太陽能熱發電塔式系統

◎文圖 中國科學技術館 李廣進

能源自古以來就是世界發展和經濟增長的基本驅動力，也是人類賴以生存的基礎。

人類對能源的利用大致可以分為三個階段：一、19世紀時煤炭取代木材等成為主要能源；二、20世紀時石油取代煤炭而居主導地位；三、20世紀后半葉開始出現的向多能源結構的過渡轉換。

強大的太陽能

在多能源結構的清潔能源中，太陽能的蘊藏量最大（每年到達地球表面上的太陽輻射能約相當于燃燒130萬億噸煤的能量），發展前景最廣闊，因為相對于其他新型清潔能源而言，太陽能受到的地域性影響最小。

現在人類利用太陽能的主要方式是利用太陽能發電。普遍應用的技術是光伏發電，把光能直接轉化為電能來實現照明。這種方式的太陽能光電轉化率很低，世界最高轉化率也就在11%左右。所以，此種發電方式只能滿足人們日常生活的部分需求，比如街道邊的路燈，太陽能熱水器等等。

要想滿足人們日常生活的用電量，就要采用另外一種太陽能發電方式—太陽能熱發電系統。太陽能熱發電系統的發電方式有別于光伏發電，它是將光能轉化為熱能，熱能轉化為機械能，機械能再轉化為電能的過程。

太陽能熱發電系統

在中國科學技術館四層“挑戰與未來”A廳的“能源世界”展區就有關于太陽能熱發電的展項—太陽能熱發電塔式系統。

太陽能熱發電系統主要由集熱系統、熱傳輸與交換系統和發電系統組成。

一、集熱系統

在塔式系統的周圍分布著獨立跟蹤太陽的定日鏡，其主要作用是把陽光集中反射到塔頂部的集熱器上，來實現集熱的目的。定日鏡由平面反射鏡和跟蹤機構組成。定日鏡的格局布置要根據不同的地理位置因地制宜。比如在北半球的高緯度地區，定日鏡放在塔的北部比較合適，在低緯度地區，就應該把定日鏡分布在塔的四周。同時，每個定日鏡都有自己獨立的跟蹤系統，一般采用雙軸跟蹤結構，控制方法主要是傳感器跟蹤和視日跟蹤法并用。

二、熱傳輸與交換系統

陽光集中反射到接收器后，溫度會升高。接收器的工作介質通常采用熔鹽液，熔鹽液的溫度升高到600°左右后輸送到高溫儲熱裝置。然后在熱交換裝置中將水加熱，產生水蒸氣后，利用水蒸氣來推動蒸汽輪機進行發電。熔鹽液再進入低溫儲熱裝置保存，利用熔鹽泵把熔鹽液輸送到接收器進行加熱，如此循環往復。

三、發電系統

高溫的水蒸氣會帶動蒸汽輪機轉動進行發電，從蒸汽輪機排出的水蒸氣經冷卻后形成水，再由水泵把水輸送到熱交換器，再產生水蒸氣推動蒸汽機輪。發電機發出電后轉換成高壓電輸送到電網。

太陽能熱發電系統除了發電量大以外，還具有聚光倍數高，反射光線一次完成，接收器散熱面積小，光熱轉化率高等優點。這些都是未來太陽能發電方式的趨勢所在。

早在1982年，美國就在加州南部巴斯托附近的沙漠地區建成一座被稱為“太陽1號”的塔式太陽能熱發電系統。中國首個具有自主知識產權的兆瓦級太陽能熱發電塔式系統發電站在北京延慶已經通過驗收。這個電站的年發電量可達195萬度，相比傳統火力電站每年可節約標準煤663噸，減排二氧化碳2336噸、二氧化硫17噸、粉塵顆粒136噸。

經濟的發展、人口的增加促進了能源的消耗，我們應該在發展新型能源的同時節約煤炭、石油等一次性能源，保護地球，為子孫后代造福。