目前，太陽能與化石能源互補發(fā)電研究主要分為兩大類：一是太陽能與熱力循環(huán)的“熱互補”，即通常我們說的太陽能熱發(fā)電；二是太陽能與化石燃料的“熱化學互補”，即太陽能熱化學發(fā)電。太陽能與熱力循環(huán)的“熱互補”是根據(jù)不同聚光形式，將不同集熱溫度的太陽熱以熱量傳遞的方式注入熱力循環(huán)。太陽能與化石燃料的“熱化學互補”是將太陽熱與化石燃料重整、裂解等不同燃料轉化反應過程結合，使太陽能轉化為燃料化學能，再同熱力循環(huán)集成共同實現(xiàn)熱轉功。
太陽能熱發(fā)電的相關內容在之前已有介紹，在此不再贅述。
太陽能與化石燃料熱化學互補發(fā)電
什么是太陽能熱化學發(fā)電？圖1是太陽能熱化學能量轉換過程示意圖。分散的太陽能被聚集，然后通過相應的吸收器接收，轉化為太陽能熱能。太陽熱能以反應熱的形式驅動吸熱的化學反應，從而將太陽熱能轉換到燃料化學能中去。太陽能熱化學發(fā)電技術就是利用該過程的新型太陽能與化石能源互補利用模式。
國外相關研究現(xiàn)狀
高溫太陽能與化石燃料“熱化學互補”發(fā)電系統(tǒng)僅有20年研究歷程，主要著眼于900~1200℃左右的高溫太陽熱化學與天然氣互補的轉化和利用。研究也多集中在二次聚光的高溫聚光鏡、太陽能熱化學反應器等部件性能的提高和相關催化劑的研發(fā)。一方面將太陽能能轉化為高密度燃料化學能；另一方面化石燃料可以從高碳組分變?yōu)榈吞嫉奶柲芏稳剂?。這樣，不僅可以遠距離輸運和長時存儲太陽能，而且化石燃料轉化二次燃料的燃燒產生較少的污染物。德國和瑞士科學家們首先提出高溫太陽熱能與天然氣重整相結合的發(fā)電系統(tǒng)。2003年德國啟動了國家能源計劃，開展太陽能重整甲烷－燃氣蒸汽復合熱發(fā)電系統(tǒng)示范項目研究工作。德國DLR（德國宇航實驗室）與以色列Weizmann研究所共同開展了300KW太陽能甲烷重整集熱反應器的研究。瑞士在國家ETH計劃和PSI研究中心資助下，開展更具廣泛性的太陽能－天然氣與氧化鋅重整的能源環(huán)境系統(tǒng)研究。
但是，這種高溫太陽能熱化學互補發(fā)電依賴于高聚光比（近千倍聚光）和不穩(wěn)定的太陽能能流密度，難以低成本大規(guī)模應用。
研究所在太陽能熱化學方面的原創(chuàng)工作
為了加速和推進高效、低成本太陽能熱互補發(fā)電技術的發(fā)展，分布式供能與可再生能源實驗室研究團隊原創(chuàng)性提出太陽能驅動替代燃料裂解動力系統(tǒng)。構建了中低溫太陽能與化石燃料品位互補的能量釋放新方法：以中低溫太陽熱能驅動替代燃料的吸熱反應，轉化為高品位的太陽能燃料；然后通過燃燒和熱力循環(huán)，實現(xiàn)太陽熱和替代燃料的共同高效利用。利用廉價、成熟的槽式聚光鏡聚集200~300℃太陽熱，不僅對降低太陽能互補發(fā)電投資成本具有巨大潛力，而且太陽能凈發(fā)電峰值效率能達到35%，比德國宇航實驗室提出的高溫太陽能與天然氣重整發(fā)電系統(tǒng)高5個百分點，比傳統(tǒng)太陽能單獨熱發(fā)電系統(tǒng)效率高15~20個百分點。
這一方法通過替代燃料化學能釋放的品位轉化機制，在燃料化學能逐級、有序轉化的同時顯著提升了中低溫太陽熱能的品位。它不僅改變了化石燃料直接燃燒的做法，而且革新了太陽能簡單光熱發(fā)電的方式。進一步，通過研制國際首套中低溫太陽能吸收-反應器（5kW），試驗驗證了中低溫太陽能品位提升方法與機理，建立了國際首套10kW太陽能熱化學發(fā)電裝置，并初步完成了國際首套100KW熱化學發(fā)電系統(tǒng)設計。并發(fā)明了中低溫太陽能與化石燃料熱互補的發(fā)電系統(tǒng)和冷熱電分布式供能系統(tǒng)，研究引領了國際上太陽能中低溫熱化學與化石燃料互補研究的新方向，為發(fā)展我國具有自主知識產權的太陽能先進能源系統(tǒng)技術、推動能源可持續(xù)發(fā)展與節(jié)能減排提供了新途徑。
