7月中(zhong)旬,三峽(xia)集團(tuan)傳來一(yi)則(ze)令人(ren)振奮的消息:全(quan)球首個“雙塔(ta)一(yi)機(ji)”光熱儲(chu)能電(dian)站主體(ti)工程已進(jin)入調(diao)試(shi)階段。據公開報道(dao),工程團(tuan)隊將力爭今年底完成(cheng)調(diao)試(shi),實現投產發電(dian)。
據悉,投產發電(dian)(dian)后,光熱儲能電(dian)(dian)站(zhan)將作為基礎調節電(dian)(dian)源(yuan),與周邊光伏發電(dian)(dian)和風力發電(dian)(dian)形成總裝機規模達70萬千瓦的多能互補清(qing)潔能源(yuan)基地,源(yuan)源(yuan)不斷地向外輸送綠色電(dian)(dian)能。
如今,人類對(dui)清潔(jie)能(neng)(neng)(neng)源的(de)(de)需求越來(lai)越迫(po)切。在目(mu)前已知的(de)(de)清潔(jie)能(neng)(neng)(neng)源中,太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)無疑是地球(qiu)上可以(yi)開(kai)發的(de)(de)、儲量最(zui)多(duo)的(de)(de)可再生能(neng)(neng)(neng)源。與此同時(shi),各國也(ye)紛(fen)紛(fen)抓緊對(dui)太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)發電的(de)(de)研(yan)究。
那么,太(tai)陽(yang)能發電有(you)哪些新進展?主要應用在哪些領域?未來發展前景如何(he)?請(qing)看(kan)本期解讀。
全球首個(ge)“雙塔一機”光熱儲能電(dian)站。資料圖片(pian)
全球首個“雙塔(ta)一機”光熱儲能電站定日鏡場。資料(liao)圖片
“雙塔一機”帶來新動力
所謂(wei)“雙塔(ta)一機(ji)(ji)”,指的是(shi)2個(ge)相鄰的吸熱塔(ta)和1臺汽輪發電(dian)機(ji)(ji)。
據公開報道,“雙塔一(yi)機(ji)”光熱儲能電站的主體部分是2個(ge)巨(ju)大的圓形(xing)陣列(lie),每(mei)個(ge)陣列(lie)中心都有一(yi)個(ge)約(yue)200米(mi)高的吸熱塔。
塔(ta)(ta)下,近3萬(wan)塊的(de)定日鏡使(shi)采光面積達80萬(wan)平方米。與常規的(de)鏡片(pian)不同,這些定日鏡是用特殊材料制成的(de)超(chao)白高清玻(bo)璃,反射效率可以(yi)達到94%。同時,這里的(de)每一(yi)組鏡面都可以(yi)自(zi)由轉動,就像向日葵跟隨太(tai)陽(yang)轉,鏡面也追逐著太(tai)陽(yang)一(yi)天當中的(de)運行軌跡,從而(er)將太(tai)陽(yang)光聚集(ji)到吸熱(re)(re)塔(ta)(ta)中加熱(re)(re)熔鹽,帶(dai)動汽輪機發(fa)電。
這種獨特設計使(shi)得在同等(deng)邊界條件下(xia),定日鏡場地的光(guang)學(xue)效(xiao)率可(ke)提升約(yue)24%,大幅提高太陽能利用(yong)效(xiao)率和(he)電站(zhan)發電能力。
目前,該電(dian)站(zhan)的主體工程已經進(jin)入調試階段(duan)。未(wei)來,“雙塔一機(ji)”光熱儲(chu)能(neng)電(dian)站(zhan)不(bu)僅(jin)可以(yi)保(bao)證在有陽光時正(zheng)常發電(dian),還可以(yi)借助熔鹽將多余(yu)的太陽能(neng)儲(chu)存起來,實現24小時不(bu)間斷(duan)的電(dian)力輸(shu)出(chu)。
這些熔(rong)鹽的沸(fei)點達600℃,可以在陽光充足時(shi)(shi)儲(chu)存多余熱量,太陽能(neng)不足時(shi)(shi)釋放熱量,具有儲(chu)熱時(shi)(shi)間長、響應速(su)度(du)快、輸出功(gong)率穩定等(deng)特點,調(diao)峰性能(neng)更優。這保證了光熱儲(chu)能(neng)電站能(neng)為電網(wang)提供穩定的電力支持(chi),對(dui)提高電網(wang)安全性和可靠性意義(yi)重(zhong)大。
