維護(hù)成本低得多，因此離市場化還比較遠(yuǎn)。
　　眾所周知，蓄熱（TES）技術(shù)是合理有效利用現(xiàn)有能源、優(yōu)化使用可再生能源和提高能源效率的重要技術(shù)。蓄熱技術(shù)主要應(yīng)用于以下3個方面：（l）在能源的生產(chǎn)與其消費之間提供時間延遲和保障有效使用；（2）提供熱惰性和熱保護(hù)（包括溫度控制）;（3）保障能源供應(yīng)安全。
　　CSP優(yōu)于光伏發(fā)電一項重要特點就是能采用相對經(jīng)濟(jì)的TES技術(shù)，蓄電則非常昂貴。CSP系統(tǒng)中采用TES技術(shù)的目的是為了降低發(fā)電成本，提高發(fā)電的有效性，它可以實現(xiàn)：（l）容量緩沖；（2）可調(diào)度性和時間平移；（3）提高年利用率；（4）電力輸出更平穩(wěn)；（5）高效滿負(fù)荷運行等。例如一塔式CSP系統(tǒng)，如果無蓄熱裝置，年利用率只有25%，有則能提高到65%，且不需要燃料作為后備能源。因此，TES技術(shù)將是CSP成功走向市場化，能與傳統(tǒng)電力相競爭的一個關(guān)鍵要素。
　　1 CSP系統(tǒng)中的蓄熱技術(shù)
　　先根據(jù)TES的機(jī)理，分別介紹CSP系統(tǒng)中的顯熱蓄熱、相變蓄熱及化學(xué)反應(yīng)蓄熱。再討論TES的一般設(shè)計原則。
　　1.1顯熱蓄熱
　　CSP中的顯熱蓄熱是目前技術(shù)最成熟且具有商業(yè)可行性的蓄熱方式。顯熱蓄熱又分為液體顯熱蓄熱、固體顯熱蓄熱、液-固聯(lián)合顯熱蓄熱3種。
　　1.1.1液體顯熱蓄熱
　　槽式系統(tǒng)帶TES裝置通常有兩種布置形式：圖1的槽式系統(tǒng)常采用合成油作為傳熱介質(zhì)（HTF）,熔融鹽液作為顯熱蓄熱材料，HTF與蓄熱材料之間有油-鹽換熱器，這種布置稱為間接TES。圖2的槽式系統(tǒng)采用熔融鹽液既作為HTF又作為顯熱蓄熱材料的方式，無油-鹽換熱器，這種布置稱為直接TES。后者的優(yōu)點是可以減少一個換熱步驟，避免了HTF與蓄熱材料之間的不良換熱，而且適用于400～500℃的高溫工況。但后者也面臨一個問題：槽式CSP的管網(wǎng)系統(tǒng)是平面布置，且管道多，管內(nèi)的HTF不容易排出，又由于熔融鹽的凝固點通常高于120℃，當(dāng)采用熔融鹽液HTF時，就得使用隔熱和伴隨加熱的方法防止凍結(jié)，這樣導(dǎo)致初期投資與運行維護(hù)成本過大；以前也選用礦物油作為HTF/蓄熱材料時