太陽熱能發電

王超是個愛動手的中學生，在物理課學習了透鏡的知識，他決定自制一個太陽灶。只有凹面鏡能聚光，哪里去找大的凹面鏡呢?王超眼珠子一骨碌轉，有了!找一只鐵鍋，里面敷上反光材料不就成了嗎?家里正好有一只廢棄不用的鐵鍋。他從市場買來很多錫紙，用萬能膠粘上，一試，覺得聚光效果不太好。還是鏡面好，可鍋底大的凹面鏡不好找。他到鏡子商店用廢品價買來很多破鏡面，計算好尺寸，用玻璃刀一塊塊切割，拼湊成鍋面再試，聚光能力大大提高。

根據所學到的光學知識，王超將鍋轉來轉去，找準了鐵鍋凹面鏡的焦點，用木料做了底座，又做了一個能放鍋的金屬環，對準焦點安上。在太陽下一試，1千克水不到20分鐘就開了。王超自造太陽灶的消息在同學間傳開了，大家看了都夸他心靈手巧。

太陽灶是一種節能環保的炊具，生產的產家很多。太陽灶式樣琳瑯滿目，但原理十分簡單，就是用凹面鏡將太陽光聚焦，產生高溫。青島生產的系列太陽灶，采用最新技術，能在瞬間把陽光換成火焰，相當于1000～1200瓦的電爐，特別適用于農村、小型單位、飯店、理發店等燒水、蒸、煮、燉等炊事活動。當今，最先進的太陽灶，其光能的利用率已達98％。不用煤，不用電，不用液化氣，利用太陽光就可以燒水、做飯。

太陽光熱能知多少

在上海世博園區，中國館、世博中心、主題館等建筑都在屋頂、玻璃幕墻上安裝了太陽能電池組系統，并與建筑本身完美地融為一體。“陽光世博”充分展示了我國太陽能利用技術水平，推動了我國“太陽能經濟”發展。但是光伏發電成本高，光能的利用率也有限，有沒有效果更好的太陽能發電方式?回答是肯定的。

據天文學家研究，太陽的年齡約46億年，它還可以繼續燃燒約50億年。到達地球大氣上界的太陽輻射能量，稱為太陽輻射量。在地球位于日地平均距離處時，地球大氣上界垂直于太陽光線的單位面積，在單位時間內所受到的太陽輻射的總能量，稱為太陽常數。世界氣象組織1981年公布的太陽常數值是1368瓦／米²。太陽每秒輻射到太空的熱量相當于1億億噸煤炭完全燃燒產生熱量的總和。如果從地球到太陽之間，架上一座3000米寬、3000米厚的冰橋，那么，太陽1秒種功夫發出的能量，就可以把這個1.5億千米長的冰橋全部化成水，再過8秒鐘，就可以把它全部化成蒸氣。太陽的熱力相當于1個3820萬億億千瓦的發動機的功率，太陽表面每平方米面積就相當于1個63270千瓦的動力站，而地球上僅接收到這些能量的22億分之1。即使是這樣，太陽每年送給地球的能量還相當于100億億度電的能量。

太陽能取之不盡，用之不竭，是最理想的能源。它每時每刻都在向地球傳送著光和熱，有了太陽光，地球上的植物才能進行光合作用。植物的葉子大多數是綠色的，因為它們含有葉綠素。葉綠素只有利用太陽光的能量，才能合成各種物質，這個過程就叫光合作用。據計算，全球的綠色植物每天可以產生約4億噸的蛋白質、碳水化合物和脂肪，與此同時，還能向空氣中釋放出近5億噸的氧，為人和動物提供了充足的食物和氧氣。

但長期以來，人類對太陽能僅停留在直接利用上，遍布我國農村和城市屋頂的太陽能熱水器，就是最好的例證。只是到了近代科學家發明了光伏電池，太陽能的大規模利用才提到了議事日程。但是，光伏發電有致命的弱點：一是它的發電成本比較高，無法同煤電、水電和核電競爭；二是光伏發電的效率不高，一般的利用率在20％多一點，最高也不過40％，連太陽灶的一半都不到。我國盛產石英，也是精制石英砂的主要出口國，但還沒有掌握用石英制造多晶硅的綠色生產技術。發展光電，生產電池板的多晶硅原材料，得向國外購買，這要占整個發電成本的50％。我國光伏發電越發展，國外企業賺的就越多，大量的外匯就流進外國人的口袋，這是我們極不情愿的。

