7月中旬，三峽集團(tuán)傳來(lái)一則令人振奮的消息：全球首個(gè)“雙塔一機(jī)”光熱儲(chǔ)能電站主體工程已進(jìn)入調(diào)試階段。據(jù)公開(kāi)報(bào)道，工程團(tuán)隊(duì)將力爭(zhēng)今年底完成調(diào)試，實(shí)現(xiàn)投產(chǎn)發(fā)電。

據(jù)悉，投產(chǎn)發(fā)電后，光熱儲(chǔ)能電站將作為基礎(chǔ)調(diào)節(jié)電源，與周邊光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電形成總裝機(jī)規(guī)模達(dá)70萬(wàn)千瓦的多能互補(bǔ)清潔能源基地，源源不斷地向外輸送綠色電能。

如今，人類(lèi)對(duì)清潔能源的需求越來(lái)越迫切。在目前已知的清潔能源中，太陽(yáng)能無(wú)疑是地球上可以開(kāi)發(fā)的、儲(chǔ)量最多的可再生能源。與此同時(shí)，各國(guó)也紛紛抓緊對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電的研究。

那么，太陽(yáng)能發(fā)電有哪些新進(jìn)展？主要應(yīng)用在哪些領(lǐng)域？未來(lái)發(fā)展前景如何？請(qǐng)看本期解讀。

全球首個(gè)“雙塔一機(jī)”光熱儲(chǔ)能電站。資料圖片

全球首個(gè)“雙塔一機(jī)”光熱儲(chǔ)能電站定日鏡場(chǎng)。資料圖片

“雙塔一機(jī)”帶來(lái)新動(dòng)力

所謂“雙塔一機(jī)”，指的是2個(gè)相鄰的吸熱塔和1臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)。

據(jù)公開(kāi)報(bào)道，“雙塔一機(jī)”光熱儲(chǔ)能電站的主體部分是2個(gè)巨大的圓形陣列，每個(gè)陣列中心都有一個(gè)約200米高的吸熱塔。

塔下，近3萬(wàn)塊的定日鏡使采光面積達(dá)80萬(wàn)平方米。與常規(guī)的鏡片不同，這些定日鏡是用特殊材料制成的超白高清玻璃，反射效率可以達(dá)到94%。同時(shí)，這里的每一組鏡面都可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，就像向日葵跟隨太陽(yáng)轉(zhuǎn)，鏡面也追逐著太陽(yáng)一天當(dāng)中的運(yùn)行軌跡，從而將太陽(yáng)光聚集到吸熱塔中加熱熔鹽，帶動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。

這種獨(dú)特設(shè)計(jì)使得在同等邊界條件下，定日鏡場(chǎng)地的光學(xué)效率可提升約24%，大幅提高太陽(yáng)能利用效率和電站發(fā)電能力。

目前，該電站的主體工程已經(jīng)進(jìn)入調(diào)試階段。未來(lái)，“雙塔一機(jī)”光熱儲(chǔ)能電站不僅可以保證在有陽(yáng)光時(shí)正常發(fā)電，還可以借助熔鹽將多余的太陽(yáng)能儲(chǔ)存起來(lái)，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不間斷的電力輸出。

這些熔鹽的沸點(diǎn)達(dá)600℃，可以在陽(yáng)光充足時(shí)儲(chǔ)存多余熱量，太陽(yáng)能不足時(shí)釋放熱量，具有儲(chǔ)熱時(shí)間長(zhǎng)、響應(yīng)速度快、輸出功率穩(wěn)定等特點(diǎn)，調(diào)峰性能更優(yōu)。這保證了光熱儲(chǔ)能電站能為電網(wǎng)提供穩(wěn)定的電力支持，對(duì)提高電網(wǎng)安全性和可靠性意義重大。