與傳統的(de)單塔(ta)光(guang)熱儲(chu)(chu)能電站(zhan)相(xiang)比,這種“雙塔(ta)一(yi)機”光(guang)熱儲(chu)(chu)能電站(zhan)的(de)設(she)(she)計核心,在于(yu)其獨特(te)的(de)光(guang)熱轉換機制(zhi)。這種設(she)(she)計不受(shou)裝機容量的(de)限制(zhi),大幅提(ti)升了發電效率(lv)、發電量及儲(chu)(chu)能量,進而使該電站(zhan)年發電量達到18億(yi)千瓦時。
以普通家庭為(wei)例,假設每(mei)個家庭月平均用電量為(wei)250千瓦(wa)時,那么(me),18億千瓦(wa)時電量可(ke)以滿足約60萬(wan)個家庭1年的用電需求,并減(jian)少排放二氧(yang)化碳約153萬(wan)噸。
從能源(yuan)發展角度(du)看(kan),全球首個“雙(shuang)塔(ta)一(yi)機”光熱儲能電(dian)站(zhan)采(cai)用(yong)了光熱儲能技術,實現(xian)了能源(yuan)領域(yu)的重大突破,建設意義深遠——
首先,光熱儲(chu)能技術(shu)對解決以往(wang)太陽能發電的間歇性問(wen)題具有(you)獨特優勢(shi),為實現可再生能源大規模應用提供(gong)了新(xin)技術(shu)路徑和解決方案(an)。
其次,隨著全球對清潔能(neng)源(yuan)需(xu)求的增(zeng)長,光熱儲能(neng)技術有望與光伏發(fa)電、風力發(fa)電等綠色(se)發(fa)電方式(shi)互補,共同推動能(neng)源(yuan)轉型。
再者(zhe),光熱儲能技術的發展有助于減少溫室氣體排(pai)放,對(dui)(dui)保(bao)護環(huan)境(jing)和(he)應對(dui)(dui)氣候變化具有積(ji)極(ji)作用(yong)。
不過,光熱(re)儲能技術(shu)的發(fa)(fa)展也面臨一(yi)些挑戰。比(bi)如,從(cong)目前(qian)來(lai)看(kan),與其他發(fa)(fa)電(dian)方式(shi)相比(bi),光熱(re)儲能電(dian)站建(jian)設成本較高(gao),未來(lai)想要實現(xian)大(da)規模推廣應(ying)用仍需降低成本。
綜合(he)來看,全球首個(ge)“雙(shuang)塔一機”光熱(re)(re)儲(chu)能(neng)(neng)電站的(de)建(jian)設,為推動光熱(re)(re)儲(chu)能(neng)(neng)技(ji)(ji)術的(de)進步(bu)以及(ji)能(neng)(neng)源(yuan)可持續發展注入了新(xin)動力(li)。我們期待(dai)今年底“雙(shuang)塔一機”光熱(re)(re)儲(chu)能(neng)(neng)電站順利投(tou)產發電,也期待(dai)光熱(re)(re)儲(chu)能(neng)(neng)技(ji)(ji)術未來能(neng)(neng)有更多新(xin)的(de)技(ji)(ji)術突(tu)破。
太陽能應用由來已久
地球上的生(sheng)命自誕生(sheng)以來,就主要依靠太陽(yang)提(ti)供的輻射能生(sheng)產(chan)生(sheng)活(huo)。
古羅馬時期(qi),人們開始嘗試在窗戶上安裝玻璃(li),利用溫(wen)室效應(ying)將熱能留在房間內,用于供暖和種植水果蔬菜。還有人借助(zhu)陽光,將新鮮(xian)食(shi)物曬干脫水以便(bian)長期(qi)儲存。
據(ju)《夢溪筆談》記載,北(bei)宋科學家沈括(kuo)當時已經發現了凹(ao)(ao)面鏡(jing)的(de)(de)聚(ju)光原理(li),清楚地論述了他所用的(de)(de)凹(ao)(ao)面鏡(jing)的(de)(de)焦距長(chang)度和焦點大小。歐(ou)洲文藝復(fu)興時,達·芬(fen)奇建(jian)議制造大型(xing)凹(ao)(ao)面鏡(jing),利用聚(ju)集起(qi)來(lai)的(de)(de)陽光為工廠或鍋爐提供熱量。
不過,此(ci)時人們(men)對太陽的主(zhu)要(yao)認知和利(li)用(yong)形(xing)式,還是(shi)以簡(jian)單集聚光和熱進而提供熱量為(wei)主(zhu),在能(neng)量轉化方(fang)面并沒(mei)有實質上的改變。
直到1615年(nian),法(fa)國工(gong)程師所羅(luo)門·德(de)考(kao)克斯發明了(le)世界上(shang)第一臺依(yi)靠太(tai)陽(yang)能(neng)驅動(dong)(dong)的(de)發動(dong)(dong)機,人類逐漸開始(shi)學會(hui)將太(tai)陽(yang)能(neng)轉化為動(dong)(dong)能(neng),服(fu)務于(yu)人類的(de)生產生活(huo)。
