關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮訂閱我們的獲獎新聞，以支援我們的工作。 訂閱。購買訂閱即表示您正在幫助確保有關當今塑造我們世界的發現和思想的具有影響力的故事的未來。
在西班牙格拉納達附近，超過 28,000 公噸的鹽現在正在 Andasol 1 發電廠的管道中流淌。這些鹽將用於解決太陽能發電一個緊迫而顯而易見的問題：當太陽不發光時（即在夜間）該怎麼辦？
答案是：將太陽光作為熱能儲存起來，以備不時之需。
作為所謂的槽式拋物面 太陽能熱發電廠的一部分，這些鹽很快將幫助該設施在夜間發光——字面意義上如此。由於大多數鹽僅在高溫下熔化（例如，食鹽在約 1472 華氏度或 800 攝氏度左右熔化），並且直到溫度升高到相當高時才會變成蒸汽，因此它們可以用來儲存大量太陽的熱能。只需利用陽光加熱鹽，然後透過熱交換器將這些熔融鹽放置在靠近水的位置。然後可以製造高溫蒸汽來轉動渦輪機，而不會損失太多原始吸收的太陽能。
這些鹽（硝酸鈉和硝酸鉀的混合物，否則用作肥料）可以儲存足夠多的太陽熱量，使發電廠在太陽開始落山後可以持續輸出近八個小時的電力。“足以在 7.5 小時內以 50 兆瓦的滿負荷生產能量，”Solar Millennium, AG 的發言人斯文·穆爾曼說，該公司是開發 Andasol 電廠的德國太陽能公司。“生產時間幾乎是無儲存的[太陽能熱]發電廠的兩倍，我們有可能計劃我們的電力生產。”
使用鏡子集中太陽能是一個古老的技巧——中國和古希臘人都用它來生火——而採用這種技術的現代發電廠可能會提供重要的可再生能源，而不會產生任何溫室氣體排放。
這本身就是一個進步，但這種發電廠僅限於在有陽光時發電。因此，工程師們嘗試了許多不同的技術來儲存太陽能，以便更廣泛地使用這種發電廠。他們嘗試過電池，但投入的能量太多無法返回，而且根據科羅拉多州戈爾登市的國家可再生能源實驗室（NREL）的分析，電池往往過於昂貴。壓縮空氣或將水抽到高處更有前景，但這樣做的機會受到洞穴數量以及水和水庫的可用性的限制。
然而，在高於 435 華氏度（224 攝氏度）的溫度下熔化鹽可以返回多達 93% 的能量，而且這些鹽由於用作肥料而無處不在。
“有一個術語叫做往返效率。基本上，它是衡量如果首先儲存熱能，然後使用它，與直接獲取能量相比，產生的電量多少的指標。這個數字約為 93%，”NREL 的高階工程師格雷格·格拉茨梅爾解釋說。“對於壓縮空氣和機械式儲存之類的東西，損失會更嚴重，”所有各種技術的平均損失至少為 20%。
Andasol 1 發電廠的建設成本約為 3.8 億美元（3 億歐元），是第一個實際使用該技術的發電廠，因此它在商業實踐中的運作情況仍有待觀察。但美國政府實驗室——NREL 以及新墨西哥州阿爾伯克基的 桑迪亞國家實驗室——已經證明該技術可以在採用該技術的示範專案中發揮作用，例如加利福尼亞州巴斯托郊外的 Solar Two 塔式發電廠。
Solar Millennium 對該技術的運作充滿信心，以至於另一座同類型的 太陽能熱發電廠（Andasol 2）已接近完工。“它將在夏季初——五月或六月開始運營，”穆爾曼說。
並且亞利桑那公共服務公司 (APS) 已與 Abengoa Solar 簽約，在鳳凰城西南 70 英里（110 公里）的近 2,000 英畝（800 公頃）的土地上建造一座 280 兆瓦的太陽能熱發電廠，名為 Solana 或“陽光充足的地方”。“熔鹽技術的一大優點是，你可以從純太陽能資源中獲得更多，從同一設施中獲得更多能量，”APS 的可再生能源經理芭芭拉·洛克伍德說。“這是一種為我們提供額外綠色能源的替代方案”，在陰天或日落後可產生多達 1,680 兆瓦時的能量。
