萬鏡追日，場景太科幻

侯立順

游人如織的莫高窟、月牙泉已成為甘肅傳統(tǒng)文旅產(chǎn)業(yè)的代表性符號。但很少有游客知道，在月牙泉北側(cè)20余千米處矗立著一座260米高的吸熱塔。炎炎烈日下，吸熱塔的頂端像一根孕育超級能量的熒光棒，閃耀著神秘的白光。每小時將有100兆瓦的電量在超級熒光棒里產(chǎn)生，而這些電能隨即并入國家電網(wǎng)，惠及全國的千家萬戶。

萬面鏡，24小時發(fā)電

1.2萬面如向日葵般自動追蹤太陽的“超級鏡子”以同心圓狀圍繞著超級熒光棒，并向其反射太陽熱能。位于我國西部騰格里沙漠邊緣的甘肅敦煌，全年日照達3000多小時。如果往沙漠里插上上萬面定日鏡，環(huán)繞著260米的集熱裝置，隨著太陽的移位，保持最佳反射角度，聚光、吸熱、儲熱、換熱……聚集的陽光可以形成超過1000℃高溫，集熱器將熱量傳遞到塔下的熔鹽中，用水冷卻熔鹽的過程中產(chǎn)生大量蒸汽，推動汽輪機產(chǎn)生電力。這是全球聚光規(guī)模最大、吸熱塔最高、儲熱罐最大、可24小時連續(xù)發(fā)電的百兆瓦級熔鹽塔式光熱電站。

熔鹽塔式光熱電站也被稱為“鏡子發(fā)電站”，其原理簡單地說就是將鏡子反射的太陽光集中到一起，加熱熔鹽塔中的熔鹽，一部分熱量用來發(fā)電，另一部分儲存在熔鹽中。在占地7.8平方千米的發(fā)電站廠區(qū)內(nèi)，1.2萬面定日鏡以同心圓狀圍繞著260米高的吸熱塔，如同盛開在戈壁上的銀色“向日葵”。該電站年發(fā)電量將達3.9億千瓦時，每年可減排二氧化碳35萬噸，釋放相當于666.7萬平方米森林的環(huán)保效益，同時可創(chuàng)造經(jīng)濟效益約4億元。這個全球聚光規(guī)模最大、吸熱塔最高、可連續(xù)24小時發(fā)電的百兆瓦級熔鹽塔式光熱電站，于2018年年底并網(wǎng)發(fā)電，年發(fā)電量達3.9億千瓦時。與光伏發(fā)電相比，這種發(fā)電方式更具連續(xù)性和穩(wěn)定性。

發(fā)展“干凈”能源

為抵制石油價格的瘋漲，1973年美國人提出了建造太陽能熱電站的方案。方案計劃在石油產(chǎn)量回歸正常之前，在加利福尼亞的莫哈韋沙漠建造9座太陽能熱電站，其中有8座至今仍在正常運行。這種電站的原理很簡單。一排排的柱狀半圓弧面鏡（即將一個圓柱體縱向剖開后的形狀）將陽光集中反射到一根管道上，而管道中循環(huán)著一種合成油。這樣一來，油受熱，溫度上升至390℃，便通過一個交換器將熱量傳送給一個蒸汽壓力回路。而后者帶動渦輪機旋轉(zhuǎn)。這樣一套系統(tǒng)能將16%的太陽能轉(zhuǎn)化成電能。

那么，人們?yōu)槭裁礇]有大批量地建造這類設(shè)施呢，因為其生產(chǎn)成本（包括反光鏡、油……）居高不下，與傳統(tǒng)電站生產(chǎn)的電力價格相比，毫無競爭力。其次，要使這些設(shè)施產(chǎn)生效益，就要保障其擁有充足的運行時間，而這需要大量的陽光。雖然說，符合這種條件的地方有很多——比如美國南部、地中海沿岸、澳大利亞、中東、印度和中國的廣袤地區(qū)……但那通常都是些距離工業(yè)中心非常遙遠的沙漠地帶。而石油（或核能）的效益更高且能就近發(fā)電。再者，陽光是一種間隔性的能量源，由于缺乏貯存直流電的方法，這類太陽能電站到了夜晚就無法生產(chǎn)了。

