7月中旬，三峽集團傳來一則令人振奮的消息：全球首個“雙塔一機”光熱儲能電站主體工程已進入調(diào)試階段。據(jù)公開報道，工程團隊將力爭今年底完成調(diào)試，實現(xiàn)投產(chǎn)發(fā)電。

據(jù)悉，投產(chǎn)發(fā)電后，光熱儲能電站將作為基礎(chǔ)調(diào)節(jié)電源，與周邊光伏發(fā)電和風力發(fā)電形成總裝機規(guī)模達70萬千瓦的多能互補清潔能源基地，源源不斷地向外輸送綠色電能。

如今，人類對清潔能源的需求越來越迫切。在目前已知的清潔能源中，太陽能無疑是地球上可以開發(fā)的、儲量最多的可再生能源。與此同時，各國也紛紛抓緊對太陽能發(fā)電的研究。

那么，太陽能發(fā)電有哪些新進展？主要應(yīng)用在哪些領(lǐng)域？未來發(fā)展前景如何？請看本期解讀。

全球首個“雙塔一機”光熱儲能電站。資料圖片

全球首個“雙塔一機”光熱儲能電站定日鏡場。資料圖片

“雙塔一機”帶來新動力

所謂“雙塔一機”，指的是2個相鄰的吸熱塔和1臺汽輪發(fā)電機。

據(jù)公開報道，“雙塔一機”光熱儲能電站的主體部分是2個巨大的圓形陣列，每個陣列中心都有一個約200米高的吸熱塔。

塔下，近3萬塊的定日鏡使采光面積達80萬平方米。與常規(guī)的鏡片不同，這些定日鏡是用特殊材料制成的超白高清玻璃，反射效率可以達到94%。同時，這里的每一組鏡面都可以自由轉(zhuǎn)動，就像向日葵跟隨太陽轉(zhuǎn)，鏡面也追逐著太陽一天當中的運行軌跡，從而將太陽光聚集到吸熱塔中加熱熔鹽，帶動汽輪機發(fā)電。

這種獨特設(shè)計使得在同等邊界條件下，定日鏡場地的光學(xué)效率可提升約24%，大幅提高太陽能利用效率和電站發(fā)電能力。

目前，該電站的主體工程已經(jīng)進入調(diào)試階段。未來，“雙塔一機”光熱儲能電站不僅可以保證在有陽光時正常發(fā)電，還可以借助熔鹽將多余的太陽能儲存起來，實現(xiàn)24小時不間斷的電力輸出。

這些熔鹽的沸點達600℃，可以在陽光充足時儲存多余熱量，太陽能不足時釋放熱量，具有儲熱時間長、響應(yīng)速度快、輸出功率穩(wěn)定等特點，調(diào)峰性能更優(yōu)。這保證了光熱儲能電站能為電網(wǎng)提供穩(wěn)定的電力支持，對提高電網(wǎng)安全性和可靠性意義重大。

與傳統(tǒng)的單塔光熱儲能電站相比，這種“雙塔一機”光熱儲能電站的設(shè)計核心，在于其獨特的光熱轉(zhuǎn)換機制。這種設(shè)計不受裝機容量的限制，大幅提升了發(fā)電效率、發(fā)電量及儲能量，進而使該電站年發(fā)電量達到18億千瓦時。

以普通家庭為例，假設(shè)每個家庭月平均用電量為250千瓦時，那么，18億千瓦時電量可以滿足約60萬個家庭1年的用電需求，并減少排放二氧化碳約153萬噸。

從能源發(fā)展角度看，全球首個“雙塔一機”光熱儲能電站采用了光熱儲能技術(shù)，實現(xiàn)了能源領(lǐng)域的重大突破，建設(shè)意義深遠——

首先，光熱儲能技術(shù)對解決以往太陽能發(fā)電的間歇性問題具有獨特優(yōu)勢，為實現(xiàn)可再生能源大規(guī)模應(yīng)用提供了新技術(shù)路徑和解決方案。

其次，隨著全球?qū)η鍧嵞茉葱枨蟮脑鲩L，光熱儲能技術(shù)有望與光伏發(fā)電、風力發(fā)電等綠色發(fā)電方式互補，共同推動能源轉(zhuǎn)型。