與傳統(tǒng)的單塔光熱儲(chǔ)能電站相比，這種“雙塔一機(jī)”光熱儲(chǔ)能電站的設(shè)計(jì)核心，在于其獨(dú)特的光熱轉(zhuǎn)換機(jī)制。這種設(shè)計(jì)不受裝機(jī)容量的限制，大幅提升了發(fā)電效率、發(fā)電量及儲(chǔ)能量，進(jìn)而使該電站年發(fā)電量達(dá)到18億千瓦時(shí)。

以普通家庭為例，假設(shè)每個(gè)家庭月平均用電量為250千瓦時(shí)，那么，18億千瓦時(shí)電量可以滿足約60萬(wàn)個(gè)家庭1年的用電需求，并減少排放二氧化碳約153萬(wàn)噸。

從能源發(fā)展角度看，全球首個(gè)“雙塔一機(jī)”光熱儲(chǔ)能電站采用了光熱儲(chǔ)能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了能源領(lǐng)域的重大突破，建設(shè)意義深遠(yuǎn)——

首先，光熱儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)解決以往太陽(yáng)能發(fā)電的間歇性問(wèn)題具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，為實(shí)現(xiàn)可再生能源大規(guī)模應(yīng)用提供了新技術(shù)路徑和解決方案。

其次，隨著全球?qū)η鍧嵞茉葱枨蟮脑鲩L(zhǎng)，光熱儲(chǔ)能技術(shù)有望與光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等綠色發(fā)電方式互補(bǔ)，共同推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型。

再者，光熱儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展有助于減少溫室氣體排放，對(duì)保護(hù)環(huán)境和應(yīng)對(duì)氣候變化具有積極作用。

不過(guò)，光熱儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展也面臨一些挑戰(zhàn)。比如，從目前來(lái)看，與其他發(fā)電方式相比，光熱儲(chǔ)能電站建設(shè)成本較高，未來(lái)想要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣應(yīng)用仍需降低成本。

綜合來(lái)看，全球首個(gè)“雙塔一機(jī)”光熱儲(chǔ)能電站的建設(shè)，為推動(dòng)光熱儲(chǔ)能技術(shù)的進(jìn)步以及能源可持續(xù)發(fā)展注入了新動(dòng)力。我們期待今年底“雙塔一機(jī)”光熱儲(chǔ)能電站順利投產(chǎn)發(fā)電，也期待光熱儲(chǔ)能技術(shù)未來(lái)能有更多新的技術(shù)突破。

太陽(yáng)能應(yīng)用由來(lái)已久

地球上的生命自誕生以來(lái)，就主要依靠太陽(yáng)提供的輻射能生產(chǎn)生活。

古羅馬時(shí)期，人們開(kāi)始嘗試在窗戶上安裝玻璃，利用溫室效應(yīng)將熱能留在房間內(nèi)，用于供暖和種植水果蔬菜。還有人借助陽(yáng)光，將新鮮食物曬干脫水以便長(zhǎng)期儲(chǔ)存。

據(jù)《夢(mèng)溪筆談》記載，北宋科學(xué)家沈括當(dāng)時(shí)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了凹面鏡的聚光原理，清楚地論述了他所用的凹面鏡的焦距長(zhǎng)度和焦點(diǎn)大小。歐洲文藝復(fù)興時(shí)，達(dá)·芬奇建議制造大型凹面鏡，利用聚集起來(lái)的陽(yáng)光為工廠或鍋爐提供熱量。

不過(guò)，此時(shí)人們對(duì)太陽(yáng)的主要認(rèn)知和利用形式，還是以簡(jiǎn)單集聚光和熱進(jìn)而提供熱量為主，在能量轉(zhuǎn)化方面并沒(méi)有實(shí)質(zhì)上的改變。

直到1615年，法國(guó)工程師所羅門(mén)·德考克斯發(fā)明了世界上第一臺(tái)依靠太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，人類(lèi)逐漸開(kāi)始學(xué)會(huì)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，服務(wù)于人類(lèi)的生產(chǎn)生活。

1839年，一次實(shí)驗(yàn)中，法國(guó)物理學(xué)家貝克勒爾意外地發(fā)現(xiàn)，光線照射到某些材料上時(shí)會(huì)產(chǎn)生電流。后來(lái)，他將這種現(xiàn)象命名為“光生伏特效應(yīng)”，即現(xiàn)代光伏效應(yīng)的前身。

