同樣是太陽能發(fā)電，為什么光熱發(fā)電一直“默默無聞”？

在已知的清潔能源中，太陽能無疑是目前地球上可以開發(fā)的、儲(chǔ)量最多的可再生能源。提起太陽能利用，大家首先會(huì)想到的是光伏發(fā)電，畢竟，太陽能汽車、太陽能充電寶等我們?cè)谄匠Ｉ钪芯涂梢钥吹?。其?shí)，太陽能還有另一種利用方式，太陽能光熱發(fā)電。

了解光熱，記住光熱

光伏發(fā)電、光熱發(fā)電，都是利用太陽能發(fā)電，差別在于，利用的原理不同。

光生伏特效應(yīng)是太陽能光伏發(fā)電的基本原理，而太陽能電池是完成太陽能到電能轉(zhuǎn)換的載體。太陽能電池是一種含有P-N結(jié)的半導(dǎo)體材料，P-N結(jié)可以吸收太陽光，并在內(nèi)部建立電場(chǎng)，當(dāng)在電場(chǎng)兩側(cè)接入一定的負(fù)載時(shí)，負(fù)載上就會(huì)產(chǎn)生電流，整個(gè)過程就是太陽能光伏發(fā)電的基本原理。

而太陽能光熱發(fā)電的原理是，通過反射鏡將太陽光匯聚到太陽能收集裝置，利用太陽能加熱收集裝置內(nèi)的傳熱介質(zhì)（液體或氣體），再加熱水形成蒸汽帶動(dòng)或者直接帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

簡(jiǎn)要來說，太陽能光熱發(fā)電分為三個(gè)環(huán)節(jié)，集熱環(huán)節(jié)、利用太陽能加熱導(dǎo)熱介質(zhì)、最后通過導(dǎo)熱介質(zhì)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電。而相應(yīng)地針對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)，都有不同的方法進(jìn)行科學(xué)的不斷嘗試來形成最優(yōu)設(shè)計(jì)，如：集熱環(huán)節(jié)主要有槽式、塔式、碟式、涅菲爾式等4種;導(dǎo)熱工質(zhì)一般采用水、礦物油或者熔鹽;最后可通過水蒸汽朗肯循環(huán)、CO2布雷頓循環(huán)或者斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)等發(fā)電。

那么太陽能光熱發(fā)電究竟是怎么運(yùn)行的呢？我們將用一個(gè)已經(jīng)投入運(yùn)作的示范項(xiàng)目進(jìn)行詳細(xì)說明。

首先，這種太陽能電廠由定日鏡組成。定日鏡受電腦的控制，跟隨太陽轉(zhuǎn)動(dòng)，可以將一天的日光都反射到中心點(diǎn)。定日鏡占地面積小，可以被單獨(dú)放置，并且無需深固的地基就可以適應(yīng)地形。發(fā)電廠包括成百上千的定日鏡，它們可以通過WIFI互相連接以提高效率，將陽光反射聚集到塔頂上一個(gè)叫做接收器的大型熱交換器上。

在接收器內(nèi)，熔鹽流體可通過管道的外壁吸收聚集在此處的陽光中的熱量。在此項(xiàng)技術(shù)中，熔鹽能從500華氏度被加熱到1000華氏度以上。因?yàn)槿埯}在熔融態(tài)下可保持較寬的工作溫度范圍，允許系統(tǒng)在低壓工況下，出色、安全地實(shí)現(xiàn)能量的吸收和存儲(chǔ)，所以它是一種理想的吸熱介質(zhì)。

經(jīng)過吸熱器后，熔鹽沿著塔內(nèi)的管道向下流動(dòng)，然后進(jìn)入儲(chǔ)熱罐。

之后，能量以高溫熔鹽的形式被存儲(chǔ)下來以備不時(shí)之需。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是液態(tài)熔鹽既可以收集能量，還可以將能量收集與發(fā)電分離。

當(dāng)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，從而產(chǎn)生蒸汽。

一旦熔鹽用于產(chǎn)生蒸汽后，冷卻的熔鹽經(jīng)管道回冷儲(chǔ)罐，然后再次流回吸熱器，隨著過程的繼續(xù)重新被加熱。

蒸汽在驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)之后，會(huì)被冷凝回水，然后返回儲(chǔ)水箱，必要時(shí)它將流回蒸汽發(fā)生器。

這樣高質(zhì)量的過熱蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)以最高效率運(yùn)行，以便在用電需求高峰時(shí)段產(chǎn)生可靠持續(xù)的電力。蒸汽產(chǎn)生的過程與常規(guī)火電或核電廠中的過程相似，不同點(diǎn)是完全可再生的且廢料和有害排放為零。即使天黑了，電廠仍可按需從可再生的太陽能中提供可靠的電力。

