從國際發(fā)展現(xiàn)狀與世界動向展望CSP的未來前景

(1.神宇國際機(jī)電研發(fā)中心，中國臺灣 臺北 11083;2.佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院粵臺人工智能學(xué)院，廣東 佛山 528225)

1 概述

綠能環(huán)保可減少資源耗損、降低污染排放，且有利于資源回收再生，是國際化石能源價格不穩(wěn)、空氣污染所造成氣候變暖與氣候異常、降低二氧化碳排放量等問題的極好解決方案，而太陽能是一種最好的綠能，其供應(yīng)源源不斷，又不會引起污染，更不會耗盡自然資源或?qū)е氯驕厥倚?yīng)，何況只要是日照充沛的地方，就具有足夠的潛力來發(fā)展太陽能。

美國綠色科技市場調(diào)查公司Clean Edge曾估算，2020年全球太陽能產(chǎn)值高達(dá)1136億美元，2023年將高達(dá)1584億美元[1-2]。 Research And Markets.com與Yahoo!finance則以2018年全球太陽能產(chǎn)值525億美元為基礎(chǔ)，預(yù)估2026年產(chǎn)值將高達(dá)2233億美元，亦即從2019年到2026年的年復(fù)合增長率為20.5%[3-4]。因此，發(fā)展太陽能可作為未來極優(yōu)的選項(xiàng)。

太陽能的利用目前有兩大類型，一類是人們熟知的太陽光電(photovoltaic，PV)，直接將光能借著光電板轉(zhuǎn)換為電能，這是直接發(fā)電；另一類則是聚光光熱發(fā)電(Concentrated Solar Power/Concentrating Solar Power，CSP)，為熱能形式的太陽能，是間接發(fā)電的方式。CSP為聚光太陽熱電之簡稱，其原理是利用鏡子或透鏡將大面積的太陽光聚焦于一個接收器，接著將光轉(zhuǎn)為熱(利用太陽輻射來加熱液體物質(zhì)，然后將其用于驅(qū)動熱力發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī))驅(qū)動一個渦輪引擎，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電或推動熱化學(xué)反應(yīng)。CSP是比PV發(fā)展晚的較新穎技術(shù)，所用概念雖簡單，但實(shí)際上許多應(yīng)用技術(shù)細(xì)節(jié)內(nèi)容卻不是那么容易，舉凡干燥冷卻、先進(jìn)塔式接收器設(shè)計、在拋物線槽式CSP儲能使用熔鹽或其他液體儲能、定日鏡設(shè)計改進(jìn)、超臨界二氧化碳功率循環(huán)、無線場通信與控制等新技術(shù)，皆亟待研究發(fā)展，以增進(jìn)整體效益、降低成本[5]。

PV首發(fā)量產(chǎn)是在2000年[6]，至2019年底，其全球安裝量已達(dá)589GW(2018年全球安裝量494.3GW,2019年全球安裝增量94.7GW)[7-8]；而與PV相比，CSP技術(shù)的發(fā)展起步就晚得多，2019年底CSP全球安裝量6451MW[9]，僅約為PV的1%。且依據(jù)Wikipedia的信息[6]，全球應(yīng)用CSP電廠的國家極少，主要是西班牙和美國，其中西班牙2304MW，約占全球的36%[10]，美國1815MW，約占全球的28%[11]，其余較多的是中東、南非和中國，尚有極大發(fā)展空間，也有很多亟待開發(fā)的新技術(shù)。

