在已知的清潔能源中，太陽(yáng)能無(wú)疑是目前地球上可開(kāi)發(fā)、儲(chǔ)量最大的可再生能源。說(shuō)到太陽(yáng)能利用，首先想到的是光伏發(fā)電。畢竟我們?cè)谌粘Ｉ钪锌梢钥吹教?yáng)能汽車(chē)和太陽(yáng)能充電寶。其實(shí)還有一種利用太陽(yáng)能的方式，太陽(yáng)能熱發(fā)電。
第1部分.
理解光和熱，記住光和熱。
光伏發(fā)電和光熱發(fā)電都是利用太陽(yáng)能發(fā)電。區(qū)別在于利用的原則不同。
光伏效應(yīng)是太陽(yáng)能光伏發(fā)電的基本原理，太陽(yáng)能電池是完成太陽(yáng)能向電能轉(zhuǎn)換的載體。太陽(yáng)能電池是含有P-N結(jié)的半導(dǎo)體材料，可以吸收太陽(yáng)光，在內(nèi)部建立電場(chǎng)。當(dāng)某個(gè)負(fù)載連接到電場(chǎng)的兩側(cè)時(shí)，負(fù)載上會(huì)產(chǎn)生電流。整個(gè)過(guò)程就是太陽(yáng)能光伏發(fā)電的基本原理。
太陽(yáng)能光熱發(fā)電的原理是太陽(yáng)光通過(guò)反射器聚集到太陽(yáng)能集熱器上，集熱器內(nèi)的傳熱介質(zhì)(液體或氣體)被太陽(yáng)能加熱，然后水被加熱形成蒸汽驅(qū)動(dòng)或直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。
簡(jiǎn)而言之，太陽(yáng)能光熱發(fā)電分為三個(gè)環(huán)節(jié)，即集熱環(huán)節(jié)，利用太陽(yáng)能加熱導(dǎo)熱介質(zhì)，最后利用導(dǎo)熱介質(zhì)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電。對(duì)應(yīng)于每個(gè)環(huán)節(jié)，有不同的方法科學(xué)地嘗試形成優(yōu)化設(shè)計(jì)。比如集熱環(huán)節(jié)主要有四種:槽、塔、碟、尼費(fèi)爾；一般以水、礦物油或熔鹽作為導(dǎo)熱工質(zhì)。最后可以通過(guò)蒸汽朗肯循環(huán)、CO2布雷頓循環(huán)或斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電。
那么太陽(yáng)能熱發(fā)電是如何工作的呢？我們將用一個(gè)已經(jīng)投入運(yùn)行的示范項(xiàng)目來(lái)詳細(xì)說(shuō)明。
首先，這個(gè)太陽(yáng)能發(fā)電廠由定日鏡組成。定日鏡由電腦控制，隨太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)，可以將一天的所有日光反射到中心點(diǎn)。定日鏡占地面積小，可以單獨(dú)放置，不需要很深的基礎(chǔ)就能適應(yīng)地形。該電廠包括數(shù)百個(gè)定日鏡，可以通過(guò)WIFI相互連接以提高效率，并將陽(yáng)光反射到塔頂部稱(chēng)為接收器的大型熱交換器。
在接收器中，熔鹽流體可以通過(guò)管道外壁吸收這里收集的陽(yáng)光中的熱量。在這項(xiàng)技術(shù)中，熔鹽可以從500華氏度加熱到1000華氏度以上。熔鹽是一種理想的吸熱介質(zhì)，因?yàn)樗梢栽谌廴跔顟B(tài)下保持較寬的工作溫度范圍，并允許系統(tǒng)在低壓下出色、安全地吸收和儲(chǔ)存能量。
熔鹽通過(guò)吸熱器后，沿塔內(nèi)管道向下流動(dòng)，然后進(jìn)入儲(chǔ)熱罐。
之后，在緊急情況下，能量以高溫熔鹽的形式儲(chǔ)存。這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是液態(tài)熔鹽不僅可以收集能量，還可以將能量收集與發(fā)電分開(kāi)。
白天或晚上需要用電時(shí)，水箱中的水和高溫熔鹽分別流入蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽。
一旦熔鹽被用來(lái)產(chǎn)生蒸汽，冷卻的熔鹽通過(guò)管道返回到冷儲(chǔ)罐，然后再次流回吸熱器，并隨著過(guò)程的繼續(xù)而被重新加熱。
驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)后，蒸汽將被冷凝并返回儲(chǔ)水箱。如果需要，它會(huì)流回蒸汽發(fā)生器。
這種高品質(zhì)的過(guò)熱蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)以最高效率運(yùn)行，從而在電力需求高峰期產(chǎn)生可靠、連續(xù)的電力。蒸汽的產(chǎn)生過(guò)程與常規(guī)火力發(fā)電廠或核電站相似，區(qū)別在于完全可再生，廢物和有害排放為零。即使天黑后，發(fā)電廠仍然可以根據(jù)需要從可再生太陽(yáng)能中提供可靠的電力。
以上是一組太陽(yáng)能光熱發(fā)電系統(tǒng)的整個(gè)運(yùn)行過(guò)程。不知道大家對(duì)光熱發(fā)電有沒(méi)有更深入的了解？
那么，同樣是太陽(yáng)能發(fā)電，為什么太陽(yáng)能發(fā)電一直“默默無(wú)聞”？光熱發(fā)電在科學(xué)界顯然具有一定的探索價(jià)值，但為什么沒(méi)有在人類(lèi)日常生活中得到廣泛應(yīng)用？
第2部分.
