在已知的清潔能源中,太陽能無疑是目前地球上可開發、儲量最大的可再生能源。說到太陽能利用,首先想到的是光伏發電。畢竟我們在日常生活中可以看到太陽能汽車和太陽能充電寶。其實還有一種利用太陽能的方式,太陽能熱發電。
第1部分.
理解光和熱,記住光和熱。
光伏發電和光熱發電都是利用太陽能發電。區別在于利用的原則不同。
光伏效應是太陽能光伏發電的基本原理,太陽能電池是完成太陽能向電能轉換的載體。太陽能電池是含有P-N結的半導體材料,可以吸收太陽光,在內部建立電場。當某個負載連接到電場的兩側時,負載上會產生電流。整個過程就是太陽能光伏發電的基本原理。
太陽能光熱發電的原理是太陽光通過反射器聚集到太陽能集熱器上,集熱器內的傳熱介質(液體或氣體)被太陽能加熱,然后水被加熱形成蒸汽驅動或直接驅動發電機發電。
簡而言之,太陽能光熱發電分為三個環節,即集熱環節,利用太陽能加熱導熱介質,最后利用導熱介質驅動發動機發電。對應于每個環節,有不同的方法科學地嘗試形成優化設計。比如集熱環節主要有四種:槽、塔、碟、尼費爾;一般以水、礦物油或熔鹽作為導熱工質。最后可以通過蒸汽朗肯循環、CO2布雷頓循環或斯特林發動機發電。
那么太陽能熱發電是如何工作的呢?我們將用一個已經投入運行的示范項目來詳細說明。

首先,這個太陽能發電廠由定日鏡組成。定日鏡由電腦控制,隨太陽旋轉,可以將一天的所有日光反射到中心點。定日鏡占地面積小,可以單獨放置,不需要很深的基礎就能適應地形。該電廠包括數百個定日鏡,可以通過WIFI相互連接以提高效率,并將陽光反射到塔頂部稱為接收器的大型熱交換器。
在接收器中,熔鹽流體可以通過管道外壁吸收這里收集的陽光中的熱量。在這項技術中,熔鹽可以從500華氏度加熱到1000華氏度以上。熔鹽是一種理想的吸熱介質,因為它可以在熔融狀態下保持較寬的工作溫度范圍,并允許系統在低壓下出色、安全地吸收和儲存能量。
熔鹽通過吸熱器后,沿塔內管道向下流動,然后進入儲熱罐。
之后,在緊急情況下,能量以高溫熔鹽的形式儲存。這項技術的優點是液態熔鹽不僅可以收集能量,還可以將能量收集與發電分開。
白天或晚上需要用電時,水箱中的水和高溫熔鹽分別流入蒸汽發生器產生蒸汽。
一旦熔鹽被用來產生蒸汽,冷卻的熔鹽通過管道返回到冷儲罐,然后再次流回吸熱器,并隨著過程的繼續而被重新加熱。
驅動汽輪機后,蒸汽將被冷凝并返回儲水箱。如果需要,它會流回蒸汽發生器。
這種高品質的過熱蒸汽驅動汽輪機以最高效率運行,從而在電力需求高峰期產生可靠、連續的電力。蒸汽的產生過程與常規火力發電廠或核電站相似,區別在于完全可再生,廢物和有害排放為零。即使天黑后,發電廠仍然可以根據需要從可再生太陽能中提供可靠的電力。
以上是一組太陽能光熱發電系統的整個運行過程。不知道大家對光熱發電有沒有更深入的了解?
那么,同樣是太陽能發電,為什么太陽能發電一直“默默無聞”?光熱發電在科學界顯然具有一定的探索價值,但為什么沒有在人類日常生活中得到廣泛應用?
第2部分.
光熱發電與光伏發電,孰優孰劣?
同一種能源的利用對人產生了不同的親和力,這與光熱發電和光伏發電的優劣是分不開的。
從集熱環節考慮,光熱發電對應用領域的要求高于光伏發電。光熱發電顧名思義是以熱量為標準,需要高溫照射,而光伏發電一般對熱量沒有那么高的要求。在我們適應生活的地方,太陽輻射強度不足以建造光伏電站。所以在日常生活中,我們對太陽能熱發電并不熟悉。
從導熱介質環節考慮,光熱發電所用的熔鹽等材料成本低、價值高、可持續利用,優于成本高、使用壽命短的光伏電池。因此,光熱發電的儲能能力遠高于光伏發電。同時由于其良好的儲能效果,接入電網后受天氣和環境因素影響較小,對電網負荷波動的響應較低。因此,在發電的可調度性上,光熱發電優于光伏發電。
考慮到導熱介質驅動發動機發電的環節,光伏發電只需要光電轉換,光熱發電需要光電轉換后的光熱轉換,因此可見光熱發電的步驟更加復雜。
但是光伏發電的一個額外環節可以應用到其他方面。比如光熱發電產生的熱量可以降低海水鹽度,淡化海水,也可以應用于工業生產。這說明光熱發電比光伏發電應用更廣泛。
但同時,多走一個環節,對掌握科學技術的要求會更高,應用到實際工程領域會更困難。光熱發電比光伏發電更難,我國光熱發電的研發起步比光伏發電晚。因此,光熱發電技術仍在完善中。
所謂原理不同,各有利弊。更需要相互努力。光熱發電和光伏發電還有很長的路要走。
第3部分.
路漫漫其修遠兮,未來仍需努力。
太陽能是解決當前能源、資源和環境問題的非常有效的方法。自從太陽能被發現和利用以來,能源短缺的現象得到了一定程度的緩解,太陽能的各種優勢和特點使其在許多能源領域具有不可替代性。
太陽能熱發電技術和太陽能光伏發電技術作為太陽能利用的兩種主要方式,具有不同的優勢和應用領域,各有優勢和發展前景。太陽能發展比較好的地方,光熱發電系統和光伏發電系統都要有。從長遠來看,兩者是相輔相成的。
光熱發電技術雖然由于某些原因不太為人所知,但無論從成本、能耗、應用范圍還是儲存條件來看,都是一種比較好的選擇。我們有理由相信,總有一天,太陽能光伏發電技術和太陽能熱發電技術都將成為人類科技持續、協調、穩定發展的支柱。
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