2 CSP的國際發(fā)展現(xiàn)狀

首先，目前美國共約有1815MW裝機(jī)容量的CSP電廠在運(yùn)營，加州有Ivanpah Solar Electric Generating System (ISEGS)、Genesis Solar Energy Project、Kimberlina Solar Thermal Power Plant (Kimberlina)、Mojave Solar Project、Sierra SunTower (Sierra)、Solar Electric Generating Station I (SEGS I)、Solar Electric Generating Station II (SEGS II)、Solar Electric Generating Station III (SEGS III)、Solar Electric Generating Station IV (SEGS IV)、Solar Electric Generating Station IX (SEGS IX)、Solar Electric Generating Station V (SEGS V)、Solar Electric Generating Station VI (SEGS VI)、Solar Electric Generating Station VII (SEGS VII)、Solar Electric Generating Station VIII (SEGS VIII)和Colorado等15個執(zhí)行中的CSP Projects；亞利桑那州有Maricopa Solar Project、Saguaro Power Plant、Solana Generating Station等3個執(zhí)行中的CSP計劃；科羅拉多州有Colorado Integrated Solar Project (Cameo)計劃在執(zhí)行；佛羅里達(dá)州有Martin Next Generation Solar Energy Center (MNGSEC)計劃在執(zhí)行；夏威夷有Holaniku at Keahole Point計劃；內(nèi)華達(dá)州有Crescent Dunes Solar Energy Project (Tonopah)、Nevada Solar One (NSO)和Stillwater GeoSolar Hybrid Plant等3個執(zhí)行中的計劃；猶他州有Tooele Army Depot在執(zhí)行中。依此可判斷，若CSP無發(fā)展前途，美國不可能投入這么多資源[12-13]。

目前CSP也是美國能源部重新安排的研究重點(diǎn)之一，美國能源部官方認(rèn)為以長遠(yuǎn)的觀點(diǎn)看，CSP技術(shù)可提高電網(wǎng)穩(wěn)定性[14]。美國能源部的太陽能技術(shù)辦公室更支持CSP新型技術(shù)的開發(fā)，及其與電網(wǎng)整合的可負(fù)擔(dān)性、性能和價值。并認(rèn)為與當(dāng)前的技術(shù)水準(zhǔn)相比，新型技術(shù)的開發(fā)計劃將降低成本、改進(jìn)效率并提高可靠度。這些計劃為CSP探索新應(yīng)用，如在集熱器、接收器、儲熱器、傳熱流體和功率循環(huán)次系統(tǒng)等的新設(shè)計與創(chuàng)新概念。尤其重要的是，CSP對顛覆人們認(rèn)知的概念最感興趣，有可能突破目前性能障礙，如效率和溫度的限制[15-16]。

其次，西班牙目前擁有2.3 GW的CSP容量，幾乎是歐洲所有已安裝的CSP基地總和。強(qiáng)大的太陽能資源與充足的平坦土地面積，以及國內(nèi)CSP專業(yè)知識都有利于西班牙CSP容量的增長。2018年，再生能源公司Yieldco Terraform Power通過收購集團(tuán)Saeta Yield收購了5座50 MW CSP工廠，分別是 Extresol 1、Extresol 2、Extresol 3、Casablanca及Manchasol 2。且該公司的最新交易計劃已于2020年第一季完成，產(chǎn)生超過公司9%～11%目標(biāo)范圍的股本回報率。此外，根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)營商Red Electrica發(fā)布的數(shù)據(jù)，西班牙的CSP電廠在2019年上半年的發(fā)電量達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的2.8 TWh，比歷史平均水平高出約19.3%，占全國總發(fā)電量的2.4%，創(chuàng)紀(jì)錄的輸出信號亦提高了西班牙CSP工廠的營運(yùn)與維護(hù)效率，還增強(qiáng)了投資者的信心。目前，隨著市場前景向好，CSP投資者重返西班牙，ContourGlobal平臺也因?qū)⑵湓赥ermosolar公司的250 MW CSP產(chǎn)品組合中的49%股權(quán)出售給瑞士信貸，而獲得6500萬歐元的利潤?！缎履茉磩討B(tài)》調(diào)查結(jié)果顯示，新的關(guān)稅法規(guī)、成熟的工廠性能以及對儲存的需求不斷增長，增加了投資者對西班牙CSP所有權(quán)的信心。因此，行業(yè)組織Protermo Solar評論西班牙的CSP工廠，“可以繼續(xù)運(yùn)行而不會出現(xiàn)退化跡象，并結(jié)合可以提高效率的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)?！倍罁?jù)政府制定的新10年能源計劃，西班牙預(yù)計到2025年將CSP發(fā)電能力提高一倍，達(dá)到4.8GW，到2030年則達(dá)到7.3GW的裝機(jī)容量。CSP專家則預(yù)測，成本下降可能會推動21世紀(jì)20年代歐洲的新開發(fā)活動，西班牙代表了最大的市場潛力，其他潛在市場包括葡萄牙、意大利和希臘等歐洲偏南國家[17]。