光熱發(fā)電與光伏發(fā)電，孰優(yōu)孰劣？
同一種能源的利用對(duì)人產(chǎn)生了不同的親和力，這與光熱發(fā)電和光伏發(fā)電的優(yōu)劣是分不開(kāi)的。
從集熱環(huán)節(jié)考慮，光熱發(fā)電對(duì)應(yīng)用領(lǐng)域的要求高于光伏發(fā)電。光熱發(fā)電顧名思義是以熱量為標(biāo)準(zhǔn)，需要高溫照射，而光伏發(fā)電一般對(duì)熱量沒(méi)有那么高的要求。在我們適應(yīng)生活的地方，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度不足以建造光伏電站。所以在日常生活中，我們對(duì)太陽(yáng)能熱發(fā)電并不熟悉。
從導(dǎo)熱介質(zhì)環(huán)節(jié)考慮，光熱發(fā)電所用的熔鹽等材料成本低、價(jià)值高、可持續(xù)利用，優(yōu)于成本高、使用壽命短的光伏電池。因此，光熱發(fā)電的儲(chǔ)能能力遠(yuǎn)高于光伏發(fā)電。同時(shí)由于其良好的儲(chǔ)能效果，接入電網(wǎng)后受天氣和環(huán)境因素影響較小，對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)的響應(yīng)較低。因此，在發(fā)電的可調(diào)度性上，光熱發(fā)電優(yōu)于光伏發(fā)電。
考慮到導(dǎo)熱介質(zhì)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電的環(huán)節(jié)，光伏發(fā)電只需要光電轉(zhuǎn)換，光熱發(fā)電需要光電轉(zhuǎn)換后的光熱轉(zhuǎn)換，因此可見(jiàn)光熱發(fā)電的步驟更加復(fù)雜。
但是光伏發(fā)電的一個(gè)額外環(huán)節(jié)可以應(yīng)用到其他方面。比如光熱發(fā)電產(chǎn)生的熱量可以降低海水鹽度，淡化海水，也可以應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。這說(shuō)明光熱發(fā)電比光伏發(fā)電應(yīng)用更廣泛。
但同時(shí)，多走一個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)掌握科學(xué)技術(shù)的要求會(huì)更高，應(yīng)用到實(shí)際工程領(lǐng)域會(huì)更困難。光熱發(fā)電比光伏發(fā)電更難，我國(guó)光熱發(fā)電的研發(fā)起步比光伏發(fā)電晚。因此，光熱發(fā)電技術(shù)仍在完善中。
所謂原理不同，各有利弊。更需要相互努力。光熱發(fā)電和光伏發(fā)電還有很長(zhǎng)的路要走。
第3部分.
路漫漫其修遠(yuǎn)兮，未來(lái)仍需努力。
太陽(yáng)能是解決當(dāng)前能源、資源和環(huán)境問(wèn)題的非常有效的方法。自從太陽(yáng)能被發(fā)現(xiàn)和利用以來(lái)，能源短缺的現(xiàn)象得到了一定程度的緩解，太陽(yáng)能的各種優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)使其在許多能源領(lǐng)域具有不可替代性。
太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)和太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)作為太陽(yáng)能利用的兩種主要方式，具有不同的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用領(lǐng)域，各有優(yōu)勢(shì)和發(fā)展前景。太陽(yáng)能發(fā)展比較好的地方，光熱發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)都要有。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，兩者是相輔相成的。
光熱發(fā)電技術(shù)雖然由于某些原因不太為人所知，但無(wú)論從成本、能耗、應(yīng)用范圍還是儲(chǔ)存條件來(lái)看，都是一種比較好的選擇。我們有理由相信，總有一天，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)和太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)都將成為人類(lèi)科技持續(xù)、協(xié)調(diào)、穩(wěn)定發(fā)展的支柱。
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