與太陽光一起，我們最近的恆星的熱量也是可再生能源的充足來源，發電機可以利用這些熱量以克服太陽能最大缺點之一的方式。
透過使用鏡子，開發人員可以聚焦太陽光線以產生工業用熱或發電，通常使用可以儲存能量的材料。從理論上講，這是一個非常簡單的想法，當然也不是什麼新鮮事。傳說阿基米德在第二次布匿戰爭期間使用大型拋光鏡子來點燃羅馬的船隻。
在美國，聚光太陽能（CSP）在 20 世紀 80 年代以南加州的九個發電廠的形式出現，這些發電廠使用槽形鏡子將能量集中在迴圈傳熱流體上。該流體通常是一種合成油，然後將熔鹽加熱到高達 350 攝氏度的溫度，然後將水煮沸以驅動渦輪機。
關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮支援我們屢獲殊榮的新聞報道，方法是 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保未來有關塑造當今世界的發現和想法的具有影響力的故事。
隨著低成本化石燃料、風能和光伏發電上線，人們對 CSP 的興趣減弱，開發工作在很大程度上停滯了十多年。然而，近年來，隨著公用事業公司尋求清潔和穩定的電力，對可再生能源和太陽能熱技術的的需求彼此呼應。現在，美國和國外的開發商正在建設新的 CSP 設施，從而推動對使這些系統更高效的新方法的研究。
阿海琺太陽能公司首席技術官 Philip Gleckman 說：“今天的 CSP 提供了 [光伏技術] 不具備的功能，即可排程性。”
他解釋說，太陽能熱電廠中的液態鹽化合物可以保持高溫數小時，從而使操作員可以根據需要發電。這意味著 CSP 電廠可以在雲層經過時甚至在日落後產生穩定的電子流，這與僅在陽光照射時才發電的光伏板不同。
因此，CSP 在間歇性可再生能源中脫穎而出，成為尋求穩定電力的開發商的有吸引力的選擇。美國國家可再生能源實驗室 (NREL) 上週釋出的一項研究表明，當三分之一的電力來自光伏發電和風力渦輪機時，CSP 的這種靈活性為公用事業公司帶來了每兆瓦 35.80 美元的價值。
Gleckman 說：“我認為市場已經非常明確地表明它需要 [能源] 儲存。”
對太陽能熱能進行徹底的測試
阿海琺太陽能公司正在與桑迪亞國家實驗室的國家太陽能熱測試設施合作開發一種 CSP 系統，該系統使用熔鹽代替接收管中的油，既用作傳熱流體又用作工作流體，從而降低成本並提高效率。該設施建於 1976 年，但在美國復甦與再投資法案下獲得了 1780 萬美元的升級資金。
Gleckman 解釋說，開發人員需要在建造一個全尺寸工廠之前，在規模上對太陽能熱系統進行廣泛的測試，這比光伏板更重要。
他說：“這是一個相當惡劣的環境，你不能僅僅在紙面上說服自己它會起作用。”在太陽能熱系統中，元件可能面臨高於 600 攝氏度的溫度，足以熔化玻璃，以及高達 100 個太陽強度的太陽能波動。
在測試現場，一片 100 碼乘 100 碼的拋物面鏡子將光線聚焦在懸掛在 100 英尺高的接收管上，這種設計被稱為緊湊型線性菲涅耳反射器。“這幾乎是一個全尺寸工廠的一部分，”國家太陽能測試設施的測試工程師 Cheryl Ghanbari 說。
Ghanbari 說，研究人員將監測鹽的流動情況、管子吸收熱量的效率以及該地點的溫度變化情況，以及桑迪亞的熔鹽測試迴路。她預計該設施將在 4 月投入執行。
其他太陽能熱設計，如太陽能塔，也越來越受歡迎。在這種設計中，稱為定日鏡的太陽跟蹤鏡將光線聚焦在中央塔上。“槽型是一種經過考驗的技術，但你也有這些新的中央接收器工廠，它們可以達到更高的溫度，並且理論上可以降低成本，”國家可再生能源實驗室的 CSP 專案經理 Mark Mehos 說。
加利福尼亞州-內華達州邊境附近的伊萬帕太陽能發電站就是這樣一種設計。這座 377 兆瓦的發電廠將使用 170,000 個定日鏡，為 140,000 個家庭供電。當它在 10 月上線時，它將使美國的太陽能熱發電能力翻一番。該專案獲得了美國能源部 16 億美元的貸款擔保。
西班牙、義大利和沙烏地阿拉伯正在加緊準備
與光伏發電廠相比，CSP 發電機需要更可靠的陽光，因此它們在地理上僅限於陽光充足的地區。光伏板也是模組化的，因此開發人員可以更快地建造發電廠。然而，鏡子比面板更耐用，並且不會隨著時間的推移而退化。隨著這些發電廠規模越來越大，電力變化對光伏發電來說是一個更大的問題，但對 CSP 來說不是。
在後端，太陽能熱電廠與燃煤和燃氣發電機組的共同點比與光伏農場的共同點更多。熱電廠（包括可再生能源和化石燃料）通常使用朗肯迴圈來發電。在這種迴圈中，熱源在閉環中加熱蒸汽，從而驅動渦輪機發電。然後蒸汽冷凝並再迴圈。
然而，Gleckman 表示，由於太陽能熱系統的高溫，它們也可以使用由超臨界二氧化碳驅動的動力模組。這些渦輪機使用布雷頓迴圈，這類似於噴氣發動機的工作原理，只是渦輪機使用熱液體（在這種情況下是二氧化碳）而不是空氣。該動力模組將使用比朗肯渦輪機少 30 倍的空間，從而大幅降低材料和維護成本。
Gleckman 說：“如果你可以使用一種更便宜的發電方式，那麼你就有可能採取一種顛覆性的方法。如果不採取動力模組迴圈的做法，就很難達到與（化石燃料）成本持平的水平。”
Mehos 說，儘管太陽能熱電廠效能穩定，但它們很可能在電網中發揮吸收需求高峰的作用，而不是提供基本負荷電力。“在今天的市場中，我相信，實際上，沒有基本負荷 CSP 系統的市場。在非高峰或過渡時期，這種能量的價值很低，”他說。部分原因是電網運營商通常不對能量儲存定價，但 CSP 開發商正在努力改變這種情況。
許多其他國家也在開發 CSP 電廠。西班牙處於領先地位，有三十多個電廠正在執行或正在建設中。
Gleckman 指出，“預計最大的兩個市場將是印度和沙烏地阿拉伯”，沙烏地阿拉伯希望不再燃燒石油來發電，以便它可以出售石油，而印度則希望獲得低碳能源來推動其發展。
經環境與能源出版有限責任公司許可，轉載自 Climatewire。www.eenews.net，202-628-6500