7月中旬,三峽集團傳來(lai)一(yi)則令人振奮的消息:全球首個“雙塔一(yi)機”光熱儲能電站主體工(gong)程(cheng)已(yi)進(jin)入調試階段。據(ju)公開(kai)報(bao)道,工(gong)程(cheng)團隊將力爭今年(nian)底完(wan)成(cheng)調試,實(shi)現投產發電。
據悉,投產(chan)發電(dian)后,光熱儲能(neng)電(dian)站將作(zuo)為基礎調節電(dian)源(yuan),與(yu)周邊光伏(fu)發電(dian)和(he)風力發電(dian)形成總裝機規模達70萬千瓦的多能(neng)互補清潔(jie)能(neng)源(yuan)基地,源(yuan)源(yuan)不(bu)斷地向(xiang)外輸送綠色電(dian)能(neng)。
如今,人類對(dui)清(qing)(qing)潔能(neng)源的需(xu)求越(yue)來越(yue)迫切。在目前已知(zhi)的清(qing)(qing)潔能(neng)源中,太陽能(neng)無(wu)疑(yi)是地球(qiu)上(shang)可以開發的、儲量最(zui)多的可再生(sheng)能(neng)源。與此同(tong)時,各(ge)國也紛紛抓緊對(dui)太陽能(neng)發電的研究。
那(nei)么(me),太陽(yang)能發電(dian)有哪些新進展?主要(yao)應用在(zai)哪些領域?未來發展前景(jing)如(ru)何(he)?請看本期解讀。
全球(qiu)首個“雙塔一(yi)機”光熱儲能(neng)電站。資料圖片
全球首個“雙塔一機(ji)”光熱(re)儲能電站(zhan)定(ding)日鏡場。資料圖片
“雙塔一機”帶來新動力
所(suo)謂“雙(shuang)塔一(yi)機”,指的(de)是2個相鄰的(de)吸熱(re)塔和1臺汽輪發電(dian)機。
據公(gong)開報(bao)道,“雙塔一(yi)機”光熱(re)儲能電站的(de)主體部分是2個巨大(da)的(de)圓形陣(zhen)列(lie)(lie),每個陣(zhen)列(lie)(lie)中心都有一(yi)個約200米高(gao)的(de)吸熱(re)塔。
塔(ta)下,近3萬塊(kuai)的定日(ri)鏡(jing)使(shi)采光面(mian)積達80萬平方米。與(yu)常規(gui)的鏡(jing)片不同(tong),這些定日(ri)鏡(jing)是(shi)用特殊(shu)材(cai)料制成的超白高清玻璃(li),反射效率可以達到94%。同(tong)時,這里的每一組鏡(jing)面(mian)都可以自由轉動(dong),就像向日(ri)葵跟隨太(tai)陽(yang)轉,鏡(jing)面(mian)也追逐著(zhu)太(tai)陽(yang)一天當(dang)中的運行軌跡,從(cong)而將太(tai)陽(yang)光聚集到吸熱(re)塔(ta)中加熱(re)熔鹽,帶動(dong)汽輪機發電。
這種(zhong)獨特設計使得在(zai)同等邊界條件下(xia),定日鏡場地的光學效率可提升約24%,大幅提高太陽能利用效率和(he)電站(zhan)發電能力(li)。
目(mu)前,該(gai)電站(zhan)的(de)主體工程(cheng)已(yi)經進入(ru)調(diao)試階段。未來(lai),“雙塔一機”光熱儲能(neng)電站(zhan)不(bu)僅(jin)可(ke)以保證在有陽(yang)光時正常發電,還可(ke)以借(jie)助熔鹽(yan)將多余(yu)的(de)太陽(yang)能(neng)儲存起來(lai),實現24小時不(bu)間斷的(de)電力輸出。
這(zhe)些熔鹽的(de)沸點達(da)600℃,可(ke)(ke)以在陽光充足時(shi)儲存多余熱量,太(tai)陽能不足時(shi)釋放熱量,具有儲熱時(shi)間長、響(xiang)應速度快、輸(shu)出功率(lv)穩定等特點,調峰性能更優。這(zhe)保證了光熱儲能電(dian)(dian)站能為電(dian)(dian)網提供(gong)穩定的(de)電(dian)(dian)力(li)支持(chi),對提高電(dian)(dian)網安全性和(he)可(ke)(ke)靠(kao)性意義重(zhong)大(da)。
