在美國西南部，通常是晴朗無雲的地區，太陽每平方米的能量傾瀉而下，超過八千瓦時*。在加利福尼亞州莫哈韋沙漠中心，巨大的拋物面鏡將這些太陽能集中起來，將特殊的油加熱到大約 750 華氏度（400 攝氏度）。這種熱油將熱量傳遞給水，使其汽化，然後蒸汽推動渦輪機發電。總而言之，九個這樣的鏡場，被稱為聚光太陽能發電廠，每年供應 350 兆瓦的電力。
面對日益增長的對氣候變化的擔憂，煤炭和天然氣燃燒的替代品，如這些，似乎從未如此具有吸引力。隨著太陽的恩賜等待著在快速增長的主要電力消費中心（拉斯維加斯、洛杉磯和鳳凰城等）附近被捕獲，人們對這種太陽能熱技術的興趣正在上升。幾十年來的第一個此類電廠，今年夏天開始為拉斯維加斯的霓虹燈提供 64 兆瓦的電力。
但是，物理學家、位於加利福尼亞州帕洛阿爾託的太陽能熱公司 Ausra 的首席科學官兼創始人戴維·米爾斯有更大的想法：集中太陽能以滿足美國所有的電力需求，包括轉向靠電網供電的電動汽車。米爾斯聲稱：“在 18 個月內，透過儲存，我們不僅會降低[太陽能熱]發電的成本，而且會滿足現代社會的需求。” “每天 24 小時供應[電力]，有效地取代煤炭或天然氣的功能。”
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該公司堅稱，它可以用每千瓦時僅 10 美分的價格做到這一點，這類似於如果對二氧化碳（主要的溫室氣體）的排放徵收費用，加利福尼亞州燃燒天然氣發電的價格（正如該州的公共事業委員會正在考慮的那樣）。
Ausra 將依靠一種不同型別的聚光太陽能發電廠來實現這一承諾。法國物理學家奧古斯丁·菲涅爾在 19 世紀表明，大型透鏡（如現有太陽能熱電廠的拋物槽）可以分解成提供相同焦點的小部分。應用這一點，米爾斯的設計——一種緊湊的線性菲涅爾反射器——與精密成型的拋物面鏡相比，具有更大的地面覆蓋率、更輕的重量和更高的耐用性。“你可以向它扔石頭，它們會彈開，”米爾斯說。“我們可以在佛羅里達州的颶風帶建造這些。”
這種菲涅爾太陽能熱電廠還消除了油，直接將水加熱到較低的溫度，大約為 535 華氏度（280 攝氏度），但壓力更高，約為 50 巴，即大氣壓的 50 倍。然後，它使用由此產生的蒸汽來驅動與核反應堆中使用的相同的低溫渦輪機。
產生的電量僅僅是太陽能的富裕程度和鏡子數量的函式。“我們正在從 80 到 100 兆瓦的設計轉向 700 兆瓦及以上，”Ausra 的執行副總裁約翰·奧唐納說。
關鍵將是證明效能。到目前為止，該公司只有一個太陽能陣列，連線到澳大利亞的燃煤電廠，以提供額外的蒸汽，提高其燃燒髒巖的效率。目前，Ausra 鏡子僅產生額外的 12 兆瓦額外熱量，但計劃將其提高到高達 38 兆瓦的熱量。
“線性菲涅爾概念的問題是大型系統的效能證明，而不僅僅是現場的原型系統，”位於科羅拉多州戈爾登的國家可再生能源實驗室 (NREL) 的聚光太陽能專案經理馬克·梅霍斯說。Ausra 和其他採用相同技術的公司，例如位於紐約市的 SkyFuel 和位於德國慕尼黑的 太陽能電力集團，“正在提出很大的主張，”他說，“沒有在現場進行測試。”
然而，如果這些主張成立，太陽能熱電廠可能會提供西南部（可能還有全國）的大部分電力。“你可以進入電網的最大限額是太陽能的約 25%，”包括光伏發電，米爾斯說。但是，“一旦你有了儲存，它就會從這個小眾的東西變成可以成為電網上的大猩猩，相當於煤炭。”
Ausra 聲稱已經解決了儲存問題，而沒有使用熔鹽或其他昂貴的儲熱手段。事實上，該公司估計，如果它可以儲存 16 個小時的熱量，其電力的價格將降至每千瓦時約 8 美分。“熱儲存通常被認為比電儲存便宜得多，”NREL 的高階分析師內特·布萊爾說。“沒有多少發電與儲存系統相結合可以利用這一點。[聚光太陽能]在電網或液流電池甚至超級電容器的儲存方面具有優勢。”
該系統將採用壓力和蒸汽蓄能器來實現這一技巧。“你允許一些蒸汽重新凝結，”奧唐納解釋說。“當你透過開啟通向渦輪機的閥門來降低壓力時，它會閃回到蒸汽。”
然而，這種長期蒸汽儲存尚未得到證實。“蒸汽儲存目前在小規模水平上是可行的，例如，一小時左右，”NREL 的梅霍斯指出。“由於蒸汽儲存涉及大量體積和高壓，將蒸汽儲存擴充套件到基本負荷應用風險非常高。”
假設他們的儲存系統有效，米爾斯和他的同事在今天在北京舉行的太陽能學會世界大會上發表的一篇論文中計算得出，這種太陽能熱電廠可以滿足加利福尼亞州和得克薩斯州的電力需求。並且，透過結合一個可以滿足加利福尼亞州和得克薩斯州需求的系統，太陽能熱電廠可以滿足全國 96% 的電力需求。“2006 年的全部能源使用量，包括儲存在內的現有技術將使用一塊 92 英里乘 92 英里的土地，”奧唐納說。“內華達州[土地管理局]土地的十分之一就足夠了。”
即使增加向電動汽車的過渡，也沒有改變陽光明媚的前景。“你必須產生更多的電力，”米爾斯說。但是，“它不會破壞”太陽能輸出和空調等電力需求之間的相關性。
如果儲存系統有效，這種以太陽能為主的電網也可以容忍間歇性資源，如風能。“許多[冬季]供暖負荷與風[資源]相關，”米爾斯補充說，並且風力發電的不穩定供應可以透過水電和太陽能來平滑，他認為。
這種解決國家能源需求的太陽能解決方案需要其他一系列投資，包括高能量、遠距離、直流輸電線路，從西南部或東南部等雲層較少的地區到西北部和東北部等雲層過多的地區。“在東部這樣做會增加成本，因為太陽能資源不太好，”NREL 的布萊爾說。“或者你可以建立某種大型輸電系統，試圖將電力輸送到東部。”
但是該技術已經存在。“輸電方面沒有新技術，現在世界各地都有兆伏級輸電線路，”奧唐納說。“與核廢料處置的成本和責任或長期碳封存的成本和責任相比，這是建設電力傳輸的成本。”
Ausra 希望在今年秋天宣佈幾項合作關係，並且已經獲得了在南加州一個未公開的地點建造一個此類太陽能熱電廠的土地。如果其儲存系統有效且具有成本效益，Ausra 可能只會幫助開啟一場太陽能革命。“我們有能力在不改變電價的情況下過渡到零碳電力未來，”奧唐納說。“這並不是任何人的傳統觀念的一部分。”
*更正：最初，此處寫的是“千瓦”，而不是正確的計量單位“千瓦時”，它反映了一天中太陽能的平均值。