南美洲方面，隨著開發(fā)商EIG全球能源合作伙伴子公司Cerro Dominador在智利的第一家CSP工廠接近EIG全球能源合作伙伴的子公司竣工，該公司正在準(zhǔn)備對CSP行業(yè)進(jìn)行開創(chuàng)性的競標(biāo)。2019年10月， Cerro Dominador又獲得了SolarReserve在智利北部的450 MW Likana CSP項(xiàng)目的權(quán)利。CSP專家說，智利的進(jìn)步幫助在其他拉丁美洲國家開辟了新的部署機(jī)會，秘魯將需要南部可調(diào)度的發(fā)電能力來為其不斷發(fā)展的采礦業(yè)提供電力，阿根廷政府也表示有興趣建設(shè)其第一座CSP工廠[18]。

其余較具規(guī)模的有：南非目前有400MW的CSP裝機(jī)容量，還有建造中的200MW，及規(guī)劃中的100MW；摩洛哥目前已有380MW的CSP裝機(jī)容量，未來規(guī)劃還要在東部增加額外的400MW CSP裝機(jī)容量，摩洛哥于2019年在Midelt開始了其第二個大型CSP項(xiàng)目，容量為800MW，且每天有5個小時的熱能儲存量；印度目前有營運(yùn)中的228.5MW的CSP裝機(jī)容量，以及建造中的299MW容量[6,19-22]。

3 各主要國家CSP的發(fā)展情況

目前全球致力于CSP的計劃，是處于方興未艾的狀況，許多大型CSP計劃正在世界各地籌劃興建。

在國際推動下，摩洛哥、中國、智利和阿聯(lián)酋的公用事業(yè)規(guī)模CSP+TES(Thermal Energy Storage technologies)現(xiàn)已產(chǎn)生6.5GW的營運(yùn)經(jīng)驗(yàn)[23]。

迪拜宣布將成為全世界最大的CSP項(xiàng)目所在地，其耗資約40億美元的Noor Energy 1太陽熱能計劃在2020年1月已完成世界最高的CSP電塔建造[24]。

由于CSP系統(tǒng)可以在白天產(chǎn)生多余的能量，并將其儲存起來供夜間或?qū)硎褂?，不僅可以改善財務(wù)績效，還可以提高太陽能的可調(diào)度性和電網(wǎng)的靈活性，因此美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的最新研究，也建議具有熱能儲存功能的CSP可以用作補(bǔ)充解決方案，以克服PV的間歇性問題[25]。

2019年9月，歐盟已授予四年計劃Horizon 2020資金1060萬歐元，以擴(kuò)大由瑞士新創(chuàng)公司Insolight開發(fā)concentrating solar modules的生產(chǎn)，該計劃主要是致力建立有別于傳統(tǒng)的PV或CPV，能在多云條件下收集太陽能的concentrating領(lǐng)航數(shù)組組件，以期將現(xiàn)有的18%～20%轉(zhuǎn)換效率提升到30%[26]。這其實(shí)也是趨向精巧型模塊化CSP的設(shè)計理念。

2020年，迪拜啟動總投資38.7億美元的“2050年迪拜清潔能源戰(zhàn)略”的第二階段，表達(dá)支持該計劃的最終目標(biāo)：使杜拜成為全球最大規(guī)模的CSP發(fā)電廠所在地，預(yù)計完成后將產(chǎn)生1000MW的清潔能源[27]。