太陽熱能發電的方式

太陽灶能燒開水，開水能變蒸氣，如果制造出很大很大的太陽灶或太陽灶組，不就能用蒸氣推動渦輪機發電了嗎?1878年，法國科學家在巴黎建造d\"小的太陽能動力站，用拋物面反射鏡將陽光聚焦到焦點處的蒸汽鍋爐，產生的蒸氣，驅動一個很小的交互式蒸汽機。1950年，美國科學家設計了世界上第一座塔式太陽能熱發電站的實驗裝置，對太陽能熱發電技術進行基礎性的探索和研究。上世紀60年代，太陽熱能發電在歐美國家起步，目前已進入大規模商業化應用階段。

根據集熱方式不同，太陽熱能發電分點聚焦和線聚焦兩種方式。點聚焦是將大量反射鏡排列成矩陣，把太陽光聚集到一個點上，使溫度提升至近1000攝氏度；線聚焦是將大量反射鏡排列為一行，把太陽光聚集到一條直線上，使溫度提升至300～400攝氏度。

目前，各國采取不同的發電方式。線聚焦槽式發電已有20多年的經驗，技術最成熟，發電成本已降至每千瓦時12美分，美國、澳大利亞多采用槽式發電。塔式發電系統發電效率較高，但占地面積較大，目前主要用于邊遠地區的小型獨立供電。碟式發電效率最高，投資比槽式發電低45％，占地面積僅為塔式的1／4。但存在反射鏡局部容易過熱燒壞等問題。

1982年在西班牙馬德里南部沙漠，建造了第一座50kW的太陽能熱氣流塔式實驗電站。它有高195米、直徑10米的“煙囪”，與“煙囪”相連的集熱棚直徑240米，收集的熱氣流進入“煙囪”，帶動渦輪發電機。它裝有144個傳感器，用來測試自然氣象條件下各部件對渦輪發電機輸出功率和電站效率的影響。

槽式太陽能熱發電站，由聚光鏡、接收器和跟蹤裝置構成。接收器主要有真空管式和腔式兩種；換熱系統由預熱器、蒸氣發生器、過熱器和再熱器組成。進入換熱子系統中產生蒸氣，蒸氣進入發電子系統發電。我國從上世紀70年代開始，跟蹤研究太陽能熱發電技術，國家對光熱發電投資力度不斷加大，重點技術已經取得了突破性進展。2010年7月，皇明集團與中科院、華電集團合作，在山東德州建設我國首座菲涅爾式太陽能熱發電站，在北京延慶建設塔式太陽能熱發電實驗電站。8月，北京中航空港通用設備有限公司在湖南沅陵建設我國首座槽式太陽能熱發電站。此外，陜西榆林50兆瓦電站、青海格爾木1000兆瓦電站、四川100兆瓦電站、海南50兆瓦電站也在計劃中。

太陽熱發電優勢與前景

與光伏發電相比，太陽能熱發電沒有生產太陽能電池帶來的高能耗、高污染問題，設備生產過程清潔、發電規模效益好。在太陽光短缺的時候，太陽能熱發電的儲能系統還可以維持電站2～3天正常運行，易于保持輸出電流的穩定性，也容易解決并網問題。這是風力發電和光伏發電所不具備的優勢。

利用國產設備建造一個50兆瓦的槽式太陽能熱發電站，設備投資額每千瓦1.5萬元左右，兩年后有可能降至每千瓦9.000元，遠低于光伏發電設備投資成本。據歐美專家預計，15年之后，太陽能熱發電成本將接近煤電成本。目前煤電成本為每度0.4元左右，還在不斷上升，而太陽能熱發電成本卻在不斷下降。隨著技術進步和制造工藝提升，太陽能熱發電的成本還有下降空間。如皇明集團生產的碟式反射鏡，目前成本已經比10年前下降了1／3。要不了幾年，我國的太陽熱能發電就會走上快車道。