成本、產(chǎn)量、貯存……這些長期困擾人們的難題正在被克服！首先，人們完善了接收陽光的技術(shù)。以色列的一家能源公司已經(jīng)使用輕質(zhì)高效的材料生產(chǎn)出了結(jié)構(gòu)更簡單、價格更低廉的反光鏡。它能將溫度抬升至700℃。這樣一來就能使蒸汽壓力提升1倍，將電站的效益提高幾個百分點。

柱狀半圓弧面鏡并不是收集寶貴陽光的唯一辦法，還有用鏡面接收陽光的塔樓、能將熱量聚焦的球體、價格低廉的平面鏡，等等。這諸多辦法各有短長，而它們的共同目標則是將太陽能發(fā)電的生產(chǎn)成本降低到原先的1/4。

目前，世界主流光熱發(fā)電技術(shù)分為塔式、槽式、線性菲涅爾3種。塔式熔鹽太陽能光熱發(fā)電技術(shù)是目前世界上公認的熱轉(zhuǎn)換效率最高且最有商業(yè)前景的太陽能綜合利用技術(shù)。從電力貯存角度看，將一部分的產(chǎn)量轉(zhuǎn)移貯存到裝有熔解鹽（硝酸鈉和硝酸鉀）的罐中。這種物質(zhì)能夠很好地貯存熱量，然而由于其具有腐蝕性，人們直到20世紀90年代才開始掌握其應(yīng)用技術(shù)。這樣貯存下來的熱量便能夠在夜間（或陰雨天）被用來繼續(xù)發(fā)電。當然，現(xiàn)在還做不到“24小時全天候”生產(chǎn)，但西班牙的一座實驗電廠已經(jīng)能夠貯存8小時的產(chǎn)量。而且這方面的研究正在取得快速的進展。

美國國家能源研究實驗室正在研究一種“納米束”，即由50-500個鋁原子組成的粒子群，其熱性能比起由更大粒子組成的相同材料的熱性能要好得多。它們能夠貯存的熱量是目前同樣體積的熔解鹽的2-3倍，最高達5倍，其實際應(yīng)用應(yīng)該會在2020年開始。而到那時，由于真正的“電力高速公路”的建成，電力傳輸過程中的損耗問題也會得到解決。在太陽能熱電站中，陽光將液體加熱，后者將熱量傳導(dǎo)給一個蒸汽回路，就像在傳統(tǒng)的熱電站（核電站或火電站）中一樣。一部分熱量被貯存在裝有具備載熱性能的熔解鹽的罐中，這樣就能保證即使在夜間也能產(chǎn)生蒸汽。而在遇到陰天的時候，太陽能板的效能盡管有所下降，但還是能和所貯存的熱量一起保障電力生產(chǎn)。

2030年，全面超過核電

在2015年的數(shù)據(jù)統(tǒng)計中，當時的甘肅新增光伏裝機93萬千瓦，累計達到了610萬千瓦，已經(jīng)位于全國首位。盡管太陽能具有諸多優(yōu)點，仍有一個問題不可回避。既然它目前在世界能源版圖上依然處于邊緣地位，何以確定它能在短短幾十年后取代化石能源呢？太陽能要想實現(xiàn)快速發(fā)展，就應(yīng)該采取“擴張地盤”的策略。自從20世紀70年代以來，太陽能光電板的安裝面積每年增長至少30%。換言之，這一安裝面積每10年增長至少12倍。

目前，全世界的太陽能發(fā)電總量相當于十幾座核電站或熱電站產(chǎn)量的總和。只要這個發(fā)展勢頭持續(xù)下去，那么到2030年，太陽能發(fā)電的裝機總量就將達到1000吉瓦，從而超過核電。那么我們到底能不能使太陽能邁開大步發(fā)展呢？2013年，美國加利福尼亞州的第一座太陽能電場建成投產(chǎn)，它能夠生產(chǎn)1300兆瓦的電力，產(chǎn)能相當于一座核反應(yīng)堆。而到了2050年，太陽能發(fā)電將占到美國電力的70%！若這一預(yù)測得以實現(xiàn)，美國的納稅人在2020年以前就要支付高達3 000億美元的前期投入，這無疑是一筆耗資巨大的開銷。 （責任編輯：曹偉 責任校對：白玉磊）