阿曼預(yù)期將成為擁有蓄熱能力的600MW CSP的國家，且首批500MW將于2021年即投入營運(yùn)[28]。

為了加速應(yīng)對全球氣候變化，并實(shí)現(xiàn)2030年歐盟新的可再生能源占27%之目標(biāo)，歐洲需要迅速擴(kuò)大所有可再生能源的使用，因而要求開發(fā)進(jìn)一步的新解決方案，特別是能解決能量儲存關(guān)鍵問題的技術(shù)。Next-CSP計劃就是針對這一需求的響應(yīng)，并解決與CSP相關(guān)的重大改進(jìn)，包括可用于直接熱能儲存的傳熱流體、太陽能場、允許新周期的管狀太陽能高溫接收器。該計劃提出了一種使用于太陽能塔頂?shù)牧鲬B(tài)化的管中顆粒(fluidized particle-in-tube)概念，這是一項(xiàng)突破性的創(chuàng)新，為開發(fā)新一代允許高效率新周期(高于50%)的CSP電廠開辟了途徑，CSP電廠的效率將提高20%[29]。

2017年9月，美國能源部考慮CSP在穩(wěn)定性、彈性和儲能是最適合未來嚴(yán)峻考驗(yàn)的選項(xiàng)，并投入6200萬美元用于CSP項(xiàng)目，推動解決PV嚴(yán)重缺陷的技術(shù)，這充分表達(dá)美國政府支持，要從已經(jīng)達(dá)到市場成熟度的PV技術(shù)轉(zhuǎn)向不那么成熟的CSP技術(shù)[14]。

美國國家再生能源實(shí)驗(yàn)室目前有與CSP相關(guān)的三大研究計劃正在進(jìn)行中[30]。計劃一是在生產(chǎn)成本模型中仿真利用熱能儲存的聚光太陽能的價值，計劃二是集中太陽能發(fā)電在美國實(shí)現(xiàn)可再生能源情景中的潛在作用，計劃三是通過將CSP與熱能儲存一起使用，實(shí)現(xiàn)太陽能的更大滲透。

美國能源部太陽能技術(shù)辦公室資助CSP技術(shù)領(lǐng)域及系統(tǒng)整合的早期研究與開發(fā)，旨在提高CSP技術(shù)在電網(wǎng)上的可負(fù)擔(dān)性、性能與價值[16]。

西班牙的CAPSUN Technologies和GHENOVA Engineering公司共同開發(fā)了SPIRE & BLUESOLAR計劃，該計劃融合了PV和CSP的最佳功能，是一項(xiàng)突破性技術(shù)[31]。

位于倫敦的歐洲著名再生能源全球投資商Cubico Sustainable investments，除在西班牙投資擁有約150 MW的 CSP電站外，也考慮在非歐洲市場進(jìn)行CSP投資[32]。

4 CSP的發(fā)展前景

綜合CSP的國際發(fā)展現(xiàn)狀與世界發(fā)展趨勢可知，CSP不僅仍受美國、西班牙、南非、摩洛哥和印度諸國重視和持續(xù)投入發(fā)展，而且更擴(kuò)充推廣到歐盟、中東及南美洲，以及跨國合作、先進(jìn)技術(shù)等系統(tǒng)整合。因此歸納推論CSP未來可能往以下幾個方向發(fā)展。

4.1 應(yīng)用新技術(shù)降低成本

由于全球的PV安裝量目前占太陽能發(fā)電的最大宗，因此，在成本的考慮上，經(jīng)常會有人將CSP拿來與PV比較。依據(jù)Kerry Thoubboron 2019年資料，從安裝成本和能源平均成本(LCOE)來看，PV是較便宜的技術(shù)，而這是由于許多因素造成的，包括安裝簡便性和硬件要求；CSP則是一種較新的技術(shù)，需要更專業(yè)的技術(shù)和安裝方法，從而增加了成本。盡管安裝的普及使PV的價格下降了，然而隨著技術(shù)的進(jìn)步，CSP的成本將來也有望進(jìn)一步下降[33]。

因而，對于與PV相比等于剛起步的創(chuàng)新技術(shù)而言，CSP可因電廠操作所得經(jīng)驗(yàn)幫助降低成本，未來亦可因下述進(jìn)行中的新技術(shù)開發(fā)成功增進(jìn)效率而大幅降低成本[34-36]：