以上就是一組太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)整個(gè)的運(yùn)作過程，不知道大家有沒有對(duì)光熱發(fā)電有更深入的了解呢？

那么，同樣是太陽能發(fā)電，為什么光熱發(fā)電一直“默默無聞”？光熱發(fā)電明明在科學(xué)界中具有一定的探索價(jià)值，為什么在人類的日常生活中卻沒有得到廣泛的應(yīng)用呢？

光熱發(fā)電vs光伏發(fā)電，二者孰優(yōu)孰劣？

同一種能源的利用，卻產(chǎn)生了不一樣的親民性，這是與光熱發(fā)電和光伏發(fā)電各自的優(yōu)劣勢(shì)分不開的。

從集熱環(huán)節(jié)思考，光熱發(fā)電對(duì)于應(yīng)用地域的要求是高于光伏發(fā)電的。光熱發(fā)電顧名思義就是以熱度為標(biāo)準(zhǔn)，需要高溫度的輻照，而光伏發(fā)電對(duì)熱度一般沒有那么高的要求。我們所適應(yīng)居住的地點(diǎn)，太陽能輻射強(qiáng)度不足以用于建設(shè)光熱電站。因此在日常生活中，我們對(duì)于光熱發(fā)電并不熟悉。

從導(dǎo)熱介質(zhì)環(huán)節(jié)思考，光熱發(fā)電所使用的熔鹽等物質(zhì)，成本低、價(jià)值高、可持續(xù)利用，是優(yōu)于高成本、低壽命的光伏電池的。因此，光熱發(fā)電的能量?jī)?chǔ)存能力遠(yuǎn)高于光伏發(fā)電。同時(shí)，光熱發(fā)電由于儲(chǔ)能效果好，在接入電網(wǎng)時(shí)，受到天氣環(huán)境因素的影響就會(huì)小，對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)的響應(yīng)會(huì)低。因此，在發(fā)電的可調(diào)度性上，光熱發(fā)電更優(yōu)于光伏發(fā)電。

從導(dǎo)熱介質(zhì)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電環(huán)節(jié)思考，光伏發(fā)電只需要進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化，而光熱發(fā)電是經(jīng)過光電轉(zhuǎn)化后還要進(jìn)行光熱的轉(zhuǎn)化，可見光熱的發(fā)電步驟更復(fù)雜。

不過，光熱發(fā)電多出的一個(gè)環(huán)節(jié)可應(yīng)用于其他方面。例如光熱發(fā)電產(chǎn)生的熱度可以降低海水鹽度，淡化海水，同時(shí)也可以應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。這說明光熱發(fā)電比光伏發(fā)電的應(yīng)用領(lǐng)域更廣。

但同時(shí)，多經(jīng)歷一個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)科學(xué)技術(shù)掌握的要求也就更高，運(yùn)用到實(shí)際工程領(lǐng)域的難度也就越大。光熱發(fā)電難度高于光伏發(fā)電，且我國(guó)的光熱發(fā)電研發(fā)起步也晚于光伏發(fā)電，因此，光熱發(fā)電的技術(shù)仍然在不斷健全和完善中。

正所謂原理產(chǎn)生差異，因此各有優(yōu)劣。那就更需要相互努力，光熱發(fā)電和光伏發(fā)電還有很長(zhǎng)的路要走。

道阻且長(zhǎng)，未來仍需努力

對(duì)于當(dāng)前能源、資源和環(huán)境等問題來說，太陽能源是一種十分有效的解決途徑。自太陽能被發(fā)現(xiàn)利用以來，能源短缺的現(xiàn)象得到了一定程度的緩解，太陽能的各種優(yōu)點(diǎn)特性使其在眾多能源領(lǐng)域中具有無可替代的地位。

作為兩種主要的太陽能利用方式，太陽能光熱發(fā)電技術(shù)與太陽能光伏發(fā)電技術(shù)優(yōu)勢(shì)不同，應(yīng)用領(lǐng)域也不同，有各自的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展前景。在太陽能發(fā)電發(fā)展比較好的地方，應(yīng)該既有光熱發(fā)電系統(tǒng)，又有光伏發(fā)電系統(tǒng)。長(zhǎng)期來看，兩者是互補(bǔ)關(guān)系。

雖然光熱發(fā)電技術(shù)由于某些原因的限制不被大家所熟知，但是在成本、能源的消耗、應(yīng)用范圍、存儲(chǔ)狀況這些方面，光熱發(fā)電都是相對(duì)較優(yōu)選擇。我們有理由相信，總有一天，無論是太陽能光伏發(fā)電技術(shù)還是太陽能光熱發(fā)電技術(shù)都將會(huì)成為人類科技持續(xù)、協(xié)調(diào)、穩(wěn)定發(fā)展的支柱。