目前，太陽(yáng)能與化石能源互補(bǔ)發(fā)電研究主要分為兩大類：一是太陽(yáng)能與熱力循環(huán)的“熱互補(bǔ)”，即通常我們說的太陽(yáng)能熱發(fā)電；二是太陽(yáng)能與化石燃料的“熱化學(xué)互補(bǔ)”，即太陽(yáng)能熱化學(xué)發(fā)電。太陽(yáng)能與熱力循環(huán)的“熱互補(bǔ)”是根據(jù)不同聚光形式，將不同集熱溫度的太陽(yáng)熱以熱量傳遞的方式注入熱力循環(huán)。太陽(yáng)能與化石燃料的“熱化學(xué)互補(bǔ)”是將太陽(yáng)熱與化石燃料重整、裂解等不同燃料轉(zhuǎn)化反應(yīng)過程結(jié)合，使太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為燃料化學(xué)能，再同熱力循環(huán)集成共同實(shí)現(xiàn)熱轉(zhuǎn)功。
太陽(yáng)能熱發(fā)電的相關(guān)內(nèi)容在之前已有介紹，在此不再贅述。
太陽(yáng)能與化石燃料熱化學(xué)互補(bǔ)發(fā)電
什么是太陽(yáng)能熱化學(xué)發(fā)電？圖1是太陽(yáng)能熱化學(xué)能量轉(zhuǎn)換過程示意圖。分散的太陽(yáng)能被聚集，然后通過相應(yīng)的吸收器接收，轉(zhuǎn)化為太陽(yáng)能熱能。太陽(yáng)熱能以反應(yīng)熱的形式驅(qū)動(dòng)吸熱的化學(xué)反應(yīng)，從而將太陽(yáng)熱能轉(zhuǎn)換到燃料化學(xué)能中去。太陽(yáng)能熱化學(xué)發(fā)電技術(shù)就是利用該過程的新型太陽(yáng)能與化石能源互補(bǔ)利用模式。
國(guó)外相關(guān)研究現(xiàn)狀
高溫太陽(yáng)能與化石燃料“熱化學(xué)互補(bǔ)”發(fā)電系統(tǒng)僅有20年研究歷程，主要著眼于900~1200℃左右的高溫太陽(yáng)熱化學(xué)與天然氣互補(bǔ)的轉(zhuǎn)化和利用。研究也多集中在二次聚光的高溫聚光鏡、太陽(yáng)能熱化學(xué)反應(yīng)器等部件性能的提高和相關(guān)催化劑的研發(fā)。一方面將太陽(yáng)能能轉(zhuǎn)化為高密度燃料化學(xué)能；另一方面化石燃料可以從高碳組分變?yōu)榈吞嫉奶?yáng)能二次燃料。這樣，不僅可以遠(yuǎn)距離輸運(yùn)和長(zhǎng)時(shí)存儲(chǔ)太陽(yáng)能，而且化石燃料轉(zhuǎn)化二次燃料的燃燒產(chǎn)生較少的污染物。德國(guó)和瑞士科學(xué)家們首先提出高溫太陽(yáng)熱能與天然氣重整相結(jié)合的發(fā)電系統(tǒng)。2003年德國(guó)啟動(dòng)了國(guó)家能源計(jì)劃，開展太陽(yáng)能重整甲烷－燃?xì)庹羝麖?fù)合熱發(fā)電系統(tǒng)示范項(xiàng)目研究工作。德國(guó)DLR（德國(guó)宇航實(shí)驗(yàn)室）與以色列Weizmann研究所共同開展了300KW太陽(yáng)能甲烷重整集熱反應(yīng)器的研究。瑞士在國(guó)家ETH計(jì)劃和PSI研究中心資助下，開展更具廣泛性的太陽(yáng)能－天然氣與氧化鋅重整的能源環(huán)境系統(tǒng)研究。
但是，這種高溫太陽(yáng)能熱化學(xué)互補(bǔ)發(fā)電依賴于高聚光比（近千倍聚光）和不穩(wěn)定的太陽(yáng)能能流密度，難以低成本大規(guī)模應(yīng)用。
研究所在太陽(yáng)能熱化學(xué)方面的原創(chuàng)工作
為了加速和推進(jìn)高效、低成本太陽(yáng)能熱互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，分布式供能與可再生能源實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)原創(chuàng)性提出太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)替代燃料裂解動(dòng)力系統(tǒng)。構(gòu)建了中低溫太陽(yáng)能與化石燃料品位互補(bǔ)的能量釋放新方法：以中低溫太陽(yáng)熱能驅(qū)動(dòng)替代燃料的吸熱反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為高品位的太陽(yáng)能燃料；然后通過燃燒和熱力循環(huán)，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)熱和替代燃料的共同高效利用。利用廉價(jià)、成熟的槽式聚光鏡聚集200~300℃太陽(yáng)熱，不僅對(duì)降低太陽(yáng)能互補(bǔ)發(fā)電投資成本具有巨大潛力，而且太陽(yáng)能凈發(fā)電峰值效率能達(dá)到35%，比德國(guó)宇航實(shí)驗(yàn)室提出的高溫太陽(yáng)能與天然氣重整發(fā)電系統(tǒng)高5個(gè)百分點(diǎn)，比傳統(tǒng)太陽(yáng)能單獨(dú)熱發(fā)電系統(tǒng)效率高15~20個(gè)百分點(diǎn)。
這一方法通過替代燃料化學(xué)能釋放的品位轉(zhuǎn)化機(jī)制，在燃料化學(xué)能逐級(jí)、有序轉(zhuǎn)化的同時(shí)顯著提升了中低溫太陽(yáng)熱能的品位。它不僅改變了化石燃料直接燃燒的做法，而且革新了太陽(yáng)能簡(jiǎn)單光熱發(fā)電的方式。進(jìn)一步，通過研制國(guó)際首套中低溫太陽(yáng)能吸收-反應(yīng)器（5kW），試驗(yàn)驗(yàn)證了中低溫太陽(yáng)能品位提升方法與機(jī)理，建立了國(guó)際首套10kW太陽(yáng)能熱化學(xué)發(fā)電裝置，并初步完成了國(guó)際首套100KW熱化學(xué)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。并發(fā)明了中低溫太陽(yáng)能與化石燃料熱互補(bǔ)的發(fā)電系統(tǒng)和冷熱電分布式供能系統(tǒng)，研究引領(lǐng)了國(guó)際上太陽(yáng)能中低溫?zé)峄瘜W(xué)與化石燃料互補(bǔ)研究的新方向，為發(fā)展我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的太陽(yáng)能先進(jìn)能源系統(tǒng)技術(shù)、推動(dòng)能源可持續(xù)發(fā)展與節(jié)能減排提供了新途徑。