①改進(jìn)使用干燥冷卻，大量減少用水，降低成本。

②先進(jìn)塔式接收器設(shè)計可在760～816℃高溫運(yùn)行，提升效率而降低成本。

③與目前400℃情況相比，新型硅基傳熱流體可以在425℃運(yùn)行，形成更少的低沸點(diǎn)和氣態(tài)化合物，預(yù)期可降低5% CSP成本。

④在拋物線槽式CSP儲能使用熔鹽，處理溫度達(dá)550℃，有可能降低成本多達(dá)33%。

⑤定日鏡設(shè)計改進(jìn)，可實(shí)現(xiàn)更有效的光捕獲、更高的反射鏡精度、更好的驅(qū)動器和無線技術(shù)，將可預(yù)期降低成本30%～40%。

⑥超臨界二氧化碳功率循環(huán)借著具體改良高溫太陽能轉(zhuǎn)換成電力的效率，亦有降低CSP成本的潛力。

⑦無線場通信與控制(wireless field communication and control)應(yīng)用于CSP行業(yè)是另一項(xiàng)創(chuàng)新，可將CSP的布線減少85%，從而加快施工進(jìn)度并降低成本。

事實(shí)上，目前CSP的成本并未過高，并能隨著相關(guān)新技術(shù)的推出而不斷降低成本。例如2017年5～10月，CSP成本就從9.4美分/kWh，降到低于5美分/kWh，其整體競標(biāo)價格在短短半年就降低約50 %，因此盡管目前CSP的成本比PV高，但已顯示出快速降低的巨大潛力，而未來新技術(shù)、投資機(jī)制、政府支持、積極競爭、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)接口資源等因素都可能影響最終成本，亦表明未來CSP將可借由改善上述因素進(jìn)一步降低成本[37]。當(dāng)然，公司也必須盡一切努力，進(jìn)一步降低CSP能源成本價格，從而在激烈的競爭中保住市場份額。Turner認(rèn)為，“總成本系統(tǒng)研究證明，對于某一國家的總發(fā)電成本，使用CSP將比不使用CSP電廠的總成本更低，因?yàn)镻V電廠的實(shí)價(若政府對應(yīng)減少必要的經(jīng)濟(jì)激勵)將更高”[38]。

4.2 利用熱能儲存技術(shù)優(yōu)化發(fā)電效率

在發(fā)電效率方面，依據(jù)Kerry Thoubboron 2019年6月的數(shù)據(jù)[33]，CSP系統(tǒng)的太陽能發(fā)電效率取決于許多因素，包括CSP系統(tǒng)的類型、接收器和引擎。事實(shí)上，目前大多數(shù)CSP技術(shù)的效率在7%～25% ，與PV的solar cells轉(zhuǎn)換效率其實(shí)相當(dāng)(目前市場上大多數(shù)太陽能板的效率是在14%～23%)。此外，CSP系統(tǒng)可通過使用蓄熱并根據(jù)需求提供太陽能，從而幫助解決與太陽能可變性相關(guān)的電網(wǎng)集成難題，且即使日落后亦可保持儲存的熱量至需要用電時。CSP可生產(chǎn)對電網(wǎng)友好的可調(diào)度電力，其電力不僅可以調(diào)度，無論晴雨，都可以每天24小時調(diào)度，在夜間運(yùn)行亦無需外部備用燃料，這是PV難望其項(xiàng)背的。PV過于依賴陽光，無法產(chǎn)生恒定、平穩(wěn)的加班時間，尤其是在陰天期間更曝其短。此外，當(dāng)太陽下山時，用電需求增加到很高的水平，但PV輸出卻下降，從而導(dǎo)致著名的加利福尼亞鴨形曲線(California Duck Curve)現(xiàn)象(白天太陽能充足，總負(fù)載線低，其形狀像鴨腹；晚上無太陽能，總負(fù)載線高，其形狀則似鴨脖)。PV還需要逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，但逆變器效率不高、容易引發(fā)故障，且價格昂貴，而CSP可直接產(chǎn)生交流電無此顧慮，未來儲能的競爭加劇將更能凸顯CSP的優(yōu)勢。