但是，額外的能量是有代價的。首先，必須擴大發電廠的規模，使其既能產生全部發電量，又能加熱鹽。就 Andasol 1 而言，這意味著要用長長的槽和管道覆蓋 126 英畝（50 公頃）的土地。然後，據穆爾曼稱，還有熔鹽儲罐的額外費用。
總而言之，根據 NREL 的格拉茨梅爾的說法，在 Andasol 1 或類似發電廠安裝熱能儲存的成本約為每千瓦時 50 美元。但是，它並沒有給由此產生的電力增加太多成本，因為它允許渦輪機執行更長時間，並且可以將這些成本分攤到更多的發電小時數上。根據格拉茨梅爾的說法，太陽能熱發電廠的電力成本約為每千瓦時 13 美分，無論是否有熔鹽儲存系統。
如果未考慮環境成本，那麼這個價格仍然幾乎是燃煤發電廠電力的兩倍——燃煤發電廠是目前最便宜的發電選擇。但是亞利桑那州的 APS 和其他公司可以利用太陽能來滿足當天晚些時候的最大電力需求。“我們的[電力]峰值需求在晚上晚些時候，一旦太陽能發電量開始下降，”洛克伍德說。這就是“我們朝那個方向發展並對儲存技術如此感興趣的原因”。
使用帶有熔鹽儲存系統的拋物槽的太陽能熱發電廠（如 Andasol 1 或 Solana）的效率雖然很高，但它們無法像可能的那樣捕獲儘可能多的太陽熱量。在 750 華氏度（400 攝氏度）以上，用於捕獲槽中太陽熱量的合成油開始分解，但熔鹽可以吸收更多的熱量。
為了使鹽的溫度更高，一些公司，例如加利福尼亞州聖莫尼卡的 SolarReserve，正在開發所謂的塔式發電廠——大片的鏡子將陽光集中到一箇中心塔上。由於集中式設計，這種結構可以在更高的溫度下執行（高達 1,000 華氏度，即 535 攝氏度），並直接使用熔鹽作為發電廠中傳遞熱量的流體。“我們將鹽加熱到 1,000 華氏度以上，這會產生與公用事業公司在燃煤或核電廠看到的相同的入口條件，”SolarReserve 的總裁特里·墨菲說。
但是，這樣的發電廠（墨菲說，該公司有大約 50 個此類專案正在進行中，並預計至少有一個專案（在美國或西班牙）將在 2013 年投入運營）將耗資高達 8 億美元建造一座 200 兆瓦的塔式發電廠。“建造的第一個熔鹽塔式發電廠將是一個真正的試驗，”桑迪亞的 聚光太陽能專案經理托馬斯·曼奇尼說。“這將需要足夠進步的人來為其提供資金或承擔更大的風險。”
因此，研究人員還在研究可以替代拋物槽發電廠中油的鹽，例如那些在較低溫度下熔化的鹽，因此在寒冷的夜晚不會那麼容易結冰，Abengoa Solar 的技術開發副總裁漢克·普萊斯說。
據穆爾曼稱，Solar Millennium 正在研究這樣一種鹽，桑迪亞已經開發出少量的新型混合鹽，包括硝酸鈣和硝酸鋰，它們在低於 212 華氏度（100 攝氏度）的溫度下熔化。“使用硝酸鋰的成本與其他所有成分加起來一樣貴。雖然仍然比有機傳熱油便宜得多，”加利福尼亞州桑迪亞的化學工程師鮑勃·布拉德肖說，他正在領導這項研究。“你不可能不付出任何代價就得到東西。”
長期研究專案正在研究其他熱儲存技術，例如將熱量儲存在沙子中或建立單罐熔鹽儲存。“主要目標是找到一種可以降低將其新增到發電廠的實際資本成本的儲存技術，”APS 的可再生能源技術服務主管菲爾·史密瑟斯說，該公司正在根據美國能源部贈款研究這些技術。
最終，這將取決於政策制定者和消費者對可再生和無排放電力的重視程度。“如果我們開始重視碳排放，並迫使燃煤電廠透過碳捕獲和封存實現無碳化，那麼煤電的成本將達到或超過每千瓦時10美分，”曼奇尼說。“任何這些技術都可以透過[熔鹽]儲能達到相同的10美分水平。然後市場將做出選擇。”
如果 Andasol 1 號電站發生洩漏或其他未能按預期交付的情況，損害將不僅僅是地面上的一堆鹽肥——它可能成為整個太陽能儲存努力的挫折。“我們必須建造第一個[商業]（熔鹽儲能）電廠，而這正是 Andasol 的作用，”曼奇尼說，為了證明這項技術。“它不必是完美的，但他們必須讓它運轉起來。”