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同样是太阳能发电 为什么光热发电一直“默默无闻”?
[发布时间]:2021年1月12日 [来源]:中国科普博览 [点击率]:2905
【导读】: 在已知的清洁能源中,太阳能无疑是目前地球上可以开发的、储量最多的可再生能源。提起太阳能利用,大家首先会想到的是光伏发电,毕竟,太阳能汽车、太阳能充电宝等我们在平常生活中就可以看到。其实,太阳能还有...

  在已知的清洁能源中,太阳能无疑是目前地球上可以开发的、储量最多的可再生能源。提起太阳能利用,大家首先会想到的是光伏发电,毕竟,太阳能汽车、太阳能充电宝等我们在平常生活中就可以看到。其实,太阳能还有另一种利用方式,太阳能光热发电。

  了解光热,记住光热
  光伏发电、光热发电,都是利用太阳能发电,差别在于,利用的原理不同。
  光生伏特效应是太阳能光伏发电的基本原理,而太阳能电池是完成太阳能到电能转换的载体。太阳能电池是一种含有P-N结的半导体材料,P-N结可以吸收太阳光,并在内部建立电场,当在电场两侧接入一定的负载时,负载上就会产生电流,整个过程就是太阳能光伏发电的基本原理。
  而太阳能光热发电的原理是,通过反射镜将太阳光汇聚到太阳能收集装置,利用太阳能加热收集装置内的传热介质(液体或气体),再加热水形成蒸汽带动或者直接带动发电机发电。
  简要来说,太阳能光热发电分为三个环节,集热环节、利用太阳能加热导热介质、最后通过导热介质带动发动机发电。而相应的针对各个环节,都有不同的方法进行科学的不断尝试来形成最优设计,如:集热环节主要有槽式、塔式、碟式、涅菲尔式等4种;导热工质一般采用水、 矿物油或者熔盐;最后可通过水蒸汽朗肯循环、CO2布雷顿循环或者斯特林发动机等发电。
  那么太阳能光热发电究竟是怎么运行的呢?我们将用一个已经投入运作的示范项目进行详细说明。
  首先,这种太阳能电厂由定日镜组成。定日镜受电脑的控制,跟随太阳转动,可以将一天的日光都反射到中心点。定日镜占地面积小,可以被单独放置,并且无需深固的地基就可以适应地形。发电厂包括成百上千的定日镜,它们可以通过WIFI互相连接以提高效率,将阳光反射聚集到塔顶上一个叫做接收器的大型热交换器上。
  在接收器内,熔盐流体可通过管道的外壁吸收聚集在此处的阳光中的热量。在此项技术中,熔盐能从500华氏度被加热到1000华氏度以上。因为熔盐在熔融态下可保持较宽的工作温度范围,允许系统在低压工况下,出色、安全地实现能量的吸收和存储,所以它是一种理想的吸热介质。
  经过吸热器后,熔盐沿着塔内的管道向下流动,然后进入储热罐。
  之后,能量以高温熔盐的形式被存储下来以备不时之需。该技术的优点是液态熔盐既可以收集能量,还可以将能量收集与发电分离。
  当白天或晚上需要用电时,水箱中的水和高温熔盐分别流入蒸汽发生器,从而产生蒸汽。
  一旦熔盐用于产生蒸汽后,冷却的熔盐经管道回冷储罐,然后再次流回吸热器,随着过程的继续重新被加热。
  蒸汽在驱动汽轮机之后,会被冷凝回水,然后返回储水箱,必要时它将流回蒸汽发生器。
  这样高质量的过热蒸汽驱动汽轮机以最高效率运行,以便在用电需求高峰时段产生可靠持续的电力。蒸汽产生的过程与常规火电或核电厂中的过程相似,不同点是完全可再生的且废料和有害排放为零。即使天黑了,电厂仍可按需从可再生的太阳能中提供可靠的电力。
  以上就是一组太阳能光热发电系统整个的运作过程,不知道大家有没有对光热发电有更深入的了解呢?
  那么,同样是太阳能发电,为什么光热发电一直“默默无闻”?光热发电明明在科学界中具有一定的探索价值,为什么在人类的日常生活中却没有得到广泛的应用呢?

  光热发电vs光伏发电,二者孰优孰劣?
  同一种能源的利用,却产生了不一样的亲民性,这是与光热发电和光伏发电各自的优劣势是分不开的。
  从集热环节思考,光热发电对于应用地域的要求是高于光伏发电的。光热发电顾名思义就是以热度为标准,需要高温度的辐照,而光伏发电对热度一般没有那么高的要求。我们所适应居住的地点,太阳能辐射强度不足以用于建设光热电站。因此在日常生活中,我们对于光热发电并不熟悉。
  从导热介质环节思考,光热发电所使用的熔盐等物质,成本低、价值高、可持续利用,是优于高成本、低寿命的光伏电池的。因此,光热发电的能量储存能力远高于光伏发电。同时,光热发电由于储能效果好,在接入电网时,受到天气环境因素的影响就会小,对电网负荷波动的响应会低。因此,在发电的可调度性上,光热发电更优于光伏发电。
  从导热介质带动发动机发电环节思考,光伏发电只需要进行光电转化,而光热发电是经过光电转化后还要进行光热的转化,可见光热的发电步骤更复杂。
  不过,光热发电多出的一个环节可应用于其他方面。例如光热发电产生的热度可以降低海水盐度,淡化海水,同时也可以应用于工业生产中。这说明光热发电比光伏发电的应用领域更广。
  但同时,多经历一个环节,对科学技术掌握的要求也就更高,运用到实际工程领域的难度也就越大。光热发电难度高于光伏发电,且我国的光热发电研发起步也晚于光伏发电,因此,光热发电的技术仍然在不断健全和完善中。
  正所谓原理产生差异,因此各有优劣。那就更需要相互努力,光热发电和光伏发电还有很长的路要走。

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