通過使用熱能儲存技術(shù)(Thermal Energy Storage technologies,TES)來存儲能量，有助于克服太陽能發(fā)電的不規(guī)則性問題，而使太陽能熱技術(shù)在發(fā)電行業(yè)的滲透率有所提高，從而使CSP系統(tǒng)成為大規(guī)模發(fā)電更具吸引力的選擇。而儲備CSP系統(tǒng)產(chǎn)生的多余能量，則可幫助改善財務(wù)績效，以及太陽能的共享能力和電網(wǎng)的靈活性[39]。

未來全球CSP容量與發(fā)電能力將進(jìn)一步增加，且會利用互聯(lián)網(wǎng)將物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things,IoT)①納入CSP用途，活躍的互聯(lián)網(wǎng)連接可幫助CSP更有效地滿足客戶需求，解決相關(guān)資產(chǎn)管理的挑戰(zhàn)，并保持公用電網(wǎng)上的均衡負(fù)載，因而可能降低任何風(fēng)險[40]。

4.3 開發(fā)新的解決方案

由于CSP是通過使用各種反射鏡配置，將太陽的能量轉(zhuǎn)換為高溫?zé)崃縼懋a(chǎn)生電力。這些特殊技術(shù)的工作方式，使太陽能通過各種反射器聚集，然后將這些聚集的能量用于驅(qū)動熱力發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)。該技術(shù)包括兩個關(guān)鍵：一是收集太陽能并將其轉(zhuǎn)換為熱能，二是將熱能轉(zhuǎn)換為電，這兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的突破可以提升CSP工作績效，值得期待。

例如，美國加州的CSP技術(shù)初創(chuàng)公司Heliogen于2019年11月19日宣布，通過改善CSP塔式數(shù)組的反射率，達(dá)到更高的反射鏡精度，使聚焦溫超過了1000℃。該公司使用攝像頭和先進(jìn)的計算機(jī)視覺軟件，使定日鏡更精確地對準(zhǔn)，以提高太陽能效率。在比爾·蓋茨(Bill Gates)的支持下，證明了其高溫CSP技術(shù)可以代替化石燃料工廠進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)。其最終目標(biāo)則是達(dá)到1500℃溫度，使能分解二氧化碳和水，以生產(chǎn)氫或合成瓦斯(syngas)②等燃料[41]。

又如，德國宇航中心(DLR)正在開發(fā)一種離心式CSP接收器，以提高CSP設(shè)備的溫度極限，增加系統(tǒng)效率，該接收器目前出口處的顆粒溫度已達(dá)到965℃[41]。

其他，如開發(fā)干燥冷卻、先進(jìn)塔式接收器、新型硅基傳熱流體、熔鹽儲能、改進(jìn)定日鏡設(shè)計、運(yùn)用超臨界二氧化碳功率循環(huán)、應(yīng)用無線場通信與控制等新的解決方案，也將是CSP未來發(fā)展的必然趨勢[34-36]。

4.4 全球CSP的使用將更普及

隨著開發(fā)商Cerro Dominador在智利的第一家CSP工廠的竣工，該公司正在準(zhǔn)備對CSP行業(yè)進(jìn)行開創(chuàng)性的競標(biāo)。2019年，Cerro Dominador獲得了SolarReserve在智利北部450MW Likana CSP項(xiàng)目的權(quán)利，并準(zhǔn)備將Likana項(xiàng)目競標(biāo)到2020年6月智利的下一次電力拍賣中(交付期是2026年)，這次競標(biāo)沒有技術(shù)類別，將使CSP不得不與其他發(fā)電類型，例如聯(lián)合循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)(CCGT)競爭，這也暗示著開發(fā)商堅信未來CSP的使用將比現(xiàn)在更普及[42]。

借助最新的CSP技術(shù)設(shè)備，企業(yè)可以在許多方面獲得競爭優(yōu)勢，尤其是在成本管理、削減成本和降低價格方面。為了在市場上獲得更好業(yè)績，全球各地將制定CSP發(fā)電保持環(huán)境安全清潔、小區(qū)免受污染、有益后代等方向的實(shí)施目標(biāo)，增加全球CSP使用，創(chuàng)造更多就業(yè)機(jī)會[43]。