1839年,一次實驗中,法(fa)國物理學家貝克(ke)勒爾意外地(di)發現,光線(xian)照射(she)到某些材料上時會(hui)產生(sheng)電流。后來,他將這種現象命名(ming)為“光生(sheng)伏(fu)特效(xiao)應”,即現代光伏(fu)效(xiao)應的(de)前身。
由此,人類開始邁上利用太陽能(neng)發電的新(xin)臺階。
20世(shi)紀(ji)初,隨著科技(ji)的(de)(de)進(jin)步(bu),太陽能發(fa)電(dian)(dian)技(ji)術(shu)得到了進(jin)一步(bu)的(de)(de)發(fa)展。1954年,美(mei)國貝爾實(shi)驗室的(de)(de)研究人(ren)員恰賓、富(fu)勒(le)和皮爾松研發(fa)出世(shi)界上第一個有實(shi)用(yong)價值的(de)(de)太陽能電(dian)(dian)池(chi)——單(dan)晶硅太陽能電(dian)(dian)池(chi)。這(zhe)一成(cheng)果標志著現代光(guang)伏發(fa)電(dian)(dian)技(ji)術(shu)的(de)(de)誕生。
光伏(fu)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)是一種將太(tai)陽輻射能(neng)(neng)直(zhi)接(jie)轉化為電(dian)(dian)(dian)(dian)能(neng)(neng)的發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)方式,是當前太(tai)陽能(neng)(neng)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)的主(zhu)流技術(shu)。通過光伏(fu)發(fa)電(dian)(dian)(dian)(dian)技術(shu),人們(men)可以借(jie)助特(te)定的半(ban)導體電(dian)(dian)(dian)(dian)子(zi)器件,吸收(shou)太(tai)陽輻射能(neng)(neng),并將這些能(neng)(neng)量直(zhi)接(jie)轉化成電(dian)(dian)(dian)(dian)能(neng)(neng)。
截至目前(qian),光(guang)伏發(fa)電技(ji)(ji)術的(de)應用(yong)幾乎涵蓋了各(ge)行各(ge)業(ye),影響(xiang)著人類的(de)生(sheng)產生(sheng)活。比(bi)如,太陽能無人值(zhi)守微(wei)波(bo)中(zhong)繼站(zhan)、載波(bo)電話光(guang)伏系(xi)統、光(guang)伏電站(zhan)、光(guang)伏應急電源等,都(dou)是依靠(kao)光(guang)伏發(fa)電技(ji)(ji)術來運行的(de)。
與(yu)光伏發(fa)(fa)電(dian)相比,利用太陽能發(fa)(fa)電(dian)的另(ling)外一種形式——光熱發(fa)(fa)電(dian),則顯得有些默默無聞。
上世紀(ji)70年代(dai),受(shou)石油危機的影響,國際社(she)會開始(shi)(shi)加大對(dui)可(ke)再生(sheng)能(neng)源的研究和(he)開發(fa)。在此背景(jing)下,綠色無污染的太陽能(neng)光熱發(fa)電(dian)技(ji)術開始(shi)(shi)受(shou)到重視。
1980年,美國建成(cheng)了(le)世界上(shang)第一座商業(ye)化的(de)太陽(yang)能光熱發電站,這(zhe)標志著光熱發電技(ji)術進入了(le)商業(ye)化階段。
太(tai)陽能(neng)光(guang)熱(re)(re)(re)發(fa)電(dian)(dian)(dian)有(you)兩(liang)種(zhong)(zhong)轉化方(fang)式:一種(zhong)(zhong)是將太(tai)陽熱(re)(re)(re)能(neng)直接(jie)轉化成電(dian)(dian)(dian)能(neng),如利用半導體或金屬材料的溫差(cha)發(fa)電(dian)(dian)(dian),真空器件中的熱(re)(re)(re)電(dian)(dian)(dian)子和熱(re)(re)(re)電(dian)(dian)(dian)離子發(fa)電(dian)(dian)(dian)等;另(ling)一種(zhong)(zhong)方(fang)式是太(tai)陽熱(re)(re)(re)能(neng)通過熱(re)(re)(re)機(ji)(ji)(如汽輪機(ji)(ji))帶動(dong)發(fa)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)發(fa)電(dian)(dian)(dian)。
