光热储能：“太阳花”美丽绽放
■赵阳泱 姚 克 臧乾雯
7月中旬，三峡集团传来一则令人振奋的消息：全球首个“双塔一机”光热储能电站主体工程已进入调试阶段。据公开报道，工程团队将力争今年底完成调试，实现投产发电。
据悉，投产发电后，光热储能电站将作为基础调节电源，与周边光伏发电和风力发电形成总装机规模达70万千瓦的多能互补清洁能源基地，源源不断地向外输送绿色电能。
如今，人类对清洁能源的需求越来越迫切。在目前已知的清洁能源中，太阳能无疑是地球上可以开发的、储量最多的可再生能源。与此同时，各国也纷纷抓紧对太阳能发电的研究。
那么，太阳能发电有哪些新进展？主要应用在哪些领域？未来发展前景如何？请看本期解读。
全球首个“双塔一机”光热储能电站。资料图片
全球首个“双塔一机”光热储能电站定日镜场。资料图片
“双塔一机”带来新动力
所谓“双塔一机”，指的是2个相邻的吸热塔和1台汽轮发电机。
据公开报道，“双塔一机”光热储能电站的主体部分是2个巨大的圆形阵列，每个阵列中心都有一个约200米高的吸热塔。
塔下，近3万块的定日镜使采光面积达80万平方米。与常规的镜片不同，这些定日镜是用特殊材料制成的超白高清玻璃， 反射效率可以达到94%。同时，这里的每一组镜面都可以自由转动，就像向日葵跟随太阳转，镜面也追逐着太阳一天当中的运行轨迹，从而将太阳光聚集到吸热塔中加热熔盐，带动汽轮机发电。
这种独特设计使得在同等边界条件下，定日镜场地的光学效率可提升约24%，大幅提高太阳能利用效率和电站发电能力。
目前，该电站的主体工程已经进入调试阶段。未来，“双塔一机”光热储能电站不仅可以保证在有阳光时正常发电，还可以借助熔盐将多余的太阳能储存起来，实现24小时不间断的电力输出。
这些熔盐的沸点达600℃，可以在阳光充足时储存多余热量，太阳能不足时释放热量，具有储热时间长、响应速度快、输出功率稳定等特点，调峰性能更优。这保证了光热储能电站能为电网提供稳定的电力支持，对提高电网安全性和可靠性意义重大。
与传统的单塔光热储能电站相比，这种“双塔一机”光热储能电站的设计核心，在于其独特的光热转换机制。这种设计不受装机容量的限制，大幅提升了发电效率、发电量及储能量，进而使该电站年发电量达到18亿千瓦时。
以普通家庭为例，假设每个家庭月平均用电量为250千瓦时，那么，18亿千瓦时电量可以满足约60万个家庭1年的用电需求，并减少排放二氧化碳约153万吨。
从能源发展角度看，全球首个“双塔一机”光热储能电站采用了光热储能技术，实现了能源领域的重大突破，建设意义深远——
首先，光热储能技术对解决以往太阳能发电的间歇性问题具有独特优势，为实现可再生能源大规模应用提供了新技术路径和解决方案。
其次，随着全球对清洁能源需求的增长，光热储能技术有望与光伏发电、风力发电等绿色发电方式互补，共同推动能源转型。
再者，光热储能技术的发展有助于减少温室气体排放，对保护环境和应对气候变化具有积极作用。
不过，光热储能技术的发展也面临一些挑战。比如，从目前来看，与其他发电方式相比，光热储能电站建设成本较高，未来想要实现大规模推广应用仍需降低成本。
综合来看，全球首个“双塔一机”光热储能电站的建设，为推动光热储能技术的进步以及能源可持续发展注入了新动力。我们期待今年底“双塔一机”光热储能电站顺利投产发电，也期待光热储能技术未来能有更多新的技术突破。
太阳能应用由来已久
地球上的生命自诞生以来，就主要依靠太阳提供的辐射能生产生活。
古罗马时期，人们开始尝试在窗户上安装玻璃，利用温室效应将热能留在房间内，用于供暖和种植水果蔬菜。还有人借助阳光，将新鲜食物晒干脱水以便长期储存。
据《梦溪笔谈》记载，北宋科学家沈括当时已经发现了凹面镜的聚光原理，清楚地论述了他所用的凹面镜的焦距长度和焦点大小。欧洲文艺复兴时，达·芬奇建议制造大型凹面镜，利用聚集起来的阳光为工厂或锅炉提供热量。
不过，此时人们对太阳的主要认知和利用形式，还是以简单集聚光和热进而提供热量为主，在能量转化方面并没有实质上的改变。
直到1615年，法国工程师所罗门·德考克斯发明了世界上第一台依靠太阳能驱动的发动机，人类逐渐开始学会将太阳能转化为动能，服务于人类的生产生活。
1839年，一次实验中，法国物理学家贝克勒尔意外地发现，光线照射到某些材料上时会产生电流。后来，他将这种现象命名为“光生伏特效应”，即现代光伏效应的前身。