4.5 發(fā)展精巧型模塊化CSP

2020年2月17日，《Future Power Technology》刊載Julian Turner的最近研究建議：較小規(guī)模的設(shè)計可能有助于振興對CSP領(lǐng)域的興趣，因?yàn)樵S多大型CSP電廠的效率較低，是由于反射光在接收器和定日鏡場之間較大距離傳播時散開。研究指出，解決方案應(yīng)該“使中央接收器模塊化、更高效和可擴(kuò)展”，而每組約30 MW將是首選解決方案，效率將可提升近25%[38]。

美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)和科羅拉多礦業(yè)學(xué)院(CSM)亦曾提出過一種不同于傳統(tǒng)CSP設(shè)計的新方法，他們的想法是將典型的CSP規(guī)?？s小1000倍，從100 MW降低到100 kW，并使用廉價的材料和被動傳熱機(jī)制來降低成本。據(jù)估計，這樣可以將光學(xué)效率從66%提高至84%，且發(fā)電成本低于12美元/kWh[44]。

在這方面，針對大樓或小型小區(qū)型發(fā)電，可完全避開國際間大型CSP電廠專利，構(gòu)想設(shè)置每單位面積約100m2左右，模塊設(shè)計以4～6片鏡面鍍膜金屬反射板組成集光鏡，將太陽光反射到鍍膜聚光板，經(jīng)二次聚焦后產(chǎn)生的能量使管路間液體沸騰，再通過特制高效無葉片式渦輪與小型高功率、低噪音的軸向磁通永磁發(fā)電機(jī)，可直接產(chǎn)生定量的交/直流電力，且無需逆變器，可以獨(dú)立或串并聯(lián)使用，以提供商業(yè)建筑、住宅小區(qū)無污染的輔助性電源。若再配合主要電力的智能型電網(wǎng)，以各地設(shè)置分散發(fā)電的方式，則必可緩解高峰時段的用電壓力。

5 結(jié)論

發(fā)展太陽能綠能是全球未來極優(yōu)的選項(xiàng)，而位居太陽能應(yīng)用的兩大類型之一，CSP雖然發(fā)展較PV晚，目前成本也高于PV，但從國際發(fā)展現(xiàn)狀與世界趨勢可知，CSP因逐漸積累較多電廠操作經(jīng)驗(yàn)而幫助降低成本，未來會因許多目前進(jìn)行中的新技術(shù)開發(fā)成功提高效率而大幅降低成本，CSP更可憑借其所獨(dú)具的儲熱功能而優(yōu)化發(fā)電效率。再者，CSP是收集太陽熱能，將熱能轉(zhuǎn)換為電能，針對這兩項(xiàng)關(guān)鍵開發(fā)技術(shù)提升CSP工作績效是可以預(yù)期的。開發(fā)商在世界各地對CSP的投資將更普遍，發(fā)展精巧型模塊化的CSP則是可以預(yù)見的未來趨勢。雖然目前全球受新冠肺炎病毒肆虐依然持續(xù)，但若超前準(zhǔn)備，相信未來必定能創(chuàng)造出人與自然和諧相處的美好前景。

CSP和PV都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。在能量存儲和效率方面，CSP具有優(yōu)越性，因?yàn)樗梢越柚鶷ES技術(shù)儲存能量。另一方面，PV無法產(chǎn)生或存儲熱能，因?yàn)樗鼈冎苯影l(fā)電，而且說是PV成本低，其實(shí)是未考慮儲電裝置時，一旦PV與儲電裝置結(jié)合時，PV的成本優(yōu)勢就會失去。目前，鋰離子電池組的成本雖已降至230美元/ kWh以下，但仍很昂貴。也很難預(yù)見電池技術(shù)和材料將取得怎樣的突破，在不久的將來成本降低與否尚不確定。另一個問題是，在PV的整個生命周期中，更換電池可能需要4～5次，因此退化仍然是一個嚴(yán)重的問題，況且成本很高。而CSP系統(tǒng)對于大規(guī)模發(fā)電更具吸引力，因?yàn)闊崮軆Υ婕夹g(shù)比電能儲存技術(shù)要高效得多。CSP系統(tǒng)可以在白天產(chǎn)生多余的能量，并將其儲存起來供夜間使用，不僅可改善電力系統(tǒng)的財務(wù)績效，還可提高太陽能的可調(diào)度性和電網(wǎng)的靈活性。根據(jù)美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的最新研究，也建議具有熱能儲存功能的CSP可以用作補(bǔ)充解決方案，以克服PV的間歇性問題[5,45]。