再者，光熱儲能技術(shù)的發(fā)展有助于減少溫室氣體排放，對保護環(huán)境和應(yīng)對氣候變化具有積極作用。

不過，光熱儲能技術(shù)的發(fā)展也面臨一些挑戰(zhàn)。比如，從目前來看，與其他發(fā)電方式相比，光熱儲能電站建設(shè)成本較高，未來想要實現(xiàn)大規(guī)模推廣應(yīng)用仍需降低成本。

綜合來看，全球首個“雙塔一機”光熱儲能電站的建設(shè)，為推動光熱儲能技術(shù)的進步以及能源可持續(xù)發(fā)展注入了新動力。我們期待今年底“雙塔一機”光熱儲能電站順利投產(chǎn)發(fā)電，也期待光熱儲能技術(shù)未來能有更多新的技術(shù)突破。

太陽能應(yīng)用由來已久

地球上的生命自誕生以來，就主要依靠太陽提供的輻射能生產(chǎn)生活。

古羅馬時期，人們開始嘗試在窗戶上安裝玻璃，利用溫室效應(yīng)將熱能留在房間內(nèi)，用于供暖和種植水果蔬菜。還有人借助陽光，將新鮮食物曬干脫水以便長期儲存。

據(jù)《夢溪筆談》記載，北宋科學(xué)家沈括當時已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了凹面鏡的聚光原理，清楚地論述了他所用的凹面鏡的焦距長度和焦點大小。歐洲文藝復(fù)興時，達·芬奇建議制造大型凹面鏡，利用聚集起來的陽光為工廠或鍋爐提供熱量。

不過，此時人們對太陽的主要認知和利用形式，還是以簡單集聚光和熱進而提供熱量為主，在能量轉(zhuǎn)化方面并沒有實質(zhì)上的改變。

直到1615年，法國工程師所羅門·德考克斯發(fā)明了世界上第一臺依靠太陽能驅(qū)動的發(fā)動機，人類逐漸開始學(xué)會將太陽能轉(zhuǎn)化為動能，服務(wù)于人類的生產(chǎn)生活。

1839年，一次實驗中，法國物理學(xué)家貝克勒爾意外地發(fā)現(xiàn)，光線照射到某些材料上時會產(chǎn)生電流。后來，他將這種現(xiàn)象命名為“光生伏特效應(yīng)”，即現(xiàn)代光伏效應(yīng)的前身。

由此，人類開始邁上利用太陽能發(fā)電的新臺階。

20世紀初，隨著科技的進步，太陽能發(fā)電技術(shù)得到了進一步的發(fā)展。1954年，美國貝爾實驗室的研究人員恰賓、富勒和皮爾松研發(fā)出世界上第一個有實用價值的太陽能電池——單晶硅太陽能電池。這一成果標志著現(xiàn)代光伏發(fā)電技術(shù)的誕生。

光伏發(fā)電是一種將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電方式，是當前太陽能發(fā)電的主流技術(shù)。通過光伏發(fā)電技術(shù)，人們可以借助特定的半導(dǎo)體電子器件，吸收太陽輻射能，并將這些能量直接轉(zhuǎn)化成電能。

截至目前，光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用幾乎涵蓋了各行各業(yè)，影響著人類的生產(chǎn)生活。比如，太陽能無人值守微波中繼站、載波電話光伏系統(tǒng)、光伏電站、光伏應(yīng)急電源等，都是依靠光伏發(fā)電技術(shù)來運行的。

與光伏發(fā)電相比，利用太陽能發(fā)電的另外一種形式——光熱發(fā)電，則顯得有些默默無聞。

上世紀70年代，受石油危機的影響，國際社會開始加大對可再生能源的研究和開發(fā)。在此背景下，綠色無污染的太陽能光熱發(fā)電技術(shù)開始受到重視。

1980年，美國建成了世界上第一座商業(yè)化的太陽能光熱發(fā)電站，這標志著光熱發(fā)電技術(shù)進入了商業(yè)化階段。

太陽能光熱發(fā)電有兩種轉(zhuǎn)化方式：一種是將太陽熱能直接轉(zhuǎn)化成電能，如利用半導(dǎo)體或金屬材料的溫差發(fā)電，真空器件中的熱電子和熱電離子發(fā)電等；另一種方式是太陽熱能通過熱機（如汽輪機）帶動發(fā)電機發(fā)電。

