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新能源領域的又一記重拳,熔鹽塔式光熱發電,中國走在世界前列

你知道嗎,利用鏡子也可以發電?

鏡子發電聽起來是不是很奇怪,但是這種發電方式卻在國內外備受關注,而且已經成為新能源領域的重要組成部分,值得一提的是中國在這項技術的發展依然走在了世界前列!那麼利用鏡子到底是如何發電的呢?

我們知道鏡子具有非常好的反射光的特性,如果利用非常多的鏡子把光匯聚到某一個固定的位置,那麼這個位置一定會產生很高的熱量,再設計一套儲熱系統,把熱量轉化為電能,就實現了光能的利用,基於這個基本的設計思路,科學家們研發出了熔鹽塔式光熱發電技術!

既然是光熱發電,那麼它的首要條件就是需要充足的光照,所以這種發電方式在中東地區,美洲地區,以及南歐地區等光線充足的國家有著非常廣泛的應用,2020年10月份迪拜建成了世界最大的熔鹽塔式光熱發電站,設計功率950兆瓦,相當於三峽水電站的二十五分之一!

而中國於2018年在敦煌戈壁灘建立了亞洲第一個熔鹽塔式光熱發電站,耗資30億元,設計功率100兆瓦,這個發電站由1.2萬枚鏡子組成,整整齊齊地圍繞在260米高的集熱塔周圍,形成了一個格外美麗的同心圓,一年的發電量可以達到3.9億千瓦時,可以承擔起8萬戶家庭的用電需求,雖然整體的發電量並不是很大,但是卻為有效利用戈壁灘的太陽能資源提供了一個很好的方案!

很多人可能會說,這不就是太陽能發電嗎?目前全世界都在流行的光伏發電不是挺好的嗎,而且光伏發電直接可以把光能轉化為電能,何須利用鏡子多此一舉?

關於這個疑惑,我們一會就會講到,任何一項新技術的誕生,一定會有他存在的價值,而且這個價值有可能會造福全人類!

那麼熔鹽塔式光熱發電到底是怎樣發電的呢?

簡單來說就是在光源充足的地區,設定一個幾百米的集熱塔,在塔的周圍佈滿成千上萬的可以跟隨陽光轉動的凹面鏡,這種鏡子有個專用的名稱叫做定日鏡,這樣可以保證無論太陽在什麼位置,都可以把陽光反射到集熱塔上,從而把熱量收集起來!

那麼這些熱量是如何儲存的呢?

這就需要用到熔鹽,所謂的熔鹽並不是我們吃飯時用的食鹽,而是硝酸鉀,亞硝酸鈉等在高溫下可以呈現熔融狀態的鹽類物質,有點類似於岩漿!

為什麼要選擇熔鹽呢?

因為這種物質可以在290度到565度之間都呈現熔融狀態,這樣可以讓他們像水一樣流動,從而把集熱塔的熱量帶走!很多人要問為什麼不選擇用水來帶走熱量呢?因為熔鹽溫度從290度到565度,升溫幅度可以達到275度形態依然不會變化,而水升高到100度就要開始變成蒸汽了,儲熱效果熔鹽是最理想的材料!

為了讓熔鹽能夠處於迴圈流動的狀態,在集熱塔的兩側會分別放置一個低溫罐和一個高溫罐,當集熱塔產生熱量時,集熱塔的溫度會升高到565度,此時低溫罐裡290度的熔鹽會被壓縮泵送到集熱塔裡去吸收熱量!

等到這部分熔鹽溫度升高到565度,就會被壓縮泵抽回高溫罐裡儲存起來,等到控制系統收到用電指令時,高溫罐裡的熔鹽會被送到蒸汽控制室,在這裡熔鹽的熱量傳遞給水,熔鹽溫度降到290度從新回到低溫罐!

而水吸收熱量變成水蒸氣,推動蒸汽輪機運轉,從而產生電力,這個過程就跟火力發電的原理是一樣的!

新能源領域的又一記重拳,熔鹽塔式光熱發電,中國走在世界前列

很多人肯定會產生這樣的質疑,蒸汽輪機本身的能量轉化率就比較低,而熔鹽把熱量傳遞給水的過程中也會伴隨著能量的損失,這麼一來一去,光熱發電的效率豈不是非常低?

咱們把他跟光伏發電做個對比,你就可以清晰地認識到他的優勢了!其實現有技術已經大幅度降低了能量的損耗,整個光熱發電的能量轉化率大概為30%左右,這個轉化率看起來不高,實則妥妥地碾壓光伏發電!目前商品矽太陽能電池的極限光電轉化率為33%,實際應用的光電轉化率一般為15%左右,所以光熱發電的能量轉化率幾乎是光伏發電的2倍!

此外相比於光伏發電,光熱發電可以不分晝夜24小時持續為使用者提供電力,可以參與電網的峰值調節,承擔起地方負荷!為什麼這麼說呢?

光熱發電可以透過高溫罐儲存高溫的熔鹽,等到電網有用電指令時,再把電力釋放出來,因此穩定性比較好,而大規模的光伏發電一般都是採用即採即用的形式,因此嚴重受制於天氣和晝夜交替,所以輸出電壓穩定性較差,到了晚上就沒有了電力供應!

很多人在想為什麼光伏發電不採用蓄電池進行儲存電能?

這個主要是受成本的制約,別看光熱發電的投資都是幾十億起步,如果光伏發電採用了電力儲存的方式,那麼成本會遠超光熱發電!

咱們就拿家庭用的光伏系統來舉個例子,一般家庭用10kw的光伏系統,每天可以產生50度電,光伏太陽能板的費用大概為2w左右,但是對應的12v4200AH的鋰電池則要4.2w,首先投資成本方面,電池就佔據了三分之二!

此外太陽能板的使用壽命可以達到25年,而鋰電池的壽命最多5年,也就是說以25年為一個週期來計算,投入的固定成本僅電池就要21w!

如果換做是一個100兆瓦級的大型光伏電站,在電池方面的投入成本顯然過高,所以一般的光伏電站可能只會配備比較小的電池系統,絕大部分的電力資源仍然是即採即用,因此無法做到像光熱電站那樣24小時持續穩定輸出電力資源!

由此可見,在太陽能的利用方面,光熱發電比起光伏發電依然具有著十分巨大的優勢,然而現階段由於投資成本巨大,回報週期太長,導致了這項技術並沒有大規模普及,相信未來隨著技術的提升,原材料成本的下降,光熱發電一定會成為主流的新能源的利用途徑!

#新能源##太陽能##科技##大國#

分類: 科學
時間: 2021-07-09

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