盡管就節(jié)能而言，CSP顯然是效率更高一籌，但這并不意味著它是最佳選擇。兩者之間，PV便宜，因此能源投資者更傾向于使用PV。換句話說，盡管CSP具有優(yōu)勢，但它并不是最受歡迎的。但是，所有這些零和辯論(僅選擇其中一種)是沒有意義的，因?yàn)樗鼈儾槐叵嗷ジ偁?，零碳潔凈能源的“雞蛋”也不必全放在一個籃子里。實(shí)際上，如果兩者切實(shí)合作，世界將變得更加美好。我們可以期待未來出現(xiàn)一種新的太陽能發(fā)電技術(shù)，它將是兩者的混合體[46]。目前杜拜就剛好正在落實(shí)一個CSP與PV混合的5 GW太陽能公園計劃[47-48]，而西班牙CAPSUN Technologies和GHENOVA Engineering公司共同開發(fā)的SPIRE & BLUESOLAR計劃融合了PV和CSP的最佳功能，也堪稱另一項(xiàng)突破性技術(shù)[31]。

當(dāng)前，受新冠肺炎疫情影響，各行各業(yè)的正常營運(yùn)、生產(chǎn)制造等皆受影響，以致于人際互動大量減少，商業(yè)活動無法正常運(yùn)行，似將陷入毀滅性的經(jīng)濟(jì)衰退。其中尤其是石油價格的崩盤，更將直接影響原先綠能科技的急迫性，若這種情況持續(xù)下去，可推測所有產(chǎn)品的成本肯定將是重要考慮。然而危機(jī)亦是轉(zhuǎn)機(jī)，COVID-19帶給人類威脅的同時也對人類示警，須超前考慮如何避免重蹈環(huán)境傷害，進(jìn)一步創(chuàng)造人類與地球共存的環(huán)境。因此，在受疫情影響再度恢復(fù)正常之前，對于CSP的未來發(fā)展作出客觀、科學(xué)的分析，做好充分準(zhǔn)備是非常重要的。

注釋：

①物聯(lián)網(wǎng)一般為無線網(wǎng)，是因特網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等的信息承載體，讓所有能行使獨(dú)立功能的普通物體實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。由于每個人周圍的設(shè)備可以達(dá)到1000～5000個，所以物聯(lián)網(wǎng)可能要包含500兆～1000兆個物體。物聯(lián)網(wǎng)將現(xiàn)實(shí)世界數(shù)字化，應(yīng)用范圍十分廣泛。在物聯(lián)網(wǎng)上，每個人都可應(yīng)用電子卷標(biāo)將真實(shí)的物體上網(wǎng)連接，也都可以查出它們的具體位置。通過物聯(lián)網(wǎng)可用中心計算器對機(jī)器、設(shè)備、人員進(jìn)行集中管理、控制，也可以對家庭設(shè)備、汽車進(jìn)行遙控，以及搜尋位置、防止物品被盜等，類似自動化控制系統(tǒng)，同時通過收集這些小事物的數(shù)據(jù)，最后可以匯聚成大數(shù)據(jù)，應(yīng)用于包含重新設(shè)計道路以減少車禍、都市更新、災(zāi)害預(yù)測與犯罪防治、流行病控制等重大改變，以實(shí)現(xiàn)物與物的連接。

②合成瓦斯是一種燃料氣體混合物，主要成分是氫氣、一氧化碳和二氧化碳。