與傳統的(de)單塔(ta)光(guang)熱儲能(neng)電(dian)(dian)(dian)站(zhan)相比,這(zhe)種“雙塔(ta)一機(ji)”光(guang)熱儲能(neng)電(dian)(dian)(dian)站(zhan)的(de)設計核(he)心(xin),在于其獨特的(de)光(guang)熱轉換機(ji)制。這(zhe)種設計不受裝機(ji)容(rong)量(liang)的(de)限制,大幅(fu)提升了發(fa)電(dian)(dian)(dian)效率、發(fa)電(dian)(dian)(dian)量(liang)及儲能(neng)量(liang),進(jin)而使該(gai)電(dian)(dian)(dian)站(zhan)年發(fa)電(dian)(dian)(dian)量(liang)達到18億(yi)千(qian)瓦時。
以普(pu)通家庭(ting)為例,假設每個家庭(ting)月(yue)平(ping)均用電量為250千瓦時,那(nei)么,18億千瓦時電量可以滿足約(yue)(yue)60萬個家庭(ting)1年的(de)用電需求,并減少(shao)排放二氧(yang)化碳約(yue)(yue)153萬噸(dun)。
從能源(yuan)發展(zhan)角度(du)看(kan),全(quan)球首個“雙塔一機”光(guang)熱(re)儲(chu)能電站采用(yong)了光(guang)熱(re)儲(chu)能技術,實現了能源(yuan)領域的重大(da)突破,建設(she)意義深(shen)遠——
首先,光熱儲能(neng)技(ji)術(shu)對(dui)解決(jue)(jue)以往(wang)太陽能(neng)發電(dian)的(de)間歇性(xing)問題具有(you)獨特優勢,為(wei)實現(xian)可再生能(neng)源大規模應用提供了(le)新技(ji)術(shu)路徑和(he)解決(jue)(jue)方案。
其次,隨著(zhu)全球對清(qing)潔能源需求的(de)增長(chang),光熱儲能技術有望與光伏發電(dian)、風(feng)力發電(dian)等綠色發電(dian)方式互補(bu),共同推動(dong)能源轉(zhuan)型。
再者,光熱儲能技術的發展有(you)助于減少溫室(shi)氣體排放,對(dui)保護環境和(he)應對(dui)氣候變(bian)化具有(you)積極作用(yong)。
不過,光熱儲能技術(shu)的發展也面(mian)臨一些挑戰。比(bi)如,從目前(qian)來看,與(yu)其(qi)他(ta)發電方式相比(bi),光熱儲能電站建設成本較高,未來想要(yao)實現大規(gui)模推(tui)廣應用(yong)仍需降低成本。
綜(zong)合來看,全球(qiu)首個“雙塔(ta)一機”光熱(re)儲(chu)(chu)能(neng)電站的建設,為推(tui)動(dong)光熱(re)儲(chu)(chu)能(neng)技(ji)術的進步以及(ji)能(neng)源可持續(xu)發(fa)展注入了新(xin)動(dong)力。我們期待今年底“雙塔(ta)一機”光熱(re)儲(chu)(chu)能(neng)電站順利投產發(fa)電,也期待光熱(re)儲(chu)(chu)能(neng)技(ji)術未(wei)來能(neng)有更(geng)多新(xin)的技(ji)術突(tu)破。
太陽能應用由來已久
地球(qiu)上(shang)的生(sheng)命自(zi)誕生(sheng)以來,就主要依(yi)靠太陽提供的輻射能生(sheng)產生(sheng)活。
古羅馬(ma)時期(qi),人們開始嘗試(shi)在窗戶上安裝玻璃,利用溫(wen)室效(xiao)應將熱(re)能(neng)留在房間內,用于(yu)供暖和種植水果蔬菜。還有(you)人借(jie)助(zhu)陽光,將新鮮食物曬干脫水以便長期(qi)儲存。
據《夢溪筆談》記載,北宋(song)科學家(jia)沈括(kuo)當(dang)時已(yi)經(jing)發現(xian)了凹(ao)面(mian)鏡的(de)聚(ju)光原理,清楚地論述了他所用的(de)凹(ao)面(mian)鏡的(de)焦距(ju)長度(du)和焦點大小。歐洲文(wen)藝復興時,達·芬(fen)奇建議制造大型(xing)凹(ao)面(mian)鏡,利用聚(ju)集起來的(de)陽光為工(gong)廠(chang)或鍋爐提供熱量。
不過(guo),此時人們對太陽的主(zhu)要認知和(he)利用(yong)形式,還是以簡單集聚光和(he)熱進而提供熱量為主(zhu),在能量轉化方面并沒有實質(zhi)上的改(gai)變(bian)。