由此，人類(lèi)開(kāi)始邁上利用太陽(yáng)能發(fā)電的新臺(tái)階。

20世紀(jì)初，隨著科技的進(jìn)步，太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展。1954年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的研究人員恰賓、富勒和皮爾松研發(fā)出世界上第一個(gè)有實(shí)用價(jià)值的太陽(yáng)能電池——單晶硅太陽(yáng)能電池。這一成果標(biāo)志著現(xiàn)代光伏發(fā)電技術(shù)的誕生。

光伏發(fā)電是一種將太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電方式，是當(dāng)前太陽(yáng)能發(fā)電的主流技術(shù)。通過(guò)光伏發(fā)電技術(shù)，人們可以借助特定的半導(dǎo)體電子器件，吸收太陽(yáng)輻射能，并將這些能量直接轉(zhuǎn)化成電能。

截至目前，光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用幾乎涵蓋了各行各業(yè)，影響著人類(lèi)的生產(chǎn)生活。比如，太陽(yáng)能無(wú)人值守微波中繼站、載波電話光伏系統(tǒng)、光伏電站、光伏應(yīng)急電源等，都是依靠光伏發(fā)電技術(shù)來(lái)運(yùn)行的。

與光伏發(fā)電相比，利用太陽(yáng)能發(fā)電的另外一種形式——光熱發(fā)電，則顯得有些默默無(wú)聞。

上世紀(jì)70年代，受石油危機(jī)的影響，國(guó)際社會(huì)開(kāi)始加大對(duì)可再生能源的研究和開(kāi)發(fā)。在此背景下，綠色無(wú)污染的太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)開(kāi)始受到重視。

1980年，美國(guó)建成了世界上第一座商業(yè)化的太陽(yáng)能光熱發(fā)電站，這標(biāo)志著光熱發(fā)電技術(shù)進(jìn)入了商業(yè)化階段。

太陽(yáng)能光熱發(fā)電有兩種轉(zhuǎn)化方式：一種是將太陽(yáng)熱能直接轉(zhuǎn)化成電能，如利用半導(dǎo)體或金屬材料的溫差發(fā)電，真空器件中的熱電子和熱電離子發(fā)電等；另一種方式是太陽(yáng)熱能通過(guò)熱機(jī)（如汽輪機(jī)）帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

光熱發(fā)電技術(shù)避免了光伏發(fā)電技術(shù)“即發(fā)即用”的缺點(diǎn)——夜間光線微弱，不足以激發(fā)光伏組件中的電子，因此光伏電站無(wú)法在晚上繼續(xù)發(fā)電；而光熱電站中的傳熱介質(zhì)熔鹽，可以利用晴天時(shí)儲(chǔ)備下來(lái)的熱能，在夜晚和陰天繼續(xù)發(fā)電，這樣光熱電站就能實(shí)現(xiàn)晝夜連續(xù)發(fā)電，從而有效保證了供電的穩(wěn)定性。

盡管默默無(wú)聞，但優(yōu)點(diǎn)顯而易見(jiàn)。在所有清潔能源中，太陽(yáng)能潛力最大；而在太陽(yáng)能中，光熱發(fā)電和光熱儲(chǔ)能技術(shù)的潛力最大，是未來(lái)能源發(fā)展的“富礦區(qū)”。

清潔能源的未來(lái)之路

從太陽(yáng)能路燈、太陽(yáng)能道路交通系統(tǒng)，到太陽(yáng)能通信基站，甚至太陽(yáng)能汽車(chē)，如今，太陽(yáng)能正逐步成為人類(lèi)能源結(jié)構(gòu)中不可或缺的一部分。

