目前，太阳能与化石能源互补发电研究主要分为两大类：一是太阳能与热力循环的“热互补”，即通常我们说的太阳能热发电；二是太阳能与化石燃料的“热化学互补”，即太阳能热化学发电。太阳能与热力循环的“热互补”是根据不同聚光形式，将不同集热温度的太阳热以热量传递的方式注入热力循环。太阳能与化石燃料的“热化学互补”是将太阳热与化石燃料重整、裂解等不同燃料转化反应过程结合，使太阳能转化为燃料化学能，再同热力循环集成共同实现热转功。

 

    太阳能热发电的相关内容在之前已有介绍，在此不再赘述。

 

    太阳能与化石燃料热化学互补发电

 

    什么是太阳能热化学发电？图1是太阳能热化学能量转换过程示意图。分散的太阳能被聚集，然后通过相应的吸收器接收，转化为太阳能热能。太阳热能以反应热的形式驱动吸热的化学反应，从而将太阳热能转换到燃料化学能中去。太阳能热化学发电技术就是利用该过程的新型太阳能与化石能源互补利用模式。

    国外相关研究现状

 

    高温太阳能与化石燃料“热化学互补”发电系统仅有20年研究历程，主要着眼于900~1200℃左右的高温太阳热化学与天然气互补的转化和利用。研究也多集中在二次聚光的高温聚光镜、太阳能热化学反应器等部件性能的提高和相关催化剂的研发。一方面将太阳能能转化为高密度燃料化学能；另一方面化石燃料可以从高碳组分变为低碳的太阳能二次燃料。这样，不仅可以远距离输运和长时存储太阳能，而且化石燃料转化二次燃料的燃烧产生较少的污染物。德国和瑞士科学家们首先提出高温太阳热能与天然气重整相结合的发电系统。2003年德国启动了国家能源计划，开展太阳能重整甲烷－燃气蒸汽复合热发电系统示范项目研究工作。德国DLR（德国宇航实验室）与以色列Weizmann研究所共同开展了300KW太阳能甲烷重整集热反应器的研究。瑞士在国家ETH计划和PSI研究中心资助下，开展更具广泛性的太阳能－天然气与氧化锌重整的能源环境系统研究。

 

    但是，这种高温太阳能热化学互补发电依赖于高聚光比（近千倍聚光）和不稳定的太阳能能流密度，难以低成本大规模应用。

 

    研究所在太阳能热化学方面的原创工作

 

    为了加速和推进高效、低成本太阳能热互补发电技术的发展，分布式供能与可再生能源实验室研究团队原创性提出太阳能驱动替代燃料裂解动力系统。构建了中低温太阳能与化石燃料品位互补的能量释放新方法：以中低温太阳热能驱动替代燃料的吸热反应，转化为高品位的太阳能燃料；然后通过燃烧和热力循环，实现太阳热和替代燃料的共同高效利用。利用廉价、成熟的槽式聚光镜聚集200~300℃太阳热，不仅对降低太阳能互补发电投资成本具有巨大潜力，而且太阳能净发电峰值效率能达到35%，比德国宇航实验室提出的高温太阳能与天然气重整发电系统高5个百分点，比传统太阳能单独热发电系统效率高15~20个百分点。

 

    这一方法通过替代燃料化学能释放的品位转化机制，在燃料化学能逐级、有序转化的同时显著提升了中低温太阳热能的品位。它不仅改变了化石燃料直接燃烧的做法，而且革新了太阳能简单光热发电的方式。进一步，通过研制国际首套中低温太阳能吸收-反应器（5kW），试验验证了中低温太阳能品位提升方法与机理，建立了国际首套10kW太阳能热化学发电装置，并初步完成了国际首套100KW热化学发电系统设计。并发明了中低温太阳能与化石燃料热互补的发电系统和冷热电分布式供能系统，研究引领了国际上太阳能中低温热化学与化石燃料互补研究的新方向，为发展我国具有自主知识产权的太阳能先进能源系统技术、推动能源可持续发展与节能减排提供了新途径。