1.引言

太陽能作為一種可再生的清潔能源，在能源環境領域越來越受到重視，太陽能發電已經成為太陽能大規模利用的主要方式。在未來的可再生能源利用中，太陽能熱發電作為一種太陽能利用技術具有廣闊的發展前景。

太陽能熱發電的原理是先將太陽能轉化為熱能，再將熱能轉化為電能的發電技術，但由于太陽能的密度較低，溫度通常情況下低于100℃，需要較大的采光集熱面通過聚光改變光線傳播方向，使光線聚焦以提高能量密度，才能滿足發電要求。聚光器作為光熱發電系統中將太陽能進行聚集以增加能量密度的裝置，對聚光太陽能熱發電的效率起著十分重要的作用，通過聚光器將低密度的太陽能聚焦后轉換成高密度的太陽能，再經傳熱介質將太陽能轉化為熱能，然后通過熱力循環做功實現由熱能到電能的轉換。由于太陽輻射不穩定，受晝夜、季節、地理位置和氣候條件的影響波動較大，造成光熱發電系統效率低而成本高。目前利用太陽能進行聚光熱發電的形式主要有槽式、塔式、碟式、菲涅爾式等，幾種發電方式并存并各自進行發展，但投入商業化運營的光熱發電技術主要是塔式和槽式光熱發電。理論上塔式效率可以達到23％，但由于單位容量投資大，商業化程度不及槽式太陽能發電[1]，隨著科學技術的不斷進步和產品的日趨成熟，投資成本也會不斷降低，會成為今后一段時期光熱發電重點研發和利用形式。

2.一次聚光塔式光熱發電及其缺點

目前塔式光熱發電系統對于太陽光的聚集和反射多采用一次反射，即通過鏡場將太陽輻射聚集到距離地面一定高度的吸熱器上，吸熱器直接接受地面鏡場反射的太陽輻射，吸熱器中的傳熱介質(熔融巖)獲得高溫熱能，獲取熱量的傳熱介質通過管道將輸送到熱能地面儲熱罐，儲熱罐中的高溫傳熱介質再通過管道輸送到蒸汽發生器產生蒸汽推動汽輪機發電。這一系統中，鏡場中的各定日鏡對于中心吸熱塔有著不同的朝向和距離，對每個定日鏡的跟蹤都要進行單獨的二維控制，且各定日鏡的控制各不相同，極大增加了控制系統的復雜性和安裝調試的難度[1—3]。

采用該種方式布置的吸熱器，由于距離地面的高度往往在100m以上，隨著高度增加風速也是不斷增大，在吸熱器附近風速肯定大于地面，吸熱器外表面對流熱損較大，熱量損失較大；吸熱器高空布置，管道較長，熱量從吸熱器到地面進行管道輸送，存在熱量損失，熱效率較低，同時需配置高揚程循環泵、建設吸熱器基礎及塔體，設備購置成本、建設成本增加，運行期場用電量也隨之增加；吸熱器施工安裝和后期運維難度及安全風險較大，運行維護費用加大，電站建成后的運行期間的經濟性相對降低。這些都成為制約一次反射塔式太陽能熱發電大規模發展的因素。

由于吸熱器是塔式光熱發電系統的核心設備[5—8]，在一次反射系統中吸熱器位于100m以上的高空，建筑成本、運行維護成本較高，同時運行過程中也存在較高的安全風險，為了彌補這些不足，于是便出現了二次反射系統的設計。二次反射是在一次聚光系統的焦點處安裝所需的光學元件，用以改變一次系統匯聚后光線的傳播方向，將光線反射到地面吸熱器。最主要的不同在于吸熱器位于地面，塔架上布置二次反射裝置，即通過在高空塔架上布置二次反射裝置，將太陽光經定日鏡反射到二次反射裝置，再經二次反射裝置聚焦位于地面的吸熱器上[9—10]。這一系統中，光線傳播距離較一次反射系統增加，但輸熱管道的距離卻縮短，兩個系統的能量傳遞方式不同，能量損失也有別。

塔式光熱發電的光電轉換效率決定于鏡場年均光學效率、鏡場年均運行效率、吸熱器效率、儲熱器系統效率、管道效率、蒸汽換熱效率、汽輪發電機組效率等因素，其中鏡場光學效率由鏡面效率、余弦損失、陰影和阻擋損失、大氣衰減、截斷因子等因素有關。二次反射系統相對于一次反射系統而言，鏡場年均光學效率相對略微降低，吸熱器效率及管道效率顯著增加，其它因素變化不大，在此忽略。