直到1615年,法國工程師所羅(luo)門(men)·德考(kao)克斯發(fa)明了世界上第一臺(tai)依(yi)靠太陽(yang)能(neng)(neng)驅(qu)動的(de)發(fa)動機,人類逐(zhu)漸開始學(xue)會將太陽(yang)能(neng)(neng)轉化為(wei)動能(neng)(neng),服務于人類的(de)生產(chan)生活。
1839年(nian),一次實驗(yan)中,法國物理學家貝克勒爾(er)意外地發現(xian),光(guang)(guang)線照射到某些(xie)材料上時會產生電流。后來(lai),他將這種(zhong)現(xian)象命名為“光(guang)(guang)生伏特效(xiao)應”,即現(xian)代光(guang)(guang)伏效(xiao)應的前身。
由此,人(ren)類開始邁上利用太陽(yang)能發電的新臺(tai)階。
20世紀(ji)初,隨著科技(ji)的(de)進步,太(tai)陽(yang)能發(fa)電(dian)技(ji)術(shu)得到了進一步的(de)發(fa)展。1954年,美(mei)國貝爾實(shi)驗室的(de)研(yan)究人員恰賓、富勒和皮爾松研(yan)發(fa)出(chu)世界(jie)上第一個有實(shi)用價值的(de)太(tai)陽(yang)能電(dian)池(chi)——單晶硅太(tai)陽(yang)能電(dian)池(chi)。這一成果(guo)標志著現代光伏發(fa)電(dian)技(ji)術(shu)的(de)誕生。
光伏發(fa)電(dian)(dian)是一種將太(tai)陽(yang)輻射能(neng)直接轉(zhuan)化(hua)為電(dian)(dian)能(neng)的(de)(de)發(fa)電(dian)(dian)方(fang)式,是當前太(tai)陽(yang)能(neng)發(fa)電(dian)(dian)的(de)(de)主(zhu)流技(ji)術。通過(guo)光伏發(fa)電(dian)(dian)技(ji)術,人(ren)們(men)可以借助特(te)定的(de)(de)半導體電(dian)(dian)子器件,吸收太(tai)陽(yang)輻射能(neng),并將這些(xie)能(neng)量直接轉(zhuan)化(hua)成電(dian)(dian)能(neng)。
截至目前,光伏(fu)發電(dian)(dian)技術(shu)的(de)應(ying)(ying)用幾乎(hu)涵蓋了各行(xing)各業,影響著人類的(de)生(sheng)產生(sheng)活。比(bi)如(ru),太陽能無人值守微波中繼(ji)站、載波電(dian)(dian)話光伏(fu)系統、光伏(fu)電(dian)(dian)站、光伏(fu)應(ying)(ying)急電(dian)(dian)源等,都是(shi)依靠光伏(fu)發電(dian)(dian)技術(shu)來運行(xing)的(de)。
與光伏發電相比,利用太陽(yang)能發電的另外一種形式(shi)——光熱發電,則顯得(de)有些默(mo)默(mo)無聞。
上世紀70年代(dai),受(shou)石油危機的(de)影(ying)響,國際社會開(kai)始加大對(dui)可(ke)再(zai)生能源的(de)研究和開(kai)發(fa)。在(zai)此(ci)背(bei)景下,綠(lv)色無污染(ran)的(de)太陽能光熱(re)發(fa)電技(ji)術(shu)開(kai)始受(shou)到重視(shi)。
1980年,美國建(jian)成(cheng)了(le)世界上第一座商(shang)業(ye)化(hua)的(de)太陽能光熱發電站,這標志著光熱發電技術(shu)進入(ru)了(le)商(shang)業(ye)化(hua)階(jie)段。
太(tai)陽能(neng)光熱(re)(re)發(fa)(fa)(fa)電(dian)有兩(liang)種轉(zhuan)化方(fang)式:一種是將太(tai)陽熱(re)(re)能(neng)直接轉(zhuan)化成電(dian)能(neng),如利用半導體或金(jin)屬材(cai)料的溫差發(fa)(fa)(fa)電(dian),真空器件中的熱(re)(re)電(dian)子和熱(re)(re)電(dian)離子發(fa)(fa)(fa)電(dian)等;另一種方(fang)式是太(tai)陽熱(re)(re)能(neng)通過熱(re)(re)機(ji)(ji)(如汽輪(lun)機(ji)(ji))帶(dai)動(dong)發(fa)(fa)(fa)電(dian)機(ji)(ji)發(fa)(fa)(fa)電(dian)。