光(guang)(guang)熱(re)發(fa)電(dian)技術(shu)避免了光(guang)(guang)伏(fu)發(fa)電(dian)技術(shu)“即發(fa)即用(yong)”的(de)(de)缺點——夜間光(guang)(guang)線微弱(ruo),不足以激發(fa)光(guang)(guang)伏(fu)組件中(zhong)的(de)(de)電(dian)子,因(yin)此光(guang)(guang)伏(fu)電(dian)站(zhan)無法在晚上繼續發(fa)電(dian);而(er)光(guang)(guang)熱(re)電(dian)站(zhan)中(zhong)的(de)(de)傳熱(re)介(jie)質熔(rong)鹽,可以利(li)用(yong)晴(qing)天時儲備(bei)下來的(de)(de)熱(re)能,在夜晚和陰天繼續發(fa)電(dian),這(zhe)樣光(guang)(guang)熱(re)電(dian)站(zhan)就能實現(xian)晝(zhou)夜連續發(fa)電(dian),從而(er)有效保證了供電(dian)的(de)(de)穩定性。
盡管(guan)默默無聞(wen),但優點顯而易見。在(zai)所有(you)清潔能源中(zhong),太陽能潛(qian)力(li)最(zui)大;而在(zai)太陽能中(zhong),光(guang)熱發電和光(guang)熱儲能技術的潛(qian)力(li)最(zui)大,是未來(lai)能源發展的“富礦區”。
清潔能源的未來之路
從(cong)太(tai)陽能路燈、太(tai)陽能道(dao)路交通系統,到(dao)太(tai)陽能通信基站(zhan),甚至太(tai)陽能汽(qi)車(che),如今,太(tai)陽能正逐(zhu)步成為人類能源結構中不可(ke)或缺的一部分。
在全(quan)世界(jie)對可再生能(neng)源(yuan)的需求不斷增長、逐步(bu)淘汰化石燃(ran)料的背景下,太(tai)陽能(neng)發(fa)電為應對能(neng)源(yuan)安全(quan)與環境污染(ran)問(wen)題,甚至(zhi)推動(dong)經濟發(fa)展(zhan)與產業(ye)升級(ji)做(zuo)出了巨大貢(gong)獻。在科技手段的加持(chi)之下,太(tai)陽能(neng)發(fa)電或將成為未來能(neng)源(yuan)發(fa)展(zhan)的主(zhu)要方(fang)向(xiang)之一。
——更加智(zhi)能(neng)(neng)。智(zhi)能(neng)(neng)光伏發(fa)(fa)電是(shi)一種發(fa)(fa)展前景廣(guang)闊的(de)太(tai)陽能(neng)(neng)發(fa)(fa)電技(ji)術(shu),融合了通信技(ji)術(shu)、互(hu)聯網技(ji)術(shu)、云計算技(ji)術(shu)等,具有智(zhi)能(neng)(neng)控(kong)制功能(neng)(neng)。同時(shi),它可(ke)以提高太(tai)陽能(neng)(neng)發(fa)(fa)電系統的(de)能(neng)(neng)效,實現(xian)對光伏電站的(de)精細化管(guan)理,提高發(fa)(fa)電效率,滿(man)足(zu)用戶(hu)的(de)多(duo)樣(yang)化需求。
此外,光伏與(yu)儲(chu)能技術的(de)(de)融合(he)也將是未來發展的(de)(de)一個重要趨勢。
隨著電池(chi)儲能(neng)技術的快速發(fa)展,將光伏發(fa)電與(yu)儲能(neng)系統相結合,可以(yi)實現太陽能(neng)的連續供(gong)應和穩定輸出。這種(zhong)融合不僅(jin)能(neng)提高(gao)太陽能(neng)的利用(yong)效率,也將為(wei)構建(jian)智(zhi)能(neng)電網、推動能(neng)源互聯網的發(fa)展奠定基礎。