在全世界對(duì)可再生能源的需求不斷增長(zhǎng)、逐步淘汰化石燃料的背景下，太陽(yáng)能發(fā)電為應(yīng)對(duì)能源安全與環(huán)境污染問(wèn)題，甚至推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)升級(jí)做出了巨大貢獻(xiàn)。在科技手段的加持之下，太陽(yáng)能發(fā)電或?qū)⒊蔀槲磥?lái)能源發(fā)展的主要方向之一。

——更加智能。智能光伏發(fā)電是一種發(fā)展前景廣闊的太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)，融合了通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)等，具有智能控制功能。同時(shí)，它可以提高太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的能效，實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏電站的精細(xì)化管理，提高發(fā)電效率，滿足用戶的多樣化需求。

此外，光伏與儲(chǔ)能技術(shù)的融合也將是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。

隨著電池儲(chǔ)能技術(shù)的快速發(fā)展，將光伏發(fā)電與儲(chǔ)能系統(tǒng)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的連續(xù)供應(yīng)和穩(wěn)定輸出。這種融合不僅能提高太陽(yáng)能的利用效率，也將為構(gòu)建智能電網(wǎng)、推動(dòng)能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

——成本更低。光熱儲(chǔ)能技術(shù)降低成本后，將會(huì)極大地帶動(dòng)太陽(yáng)能發(fā)電事業(yè)的發(fā)展。同時(shí)，隨著高效光伏材料的不斷研發(fā)應(yīng)用，光伏發(fā)電技術(shù)近年來(lái)也在經(jīng)歷著較大變化。從最初的硅基太陽(yáng)能電池，到如今的單晶硅、薄膜電池、鈣鈦礦電池等，光伏材料的轉(zhuǎn)換效率不斷攀升，在提高能源利用效率的同時(shí)，大幅降低了其成本與使用門(mén)檻，使得太陽(yáng)能更加普及和可靠。

伴隨著技術(shù)革新，在不久的將來(lái)，我們或許會(huì)看到越來(lái)越多的太陽(yáng)能創(chuàng)新產(chǎn)品走進(jìn)人們的視野。

太陽(yáng)能窗戶。據(jù)悉，目前正在研制的太陽(yáng)能窗戶，可以把透過(guò)窗戶照進(jìn)室內(nèi)的陽(yáng)光轉(zhuǎn)換成電能，為千家萬(wàn)戶供電。太陽(yáng)能窗戶的材料是光伏玻璃，這種材料能夠捕捉太陽(yáng)能，同時(shí)保持窗戶透明。雖然這項(xiàng)技術(shù)目前仍然處于起步階段，但其發(fā)展未來(lái)可期。

太陽(yáng)能涂料。你能想象用一層涂料就能給房子供電嗎？科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，從二氧化鈦礦物中提取的材料——鈣鈦礦，具備制造出液態(tài)太陽(yáng)能電池的能力。而被稱為“噴涂太陽(yáng)能電池”的鈣鈦礦涂料，未來(lái)一旦研發(fā)成功，就可以涂在建筑物表面，滿足建筑物的用電所需。

太空太陽(yáng)能。據(jù)悉，不少科學(xué)家一直在致力于開(kāi)發(fā)太空太陽(yáng)能電池板，用來(lái)解決地球上的能源問(wèn)題。太空中沒(méi)有云層、大氣層和夜晚，可以讓太陽(yáng)能電池板不受限制地充分獲取光線，太空因此成為收集太陽(yáng)能的理想場(chǎng)所。

太陽(yáng)，是萬(wàn)物生長(zhǎng)的源泉。我們可以暢想一下未來(lái)，配備太陽(yáng)能電池板的衛(wèi)星發(fā)射到太空，可以收集大量的太陽(yáng)輻射能，并通過(guò)微波或激光束將這些太陽(yáng)輻射能傳回地球，為整座城市供電。陽(yáng)光普照之下，地球必將迎來(lái)更加綠色的未來(lái)。

文章轉(zhuǎn)自《中國(guó)軍網(wǎng)-解放軍報(bào)》，原標(biāo)題《光熱儲(chǔ)能：“太陽(yáng)花”美麗綻放》，作者：趙陽(yáng)泱，姚克，臧乾雯。