太阳能热发电塔式系统

◎文图 中国科学技术馆 李广进

能源自古以来就是世界发展和经济增长的基本驱动力，也是人类赖以生存的基础。

人类对能源的利用大致可以分为三个阶段：一、19世纪时煤炭取代木材等成为主要能源；二、20世纪时石油取代煤炭而居主导地位；三、20世纪后半叶开始出现的向多能源结构的过渡转换。

强大的太阳能

在多能源结构的清洁能源中，太阳能的蕴藏量最大（每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于燃烧130万亿吨煤的能量），发展前景最广阔，因为相对于其他新型清洁能源而言，太阳能受到的地域性影响最小。

现在人类利用太阳能的主要方式是利用太阳能发电。普遍应用的技术是光伏发电，把光能直接转化为电能来实现照明。这种方式的太阳能光电转化率很低，世界最高转化率也就在11%左右。所以，此种发电方式只能满足人们日常生活的部分需求，比如街道边的路灯，太阳能热水器等等。

要想满足人们日常生活的用电量，就要采用另外一种太阳能发电方式—太阳能热发电系统。太阳能热发电系统的发电方式有别于光伏发电，它是将光能转化为热能，热能转化为机械能，机械能再转化为电能的过程。

太阳能热发电系统

在中国科学技术馆四层“挑战与未来”A厅的“能源世界”展区就有关于太阳能热发电的展项—太阳能热发电塔式系统。

太阳能热发电系统主要由集热系统、热传输与交换系统和发电系统组成。

一、集热系统

在塔式系统的周围分布着独立跟踪太阳的定日镜，其主要作用是把阳光集中反射到塔顶部的集热器上，来实现集热的目的。定日镜由平面反射镜和跟踪机构组成。定日镜的格局布置要根据不同的地理位置因地制宜。比如在北半球的高纬度地区，定日镜放在塔的北部比较合适，在低纬度地区，就应该把定日镜分布在塔的四周。同时，每个定日镜都有自己独立的跟踪系统，一般采用双轴跟踪结构，控制方法主要是传感器跟踪和视日跟踪法并用。

二、热传输与交换系统

阳光集中反射到接收器后，温度会升高。接收器的工作介质通常采用熔盐液，熔盐液的温度升高到600°左右后输送到高温储热装置。然后在热交换装置中将水加热，产生水蒸气后，利用水蒸气来推动蒸汽轮机进行发电。熔盐液再进入低温储热装置保存，利用熔盐泵把熔盐液输送到接收器进行加热，如此循环往复。

三、发电系统

高温的水蒸气会带动蒸汽轮机转动进行发电，从蒸汽轮机排出的水蒸气经冷却后形成水，再由水泵把水输送到热交换器，再产生水蒸气推动蒸汽机轮。发电机发出电后转换成高压电输送到电网。

太阳能热发电系统除了发电量大以外，还具有聚光倍数高，反射光线一次完成，接收器散热面积小，光热转化率高等优点。这些都是未来太阳能发电方式的趋势所在。

早在1982年，美国就在加州南部巴斯托附近的沙漠地区建成一座被称为“太阳1号”的塔式太阳能热发电系统。中国首个具有自主知识产权的兆瓦级太阳能热发电塔式系统发电站在北京延庆已经通过验收。这个电站的年发电量可达195万度，相比传统火力电站每年可节约标准煤663吨，减排二氧化碳2336吨、二氧化硫17吨、粉尘颗粒136吨。

经济的发展、人口的增加促进了能源的消耗，我们应该在发展新型能源的同时节约煤炭、石油等一次性能源，保护地球，为子孙后代造福。