光熱發(fā)電技術(shù)避免了光伏發(fā)電技術(shù)“即發(fā)即用”的缺點——夜間光線微弱，不足以激發(fā)光伏組件中的電子，因此光伏電站無法在晚上繼續(xù)發(fā)電；而光熱電站中的傳熱介質(zhì)熔鹽，可以利用晴天時儲備下來的熱能，在夜晚和陰天繼續(xù)發(fā)電，這樣光熱電站就能實現(xiàn)晝夜連續(xù)發(fā)電，從而有效保證了供電的穩(wěn)定性。

盡管默默無聞，但優(yōu)點顯而易見。在所有清潔能源中，太陽能潛力最大；而在太陽能中，光熱發(fā)電和光熱儲能技術(shù)的潛力最大，是未來能源發(fā)展的“富礦區(qū)”。

清潔能源的未來之路

從太陽能路燈、太陽能道路交通系統(tǒng)，到太陽能通信基站，甚至太陽能汽車，如今，太陽能正逐步成為人類能源結(jié)構(gòu)中不可或缺的一部分。

在全世界對可再生能源的需求不斷增長、逐步淘汰化石燃料的背景下，太陽能發(fā)電為應(yīng)對能源安全與環(huán)境污染問題，甚至推動經(jīng)濟發(fā)展與產(chǎn)業(yè)升級做出了巨大貢獻。在科技手段的加持之下，太陽能發(fā)電或?qū)⒊蔀槲磥砟茉窗l(fā)展的主要方向之一。

——更加智能。智能光伏發(fā)電是一種發(fā)展前景廣闊的太陽能發(fā)電技術(shù)，融合了通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算技術(shù)等，具有智能控制功能。同時，它可以提高太陽能發(fā)電系統(tǒng)的能效，實現(xiàn)對光伏電站的精細化管理，提高發(fā)電效率，滿足用戶的多樣化需求。

此外，光伏與儲能技術(shù)的融合也將是未來發(fā)展的一個重要趨勢。

隨著電池儲能技術(shù)的快速發(fā)展，將光伏發(fā)電與儲能系統(tǒng)相結(jié)合，可以實現(xiàn)太陽能的連續(xù)供應(yīng)和穩(wěn)定輸出。這種融合不僅能提高太陽能的利用效率，也將為構(gòu)建智能電網(wǎng)、推動能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

——成本更低。光熱儲能技術(shù)降低成本后，將會極大地帶動太陽能發(fā)電事業(yè)的發(fā)展。同時，隨著高效光伏材料的不斷研發(fā)應(yīng)用，光伏發(fā)電技術(shù)近年來也在經(jīng)歷著較大變化。從最初的硅基太陽能電池，到如今的單晶硅、薄膜電池、鈣鈦礦電池等，光伏材料的轉(zhuǎn)換效率不斷攀升，在提高能源利用效率的同時，大幅降低了其成本與使用門檻，使得太陽能更加普及和可靠。

伴隨著技術(shù)革新，在不久的將來，我們或許會看到越來越多的太陽能創(chuàng)新產(chǎn)品走進人們的視野。

太陽能窗戶。據(jù)悉，目前正在研制的太陽能窗戶，可以把透過窗戶照進室內(nèi)的陽光轉(zhuǎn)換成電能，為千家萬戶供電。太陽能窗戶的材料是光伏玻璃，這種材料能夠捕捉太陽能，同時保持窗戶透明。雖然這項技術(shù)目前仍然處于起步階段，但其發(fā)展未來可期。

太陽能涂料。你能想象用一層涂料就能給房子供電嗎？科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，從二氧化鈦礦物中提取的材料——鈣鈦礦，具備制造出液態(tài)太陽能電池的能力。而被稱為“噴涂太陽能電池”的鈣鈦礦涂料，未來一旦研發(fā)成功，就可以涂在建筑物表面，滿足建筑物的用電所需。

太空太陽能。據(jù)悉，不少科學(xué)家一直在致力于開發(fā)太空太陽能電池板，用來解決地球上的能源問題。太空中沒有云層、大氣層和夜晚，可以讓太陽能電池板不受限制地充分獲取光線，太空因此成為收集太陽能的理想場所。

太陽，是萬物生長的源泉。我們可以暢想一下未來，配備太陽能電池板的衛(wèi)星發(fā)射到太空，可以收集大量的太陽輻射能，并通過微波或激光束將這些太陽輻射能傳回地球，為整座城市供電。陽光普照之下，地球必將迎來更加綠色的未來。

文章轉(zhuǎn)自《中國軍網(wǎng)-解放軍報》，原標題《光熱儲能：“太陽花”美麗綻放》，作者：趙陽泱，姚克，臧乾雯。