在已知的清洁能源中,太阳能无疑是目前地球上可开发、储量最大的可再生能源。说到太阳能利用,首先想到的是光伏发电。毕竟我们在日常生活中可以看到太阳能汽车和太阳能充电宝。其实还有一种利用太阳能的方式,太阳能热发电。
第1部分.
理解光和热,记住光和热。
光伏发电和光热发电都是利用太阳能发电。区别在于利用的原则不同。
光伏效应是太阳能光伏发电的基本原理,太阳能电池是完成太阳能向电能转换的载体。太阳能电池是含有P-N结的半导体材料,可以吸收太阳光,在内部建立电场。当某个负载连接到电场的两侧时,负载上会产生电流。整个过程就是太阳能光伏发电的基本原理。
太阳能光热发电的原理是太阳光通过反射器聚集到太阳能集热器上,集热器内的传热介质(液体或气体)被太阳能加热,然后水被加热形成蒸汽驱动或直接驱动发电机发电。
简而言之,太阳能光热发电分为三个环节,即集热环节,利用太阳能加热导热介质,最后利用导热介质驱动发动机发电。对应于每个环节,有不同的方法科学地尝试形成优化设计。比如集热环节主要有四种:槽、塔、碟、尼费尔;一般以水、矿物油或熔盐作为导热工质。最后可以通过蒸汽朗肯循环、CO2布雷顿循环或斯特林发动机发电。
那么太阳能热发电是如何工作的呢?我们将用一个已经投入运行的示范项目来详细说明。

首先,这个太阳能发电厂由定日镜组成。定日镜由电脑控制,随太阳旋转,可以将一天的所有日光反射到中心点。定日镜占地面积小,可以单独放置,不需要很深的基础就能适应地形。该电厂包括数百个定日镜,可以通过WIFI相互连接以提高效率,并将阳光反射到塔顶部称为接收器的大型热交换器。
在接收器中,熔盐流体可以通过管道外壁吸收这里收集的阳光中的热量。在这项技术中,熔盐可以从500华氏度加热到1000华氏度以上。熔盐是一种理想的吸热介质,因为它可以在熔融状态下保持较宽的工作温度范围,并允许系统在低压下出色、安全地吸收和储存能量。
熔盐通过吸热器后,沿塔内管道向下流动,然后进入储热罐。
之后,在紧急情况下,能量以高温熔盐的形式储存。这项技术的优点是液态熔盐不仅可以收集能量,还可以将能量收集与发电分开。
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产生蒸汽。
一旦熔盐被用来产生蒸汽,冷却的熔盐通过管道返回到冷储罐,然后再次流回吸热器,并随着过程的继续而被重新加热。
驱动汽轮机后,蒸汽将被冷凝并返回储水箱。如果需要,它会流回蒸汽发生器。
这种高品质的过热蒸汽驱动汽轮机以最高效率运行,从而在电力需求高峰期产生可靠、连续的电力。蒸汽的产生过程与常规火力发电厂或核电站相似,区别在于完全可再生,废物和有害排放为零。即使天黑后,发电厂仍然可以根据需要从可再生太阳能中提供可靠的电力。
以上是一组太阳能光热发电系统的整个运行过程。不知道大家对光热发电有没有更深入的了解?
那么,同样是太阳能发电,为什么太阳能发电一直“默默无闻”?光热发电在科学界显然具有一定的探索价值,但为什么没有在人类日常生活中得到广泛应用?
第2部分.
光热发电与光伏发电,孰优孰劣?
同一种能源的利用对人产生了不同的亲和力,这与光热发电和光伏发电的优劣是分不开的。
从集热环节考虑,光热发电对应用领域的要求高于光伏发电。光热发电顾名思义是以热量为标准,需要高温照射,而光伏发电一般对热量没有那么高的要求。在我们适应生活的地方,太阳辐射强度不足以建造光伏电站。所以在日常生活中,我们对太阳能热发电并不熟悉。
从导热介质环节考虑,光热发电所用的熔盐等材料成本低、价值高、可持续利用,优于成本高、使用寿命短的光伏电池。因此,光热发电的储能能力远高于光伏发电。同时由于其良好的储能效果,接入电网后受天气和环境因素影响较小,对电网负荷波动的响应较低。因此,在发电的可调度性上,光热发电优于光伏发电。
考虑到导热介质驱动发动机发电的环节,光伏发电只需要光电转换,光热发电需要光电转换后的光热转换,因此可见光热发电的步骤更加复杂。
但是光伏发电的一个额外环节可以应用到其他方面。比如光热发电产生的热量可以降低海水盐度,淡化海水,也可以应用于工业生产。这说明光热发电比光伏发电应用更广泛。
但同时,多走一个环节,对掌握科学技术的要求会更高,应用到实际工程领域会更困难。光热发电比光伏发电更难,我国光热发电的研发起步比光伏发电晚。因此,光热发电技术仍在完善中。
所谓原理不同,各有利弊。更需要相互努力。光热发电和光伏发电还有很长的路要走。
第3部分.
路漫漫其修远兮,未来仍需努力。
太阳能是解决当前能源、资源和环境问题的非常有效的方法。自从太阳能被发现和利用以来,能源短缺的现象得到了一定程度的缓解,太阳能的各种优势和特点使其在许多能源领域具有不可替代性。
太阳能热发电技术和太阳能光伏发电技术作为太阳能利用的两种主要方式,具有不同的优势和应用领域,各有优势和发展前景。太阳能发展比较好的地方,光热发电系统和光伏发电系统都要有。从长远来看,两者是相辅相成的。
光热发电技术虽然由于某些原因不太为人所知,但无论从成本、能耗、应用范围还是储存条件来看,都是一种比较好的选择。我们有理由相信,总有一天,太阳能光伏发电技术和太阳能热发电技术都将成为人类科技持续、协调、稳定发展的支柱。
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