由此，人类开始迈上利用太阳能发电的新台阶。
20世纪初，随着科技的进步，太阳能发电技术得到了进一步的发展。1954年，美国贝尔实验室的研究人员恰宾、富勒和皮尔松研发出世界上第一个有实用价值的太阳能电池——单晶硅太阳能电池。这一成果标志着现代光伏发电技术的诞生。
光伏发电是一种将太阳辐射能直接转化为电能的发电方式，是当前太阳能发电的主流技术。通过光伏发电技术，人们可以借助特定的半导体电子器件，吸收太阳辐射能，并将这些能量直接转化成电能。
截至目前，光伏发电技术的应用几乎涵盖了各行各业，影响着人类的生产生活。比如，太阳能无人值守微波中继站、载波电话光伏系统、光伏电站、光伏应急电源等，都是依靠光伏发电技术来运行的。
与光伏发电相比，利用太阳能发电的另外一种形式——光热发电，则显得有些默默无闻。
上世纪70年代，受石油危机的影响，国际社会开始加大对可再生能源的研究和开发。在此背景下，绿色无污染的太阳能光热发电技术开始受到重视。
1980年，美国建成了世界上第一座商业化的太阳能光热发电站，这标志着光热发电技术进入了商业化阶段。
太阳能光热发电有两种转化方式：一种是将太阳热能直接转化成电能，如利用半导体或金属材料的温差发电，真空器件中的热电子和热电离子发电等；另一种方式是太阳热能通过热机（如汽轮机）带动发电机发电。
光热发电技术避免了光伏发电技术“即发即用”的缺点——夜间光线微弱，不足以激发光伏组件中的电子，因此光伏电站无法在晚上继续发电；而光热电站中的传热介质熔盐，可以利用晴天时储备下来的热能，在夜晚和阴天继续发电，这样光热电站就能实现昼夜连续发电，从而有效保证了供电的稳定性。
尽管默默无闻，但优点显而易见。在所有清洁能源中，太阳能潜力最大；而在太阳能中，光热发电和光热储能技术的潜力最大，是未来能源发展的“富矿区”。
清洁能源的未来之路
从太阳能路灯、太阳能道路交通系统，到太阳能通信基站，甚至太阳能汽车，如今，太阳能正逐步成为人类能源结构中不可或缺的一部分。
在全世界对可再生能源的需求不断增长、逐步淘汰化石燃料的背景下，太阳能发电为应对能源安全与环境污染问题，甚至推动经济发展与产业升级做出了巨大贡献。在科技手段的加持之下，太阳能发电或将成为未来能源发展的主要方向之一。
——更加智能。智能光伏发电是一种发展前景广阔的太阳能发电技术，融合了通信技术、互联网技术、云计算技术等，具有智能控制功能。同时，它可以提高太阳能发电系统的能效，实现对光伏电站的精细化管理，提高发电效率，满足用户的多样化需求。
此外，光伏与储能技术的融合也将是未来发展的一个重要趋势。
随着电池储能技术的快速发展，将光伏发电与储能系统相结合，可以实现太阳能的连续供应和稳定输出。这种融合不仅能提高太阳能的利用效率，也将为构建智能电网、推动能源互联网的发展奠定基础。
——成本更低。光热储能技术降低成本后，将会极大地带动太阳能发电事业的发展。同时，随着高效光伏材料的不断研发应用，光伏发电技术近年来也在经历着较大变化。从最初的硅基太阳能电池，到如今的单晶硅、薄膜电池、钙钛矿电池等，光伏材料的转换效率不断攀升，在提高能源利用效率的同时，大幅降低了其成本与使用门槛，使得太阳能更加普及和可靠。
伴随着技术革新，在不久的将来，我们或许会看到越来越多的太阳能创新产品走进人们的视野。
太阳能窗户。据悉，目前正在研制的太阳能窗户，可以把透过窗户照进室内的阳光转换成电能，为千家万户供电。太阳能窗户的材料是光伏玻璃，这种材料能够捕捉太阳能，同时保持窗户透明。虽然这项技术目前仍然处于起步阶段，但其发展未来可期。
太阳能涂料。你能想象用一层涂料就能给房子供电吗？科学家发现，从二氧化钛矿物中提取的材料——钙钛矿，具备制造出液态太阳能电池的能力。而被称为“喷涂太阳能电池”的钙钛矿涂料，未来一旦研发成功，就可以涂在建筑物表面，满足建筑物的用电所需。
太空太阳能。据悉，不少科学家一直在致力于开发太空太阳能电池板，用来解决地球上的能源问题。太空中没有云层、大气层和夜晚，可以让太阳能电池板不受限制地充分获取光线，太空因此成为收集太阳能的理想场所。
太阳，是万物生长的源泉。我们可以畅想一下未来，配备太阳能电池板的卫星发射到太空，可以收集大量的太阳辐射能，并通过微波或激光束将这些太阳辐射能传回地球，为整座城市供电。阳光普照之下，地球必将迎来更加绿色的未来。
