萬鏡追日，場景太科幻

侯立順

游人如織的莫高窟、月牙泉已成為甘肅傳統文旅產業的代表性符號。但很少有游客知道，在月牙泉北側20余千米處矗立著一座260米高的吸熱塔。炎炎烈日下，吸熱塔的頂端像一根孕育超級能量的熒光棒，閃耀著神秘的白光。每小時將有100兆瓦的電量在超級熒光棒里產生，而這些電能隨即并入國家電網，惠及全國的千家萬戶。

萬面鏡，24小時發電

1.2萬面如向日葵般自動追蹤太陽的“超級鏡子”以同心圓狀圍繞著超級熒光棒，并向其反射太陽熱能。位于我國西部騰格里沙漠邊緣的甘肅敦煌，全年日照達3000多小時。如果往沙漠里插上上萬面定日鏡，環繞著260米的集熱裝置，隨著太陽的移位，保持最佳反射角度，聚光、吸熱、儲熱、換熱……聚集的陽光可以形成超過1000℃高溫，集熱器將熱量傳遞到塔下的熔鹽中，用水冷卻熔鹽的過程中產生大量蒸汽，推動汽輪機產生電力。這是全球聚光規模最大、吸熱塔最高、儲熱罐最大、可24小時連續發電的百兆瓦級熔鹽塔式光熱電站。

熔鹽塔式光熱電站也被稱為“鏡子發電站”，其原理簡單地說就是將鏡子反射的太陽光集中到一起，加熱熔鹽塔中的熔鹽，一部分熱量用來發電，另一部分儲存在熔鹽中。在占地7.8平方千米的發電站廠區內，1.2萬面定日鏡以同心圓狀圍繞著260米高的吸熱塔，如同盛開在戈壁上的銀色“向日葵”。該電站年發電量將達3.9億千瓦時，每年可減排二氧化碳35萬噸，釋放相當于666.7萬平方米森林的環保效益，同時可創造經濟效益約4億元。這個全球聚光規模最大、吸熱塔最高、可連續24小時發電的百兆瓦級熔鹽塔式光熱電站，于2018年年底并網發電，年發電量達3.9億千瓦時。與光伏發電相比，這種發電方式更具連續性和穩定性。

發展“干凈”能源

為抵制石油價格的瘋漲，1973年美國人提出了建造太陽能熱電站的方案。方案計劃在石油產量回歸正常之前，在加利福尼亞的莫哈韋沙漠建造9座太陽能熱電站，其中有8座至今仍在正常運行。這種電站的原理很簡單。一排排的柱狀半圓弧面鏡（即將一個圓柱體縱向剖開后的形狀）將陽光集中反射到一根管道上，而管道中循環著一種合成油。這樣一來，油受熱，溫度上升至390℃，便通過一個交換器將熱量傳送給一個蒸汽壓力回路。而后者帶動渦輪機旋轉。這樣一套系統能將16%的太陽能轉化成電能。

那么，人們為什么沒有大批量地建造這類設施呢，因為其生產成本（包括反光鏡、油……）居高不下，與傳統電站生產的電力價格相比，毫無競爭力。其次，要使這些設施產生效益，就要保障其擁有充足的運行時間，而這需要大量的陽光。雖然說，符合這種條件的地方有很多——比如美國南部、地中海沿岸、澳大利亞、中東、印度和中國的廣袤地區……但那通常都是些距離工業中心非常遙遠的沙漠地帶。而石油（或核能）的效益更高且能就近發電。再者，陽光是一種間隔性的能量源，由于缺乏貯存直流電的方法，這類太陽能電站到了夜晚就無法生產了。

成本、產量、貯存……這些長期困擾人們的難題正在被克服！首先，人們完善了接收陽光的技術。以色列的一家能源公司已經使用輕質高效的材料生產出了結構更簡單、價格更低廉的反光鏡。它能將溫度抬升至700℃。這樣一來就能使蒸汽壓力提升1倍，將電站的效益提高幾個百分點。

柱狀半圓弧面鏡并不是收集寶貴陽光的唯一辦法，還有用鏡面接收陽光的塔樓、能將熱量聚焦的球體、價格低廉的平面鏡，等等。這諸多辦法各有短長，而它們的共同目標則是將太陽能發電的生產成本降低到原先的1/4。

目前，世界主流光熱發電技術分為塔式、槽式、線性菲涅爾3種。塔式熔鹽太陽能光熱發電技術是目前世界上公認的熱轉換效率最高且最有商業前景的太陽能綜合利用技術。從電力貯存角度看，將一部分的產量轉移貯存到裝有熔解鹽（硝酸鈉和硝酸鉀）的罐中。這種物質能夠很好地貯存熱量，然而由于其具有腐蝕性，人們直到20世紀90年代才開始掌握其應用技術。這樣貯存下來的熱量便能夠在夜間（或陰雨天）被用來繼續發電。當然，現在還做不到“24小時全天候”生產，但西班牙的一座實驗電廠已經能夠貯存8小時的產量。而且這方面的研究正在取得快速的進展。

美國國家能源研究實驗室正在研究一種“納米束”，即由50-500個鋁原子組成的粒子群，其熱性能比起由更大粒子組成的相同材料的熱性能要好得多。它們能夠貯存的熱量是目前同樣體積的熔解鹽的2-3倍，最高達5倍，其實際應用應該會在2020年開始。而到那時，由于真正的“電力高速公路”的建成，電力傳輸過程中的損耗問題也會得到解決。在太陽能熱電站中，陽光將液體加熱，后者將熱量傳導給一個蒸汽回路，就像在傳統的熱電站（核電站或火電站）中一樣。一部分熱量被貯存在裝有具備載熱性能的熔解鹽的罐中，這樣就能保證即使在夜間也能產生蒸汽。而在遇到陰天的時候，太陽能板的效能盡管有所下降，但還是能和所貯存的熱量一起保障電力生產。

2030年，全面超過核電

在2015年的數據統計中，當時的甘肅新增光伏裝機93萬千瓦，累計達到了610萬千瓦，已經位于全國首位。盡管太陽能具有諸多優點，仍有一個問題不可回避。既然它目前在世界能源版圖上依然處于邊緣地位，何以確定它能在短短幾十年后取代化石能源呢？太陽能要想實現快速發展，就應該采取“擴張地盤”的策略。自從20世紀70年代以來，太陽能光電板的安裝面積每年增長至少30%。換言之，這一安裝面積每10年增長至少12倍。

目前，全世界的太陽能發電總量相當于十幾座核電站或熱電站產量的總和。只要這個發展勢頭持續下去，那么到2030年，太陽能發電的裝機總量就將達到1000吉瓦，從而超過核電。那么我們到底能不能使太陽能邁開大步發展呢？2013年，美國加利福尼亞州的第一座太陽能電場建成投產，它能夠生產1300兆瓦的電力，產能相當于一座核反應堆。而到了2050年，太陽能發電將占到美國電力的70%！若這一預測得以實現，美國的納稅人在2020年以前就要支付高達3 000億美元的前期投入，這無疑是一筆耗資巨大的開銷。 （責任編輯：曹偉 責任校對：白玉磊）