光熱(re)(re)發電(dian)(dian)(dian)(dian)技(ji)術避免了(le)光伏發電(dian)(dian)(dian)(dian)技(ji)術“即發即用”的(de)缺(que)點——夜(ye)(ye)間光線微弱,不足以(yi)激發光伏組件中的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)子,因(yin)此(ci)光伏電(dian)(dian)(dian)(dian)站(zhan)(zhan)無法在晚上繼續發電(dian)(dian)(dian)(dian);而光熱(re)(re)電(dian)(dian)(dian)(dian)站(zhan)(zhan)中的(de)傳熱(re)(re)介(jie)質熔鹽(yan),可以(yi)利用晴天時儲備(bei)下來的(de)熱(re)(re)能,在夜(ye)(ye)晚和(he)陰天繼續發電(dian)(dian)(dian)(dian),這樣光熱(re)(re)電(dian)(dian)(dian)(dian)站(zhan)(zhan)就能實現晝夜(ye)(ye)連續發電(dian)(dian)(dian)(dian),從而有效保證了(le)供(gong)電(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)穩定性(xing)。
盡管默默無聞(wen),但優點顯而易見(jian)。在所有清(qing)潔能源中,太(tai)(tai)陽(yang)能潛(qian)力最(zui)大;而在太(tai)(tai)陽(yang)能中,光熱發(fa)電和光熱儲能技(ji)術的潛(qian)力最(zui)大,是未來能源發(fa)展(zhan)的“富(fu)礦區(qu)”。
清潔能源的未來之路
從太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)路燈、太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)道路交通系統(tong),到太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)通信基站,甚(shen)至太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)汽車,如今,太(tai)(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)正逐步(bu)成為人(ren)類能(neng)(neng)(neng)源結構中不可或缺的一部分。
在全世界對可再生能源的(de)需求不斷增長、逐(zhu)步(bu)淘汰化(hua)石燃料(liao)的(de)背(bei)景下(xia),太(tai)陽(yang)(yang)能發電為應對能源安全與環境污染(ran)問題,甚至推動經濟發展與產(chan)業升級做出了巨(ju)大貢獻。在科(ke)技手(shou)段(duan)的(de)加(jia)持之下(xia),太(tai)陽(yang)(yang)能發電或(huo)將成為未來能源發展的(de)主要方向之一(yi)。
——更加智(zhi)(zhi)能(neng)。智(zhi)(zhi)能(neng)光(guang)伏(fu)發(fa)電(dian)是一(yi)種發(fa)展(zhan)前景廣闊的太(tai)陽(yang)能(neng)發(fa)電(dian)技(ji)術,融(rong)合了通信技(ji)術、互聯網技(ji)術、云計算(suan)技(ji)術等,具有智(zhi)(zhi)能(neng)控制功能(neng)。同時,它可以提(ti)高太(tai)陽(yang)能(neng)發(fa)電(dian)系(xi)統(tong)的能(neng)效,實現對(dui)光(guang)伏(fu)電(dian)站的精細化(hua)管理(li),提(ti)高發(fa)電(dian)效率(lv),滿(man)足(zu)用戶的多(duo)樣化(hua)需求。
此外,光伏與儲(chu)能技術的融合也將是未來發展的一個重要趨勢。
隨著(zhu)電池(chi)儲能(neng)(neng)技術的快(kuai)速(su)發(fa)展,將光伏(fu)發(fa)電與儲能(neng)(neng)系統相(xiang)結合(he),可以實現(xian)太陽能(neng)(neng)的連續供應和穩定輸出。這種融合(he)不僅能(neng)(neng)提高(gao)太陽能(neng)(neng)的利用(yong)效率,也將為構建智能(neng)(neng)電網(wang)、推動能(neng)(neng)源互聯網(wang)的發(fa)展奠(dian)定基(ji)礎(chu)。