——成本更低(di)。光(guang)熱儲(chu)能(neng)(neng)技術降低(di)成本后(hou),將(jiang)會(hui)極大(da)地(di)帶動太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)發(fa)電事業的發(fa)展。同時,隨著高效光(guang)伏(fu)(fu)材(cai)(cai)料的不斷研發(fa)應用,光(guang)伏(fu)(fu)發(fa)電技術近(jin)年來也在經歷(li)著較大(da)變化(hua)。從最初的硅基太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)電池(chi),到如今(jin)的單晶硅、薄膜(mo)電池(chi)、鈣鈦礦電池(chi)等,光(guang)伏(fu)(fu)材(cai)(cai)料的轉換效率不斷攀升(sheng),在提高能(neng)(neng)源(yuan)利用效率的同時,大(da)幅(fu)降低(di)了其(qi)成本與使(shi)用門檻,使(shi)得太(tai)陽(yang)(yang)能(neng)(neng)更加普及(ji)和可靠。
伴(ban)隨著技術革新,在不(bu)久的(de)將來(lai),我(wo)們(men)或許(xu)會看(kan)到越(yue)來(lai)越(yue)多的(de)太陽(yang)能創新產品走(zou)進人們(men)的(de)視(shi)野。
太陽能(neng)窗戶(hu)(hu)。據悉,目(mu)前(qian)正在研制的(de)太陽能(neng)窗戶(hu)(hu),可(ke)以把透過窗戶(hu)(hu)照進室(shi)內的(de)陽光轉換成電(dian)能(neng),為千家萬戶(hu)(hu)供電(dian)。太陽能(neng)窗戶(hu)(hu)的(de)材料(liao)是光伏玻璃,這(zhe)種材料(liao)能(neng)夠捕捉太陽能(neng),同(tong)時保持(chi)窗戶(hu)(hu)透明。雖然這(zhe)項技術目(mu)前(qian)仍然處于(yu)起步階段,但其發展未來(lai)可(ke)期。
太(tai)陽能涂料。你能想象用一層涂料就能給房(fang)子供電(dian)(dian)嗎?科(ke)學家發(fa)現,從二氧化鈦(tai)礦物中提(ti)取的(de)(de)(de)材料——鈣鈦(tai)礦,具(ju)備(bei)制(zhi)造出液態太(tai)陽能電(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)(de)能力。而被稱為“噴涂太(tai)陽能電(dian)(dian)池(chi)(chi)”的(de)(de)(de)鈣鈦(tai)礦涂料,未(wei)來(lai)一旦(dan)研(yan)發(fa)成功,就可(ke)以涂在建(jian)筑物表面(mian),滿足建(jian)筑物的(de)(de)(de)用電(dian)(dian)所需。
太(tai)(tai)空太(tai)(tai)陽能。據悉,不(bu)少(shao)科學家一直(zhi)在致力于(yu)開(kai)發(fa)太(tai)(tai)空太(tai)(tai)陽能電池板(ban),用來解決(jue)地(di)(di)球上的能源問題(ti)。太(tai)(tai)空中(zhong)沒有云層(ceng)、大氣層(ceng)和夜(ye)晚,可(ke)以讓太(tai)(tai)陽能電池板(ban)不(bu)受(shou)限制地(di)(di)充分獲(huo)取光(guang)線,太(tai)(tai)空因此成為收集太(tai)(tai)陽能的理想場所。
太(tai)陽(yang),是(shi)萬物生長的源(yuan)泉(quan)。我們可(ke)以暢想一(yi)下未來(lai),配備太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)電(dian)池板的衛星發射(she)到太(tai)空(kong),可(ke)以收(shou)集大量的太(tai)陽(yang)輻射(she)能(neng)(neng),并通過微波或激光(guang)束將這(zhe)些太(tai)陽(yang)輻射(she)能(neng)(neng)傳回地(di)球,為整座城市供電(dian)。陽(yang)光(guang)普照(zhao)之下,地(di)球必(bi)將迎(ying)來(lai)更加(jia)綠(lv)色的未來(lai)。
文章轉自《中國(guo)軍(jun)(jun)網-解放(fang)軍(jun)(jun)報》,原標題《光熱儲(chu)能(neng):“太陽(yang)花”美麗綻(zhan)放(fang)》,作者:趙陽(yang)泱,姚克(ke),臧乾雯。