太陽能熱發(fā)電塔式系統(tǒng)

◎文圖 中國科學(xué)技術(shù)館 李廣進(jìn)

能源自古以來就是世界發(fā)展和經(jīng)濟增長的基本驅(qū)動力，也是人類賴以生存的基礎(chǔ)。

人類對能源的利用大致可以分為三個階段：一、19世紀(jì)時煤炭取代木材等成為主要能源；二、20世紀(jì)時石油取代煤炭而居主導(dǎo)地位；三、20世紀(jì)后半葉開始出現(xiàn)的向多能源結(jié)構(gòu)的過渡轉(zhuǎn)換。

強大的太陽能

在多能源結(jié)構(gòu)的清潔能源中，太陽能的蘊藏量最大（每年到達(dá)地球表面上的太陽輻射能約相當(dāng)于燃燒130萬億噸煤的能量），發(fā)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(xiàn)在人類利用太陽能的主要方式是利用太陽能發(fā)電。普遍應(yīng)用的技術(shù)是光伏發(fā)電，把光能直接轉(zhuǎn)化為電能來實現(xiàn)照明。這種方式的太陽能光電轉(zhuǎn)化率很低，世界最高轉(zhuǎn)化率也就在11%左右。所以，此種發(fā)電方式只能滿足人們?nèi)粘Ｉ畹牟糠中枨螅热缃值肋叺穆窡簦柲軣崴鞯鹊取?/p>

要想滿足人們?nèi)粘Ｉ畹挠秒娏浚鸵捎昧硗庖环N太陽能發(fā)電方式—太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電方式有別于光伏發(fā)電，它是將光能轉(zhuǎn)化為熱能，熱能轉(zhuǎn)化為機械能，機械能再轉(zhuǎn)化為電能的過程。

太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)

在中國科學(xué)技術(shù)館四層“挑戰(zhàn)與未來”A廳的“能源世界”展區(qū)就有關(guān)于太陽能熱發(fā)電的展項—太陽能熱發(fā)電塔式系統(tǒng)。

太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)主要由集熱系統(tǒng)、熱傳輸與交換系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)組成。

一、集熱系統(tǒng)

在塔式系統(tǒng)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(xiàn)集熱的目的。定日鏡由平面反射鏡和跟蹤機構(gòu)組成。定日鏡的格局布置要根據(jù)不同的地理位置因地制宜。比如在北半球的高緯度地區(qū)，定日鏡放在塔的北部比較合適，在低緯度地區(qū)，就應(yīng)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(tǒng)，一般采用雙軸跟蹤結(jié)構(gòu)，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(tǒng)

陽光集中反射到接收器后，溫度會升高。接收器的工作介質(zhì)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(chǎn)生水蒸氣后，利用水蒸氣來推動蒸汽輪機進(jìn)行發(fā)電。熔鹽液再進(jìn)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(jìn)行加熱，如此循環(huán)往復(fù)。

三、發(fā)電系統(tǒng)

高溫的水蒸氣會帶動蒸汽輪機轉(zhuǎn)動進(jìn)行發(fā)電，從蒸汽輪機排出的水蒸氣經(jīng)冷卻后形成水，再由水泵把水輸送到熱交換器，再產(chǎn)生水蒸氣推動蒸汽機輪。發(fā)電機發(fā)出電后轉(zhuǎn)換成高壓電輸送到電網(wǎng)。

太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)除了發(fā)電量大以外，還具有聚光倍數(shù)高，反射光線一次完成，接收器散熱面積小，光熱轉(zhuǎn)化率高等優(yōu)點。這些都是未來太陽能發(fā)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(qū)建成一座被稱為“太陽1號”的塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。中國首個具有自主知識產(chǎn)權(quán)的兆瓦級太陽能熱發(fā)電塔式系統(tǒng)發(fā)電站在北京延慶已經(jīng)通過驗收。這個電站的年發(fā)電量可達(dá)195萬度，相比傳統(tǒng)火力電站每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤663噸，減排二氧化碳2336噸、二氧化硫17噸、粉塵顆粒136噸。

經(jīng)濟的發(fā)展、人口的增加促進(jìn)了能源的消耗，我們應(yīng)該在發(fā)展新型能源的同時節(jié)約煤炭、石油等一次性能源，保護(hù)地球，為子孫后代造福。