太陽(yáng)是一個(gè)十分巨大的能源,它送到地球的光功率就有12萬(wàn)TW。與此相比,現(xiàn)在人類(lèi)社會(huì)的總能耗約13TW,全世界發(fā)電裝機(jī)容量不到4TW,都比太陽(yáng)送到地球的光功率小得多。地球上的所有石油資源相應(yīng)的能量,只相當(dāng)太陽(yáng)在一天半時(shí)間內(nèi)供應(yīng)給地球的光能。再者,由于能源危機(jī)以及對(duì)環(huán)境污染的憂(yōu)慮,一些發(fā)達(dá)國(guó)家早在上世紀(jì)七十年代,就開(kāi)始投資于工業(yè)開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能。
上世紀(jì)七十年代,全世界投入太陽(yáng)能熱電CSP(Concentrating Solar Power)研究開(kāi)發(fā)的經(jīng)費(fèi)規(guī)模約有五億美元,多種方案的太陽(yáng)能實(shí)驗(yàn)熱電站從而在各國(guó)建成。其中,從1984到1990年,美國(guó)在加州莫哈夫沙漠(Majave Desert)地區(qū)相繼建成九個(gè)槽式太陽(yáng)能熱電站(Trough,“SEGS 1…1X”)。其發(fā)電功率分別為14MW、6×30MW和2×80MW。這組總功率354MW的電站建成后,一直向加州電網(wǎng)供電至今,累計(jì)供電12TWh,其中新裝置的電效率已達(dá)30%。
然而,由于1991年到1992年油價(jià)下跌,CSP失去開(kāi)發(fā)經(jīng)費(fèi),承包SEGS的公司Luz因而破產(chǎn)。
歐洲對(duì)CSP開(kāi)發(fā)作笫二輪投資(Euro Trough)是受1986年切爾諾貝利(Tschernobyl)核電站事故的影響,對(duì)Trough技術(shù)也做了進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。2001年“9?11”事件后油價(jià)上漲,才形成CSP電廠建設(shè)的笫二次機(jī)遇。一些國(guó)家和地區(qū)(如西班牙和美國(guó)加州)為鼓勵(lì)發(fā)展可持續(xù)能源( Renewable Energy )相繼立法,也極大促進(jìn)了太陽(yáng)能熱電的建設(shè)?,F(xiàn)在已經(jīng)有不少公司介入這個(gè)領(lǐng)域。
通過(guò)三十多年的研究開(kāi)發(fā)實(shí)踐,在國(guó)際間現(xiàn)在已有一些共識(shí),即太陽(yáng)能熱電站(CSP),尤其槽式太陽(yáng)能熱電站(Trough),是最便宜的太陽(yáng)能。一些科技會(huì)議和項(xiàng)目計(jì)劃對(duì)有關(guān)技術(shù)的研究、開(kāi)發(fā)和推廣起到了重要的作用,例如:
――2007 Parabolic Trough Technology Workshop, March 8-9(會(huì)議文集可由www.nrel.gov/csp/trough/下載)。此國(guó)際會(huì)議有歐美國(guó)家120多人參加,包括不少公司。會(huì)議目的是交流技術(shù),交流建設(shè)項(xiàng)目,推廣Trough工業(yè),鼓勵(lì)工業(yè)界進(jìn)入此領(lǐng)域。
――U.S. DOE Basic Energy Science Workshop on Solar Energy Utilization, April 18-21,2005(會(huì)議資料可從www.physicstoday.org 下載)。此會(huì)議的主題是開(kāi)拓太陽(yáng)能基礎(chǔ)研究領(lǐng)域,也對(duì)已有工業(yè)技術(shù)進(jìn)行討論和評(píng)價(jià),包括對(duì)CSP的判斷等。摘要發(fā)表在Physics Today,March,2007。
――SolarPACES是IEA (International Energy Agency)的一項(xiàng)國(guó)際合作計(jì)劃(www.solarpaces.org),目標(biāo)是在2015年前建設(shè)5000MW CSP太陽(yáng)能熱電站。
此組織在2000年有十四個(gè)成員(澳大利亞、巴西、埃及、歐共體、法國(guó)、以色列、德國(guó)、墨西哥、俄國(guó)、西班牙、南非、瑞士、英國(guó)及美國(guó))。已經(jīng)建成和正在建設(shè)的項(xiàng)目包括:阿爾及利亞,埃及,墨西哥,摩洛哥,印度等國(guó)30MW;伊朗60MW;南非100MW;西班牙12×50MW;以色列5×100MW;美國(guó)3000MW等太陽(yáng)能熱電站。其中,除南非為塔式CSP外,其他都是槽式(Trough)。希臘50MW和意大利ENEA 40MW Trough,不屬此范圍。ENEA某些技術(shù)也許比SEGS先進(jìn)。
――TRANS-CSP規(guī)劃。這是在德國(guó)政府支持下,聯(lián)合埃及、阿爾及利亞和約旦的能源部門(mén)于2006年完成的規(guī)劃。TRANS-CSP大概是這方面雄心最大的規(guī)劃,其目標(biāo)要在2050年前,在中東和北非建設(shè)多個(gè)CSP電站,將電力通過(guò)直流高壓線(xiàn)送到歐洲(共102GW/707TWh/y,占?xì)W洲供電15%)。這份很長(zhǎng)的規(guī)劃(最終報(bào)告可由www.dlr.de下載)對(duì)于歐洲發(fā)展各種能源的現(xiàn)狀和前景,從天時(shí)地利到人和,做了多方位考察,規(guī)劃了各種能源的發(fā)展前景。
已經(jīng)開(kāi)發(fā)的CSP實(shí)驗(yàn)熱電站,主要有三種形式,即槽式、塔式和碟式。槽式采用柱形拋物線(xiàn)反射鏡將日光聚焦于吸收管,加熱管內(nèi)液體,此液體加熱蒸氣發(fā)電的過(guò)程與常規(guī)電廠相同。塔式采用大量分立的拋物面反射鏡,將日光都聚集在塔頂?shù)墓参阵w,加熱吸收體內(nèi)液體。碟式將單個(gè)拋物鏡與吸收體及發(fā)電機(jī)聯(lián)成一體,跟蹤太陽(yáng)運(yùn)動(dòng),屬小型發(fā)電站。初期的實(shí)驗(yàn)認(rèn)為,槽式僅能得到攝氏400度的蒸氣;碟式可達(dá)攝氏650度;塔式可達(dá)攝氏1500度。高溫有利于提高熱機(jī)效率。但從多年的實(shí)踐表明,槽式具有綜合優(yōu)勢(shì),能提供最便宜的電力,是現(xiàn)在工業(yè)推廣的主要形式。
現(xiàn)在的Trough電站電價(jià),為每度電(KWh)10~20美分,與地區(qū)日照水平及電站規(guī)模相關(guān),已與美國(guó)加州夏季峰值電價(jià)相同。一般估計(jì)十年內(nèi)會(huì)降到4~6美分。Trough的各個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)仍在不斷改進(jìn)中,包括反射鏡的形式和參