——成本(ben)(ben)更低(di)。光熱儲能(neng)技術降(jiang)低(di)成本(ben)(ben)后(hou),將(jiang)會(hui)極大(da)地帶動太陽(yang)能(neng)發(fa)電(dian)事業的發(fa)展。同時,隨(sui)著高(gao)效光伏(fu)材料(liao)的不斷研發(fa)應用,光伏(fu)發(fa)電(dian)技術近年來(lai)也在經歷(li)著較大(da)變化。從(cong)最初的硅基太陽(yang)能(neng)電(dian)池,到如今的單晶(jing)硅、薄膜電(dian)池、鈣(gai)鈦(tai)礦電(dian)池等(deng),光伏(fu)材料(liao)的轉換效率不斷攀升,在提高(gao)能(neng)源利用效率的同時,大(da)幅降(jiang)低(di)了其成本(ben)(ben)與使(shi)用門檻,使(shi)得(de)太陽(yang)能(neng)更加(jia)普及和可靠(kao)。
伴隨著技術革新,在不久(jiu)的將來(lai),我們(men)或許會看到(dao)越(yue)來(lai)越(yue)多的太(tai)陽能創新產(chan)品(pin)走進(jin)人們(men)的視野。
太陽(yang)能窗(chuang)戶(hu)(hu)。據悉(xi),目前正在研制的(de)(de)太陽(yang)能窗(chuang)戶(hu)(hu),可以把透(tou)過窗(chuang)戶(hu)(hu)照進室(shi)內(nei)的(de)(de)陽(yang)光轉換(huan)成電能,為千家萬戶(hu)(hu)供電。太陽(yang)能窗(chuang)戶(hu)(hu)的(de)(de)材料(liao)是光伏玻璃,這種(zhong)材料(liao)能夠捕捉太陽(yang)能,同時保持窗(chuang)戶(hu)(hu)透(tou)明(ming)。雖然這項技術目前仍然處于起步階段,但其(qi)發展未來(lai)可期。
太陽(yang)能(neng)(neng)涂(tu)料。你能(neng)(neng)想象用(yong)一(yi)層涂(tu)料就能(neng)(neng)給房子供電(dian)(dian)(dian)嗎?科(ke)學(xue)家發現,從二氧化鈦礦(kuang)(kuang)物(wu)中提(ti)取(qu)的(de)材料——鈣(gai)鈦礦(kuang)(kuang),具備制(zhi)造出液態太陽(yang)能(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)能(neng)(neng)力(li)。而被稱(cheng)為“噴涂(tu)太陽(yang)能(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)池(chi)”的(de)鈣(gai)鈦礦(kuang)(kuang)涂(tu)料,未來一(yi)旦研發成功,就可以涂(tu)在建筑物(wu)表面,滿足建筑物(wu)的(de)用(yong)電(dian)(dian)(dian)所需(xu)。
太空(kong)太陽能(neng)。據悉,不少科學家一直在致力(li)于開發太空(kong)太陽能(neng)電(dian)(dian)池(chi)板,用來解(jie)決地球上(shang)的能(neng)源(yuan)問題。太空(kong)中沒有云層、大氣(qi)層和夜晚,可以讓太陽能(neng)電(dian)(dian)池(chi)板不受限制地充(chong)分獲取光(guang)線,太空(kong)因此成為收(shou)集太陽能(neng)的理想場所。
太陽,是萬物(wu)生長的源(yuan)泉(quan)。我們可以暢想一下未(wei)來,配備太陽能(neng)(neng)電池板的衛星發射到太空(kong),可以收集大量的太陽輻(fu)(fu)射能(neng)(neng),并(bing)通過(guo)微波或激(ji)光(guang)束將(jiang)這些太陽輻(fu)(fu)射能(neng)(neng)傳回地球,為整座(zuo)城市供電。陽光(guang)普(pu)照之下,地球必將(jiang)迎來更加綠色的未(wei)來。
文章轉自《中國軍(jun)網-解放軍(jun)報(bao)》,原(yuan)標(biao)題《光(guang)熱儲能:“太陽花”美麗綻(zhan)放》,作(zuo)者:趙陽泱,姚克,臧乾雯。