外星科技塔?哦,原来是⾃⼰⼈造的镜⼦电站

作者: 寒⽊钓萌

来源: 科学⼤院

发布日期: 2023-09-15 07:00:23

塔式光热电站是一种利用大量平面镜将阳光反射到塔顶,加热熔盐以发电的技术。尽管其建设成本目前较高,但具有物美价廉、寿命长、自带储能功能和环境改造的双重属性。随着技术的迭代和规模优势的叠加,其发电成本有望大幅降低,未来在沙漠上的大规模应用前景广阔。

如果⼀个⼈,他从未听过,也从未⻅过塔式光热电站,那么当其在⾼空看到荒漠⾥那上万⽚镜⼦和中间那座⾼塔时,他真有可能会发出这样的感叹:这是外星科技吧?

塔式光热电站,全称“塔式熔盐光热电站”,其视觉效果带来的科技感就是这么强。

敦煌100兆瓦熔盐塔式光热电站

(图⽚来源:中国政府⽹)

物美价廉寿命⻓

虽然科技感⼗⾜,但塔式光热电站的原理却⼗分简单。总结起来就是,具有定⽇功能的⼤量平⾯镜将阳光反射到塔的顶端,并在那⾥将熔盐加热到500摄⽒度以上,之后通过⾼温熔盐发电。这跟⽕⼒发电⼚使⽤燃煤加热⽔蒸⽓,再通过⽔蒸⽓发电是类似的。

新疆伊吾县淖⽑湖镇,光热发电站⾥的1.4万余⾯定⽇镜将集热塔照得发亮

(图⽚来源:中国政府⽹)

那么,如何拥有这样⼀座⾼塔呢?从⼤的⽅⾯来说,需要的东⻄分别是:太阳光,它相当于⽕⼒发电站中的煤。镜场,也就是铺设平⾯镜的地⽅。带有定⽇功能,并负责⽀撑反射镜的⾦属架、平⾯反射镜、熔盐、发电装备包括汽轮机和发电机等。

这⼀套设备可以称得上是物美价廉。

太阳光于光热电站来说,正如天然⽓发电⼚中的天然⽓,⽕⼒发电⼚中的煤。太阳光永远免费,这是⽀撑所有光热发电的最⼤前提条件。

镜场的选址常常是在荒漠⼽壁,这些地⽅的地价很低廉,有的地⽅甚⾄是免费提供。

反射镜就是平⾯镜,跟各家各户使⽤的平⾯镜在本质上没有区别。只不过,为了抗⻛沙,硬度上会有不同。为了最⼤效率反射太阳光,透过率也会有不同。然⽽,⽆论再怎么不同,其本质还是⼀块平⾯镜⽽已。海量⽣产,加上各种技术和设计优化后,其成本必然会下降。

熔盐,⽬前常⽤的是60%的硝酸钠和40%的硝酸钾混合⽽成的熔盐,它通常被称为“太阳盐”。但这只是⼀个暂时的称呼。⽬前,各国都在加紧研究下⼀代更便宜且性能更强的熔盐。例如,利⽤氯化钠(家⽤⻝盐)、氯化镁、氯化钾混合⽽成的熔融氯盐,就是中国和其他国家研发的重点。

不管下⼀代熔盐是什么,有两点是可以确定的,其储热和导热性能更强,同时成本会更低廉。

最难以降低成本的是发电装备中的汽轮机和发电机,因为这两种装备已经发展数⼗年了,技术早就成熟,能压缩成本的地⽅早就压缩殆尽。

除了汽轮机与发电机以外,实现定⽇跟踪功能(即可以⾃由转动的⾦属⽀撑架)的装备成本也不菲。这种装备第⼀次设计时成本最⾼,但若技术定型,后续项⽬开始批量化⽣产时,其成本主要体现在材料上,所以其成本并不会降太多。

光热电站的各种材料都很经久耐⽤,⽐如说平⾯反射镜的寿命,读者们是可以想象出来的。还有⼀个是熔盐,其寿命也很⻓,凡是不能⽀撑30年使⽤寿命的,它们都难以成为下⼀代熔盐的备选。

可能有的读者会反驳,塔式光热电站⽬前的建设成本还⽐较⾼,跟其他的发电技术相⽐,怎么能称之为物美价廉呢?

这其中很⼤⼀部分原因是,国内很多项⽬还处于“示范”阶段。

核电已经在发展第四代,⽕⼒发电也⾛完好⼏代了,⽽塔式光热电站甚⾄连第⼀代都还没有⾛完。以第⼀代的成本去对⽐其他已经发展好⼏代的⾏业,显然不公平,塔式光热电站的发展仍值得期待。

双重属性:储能与环境改造两不误

由于塔式光热电站使⽤熔盐储热和导热,所以其天⽣就⾃带“储能”功能。结果就是,其不但⽩天能发电,夜⾥也能发电。

⾃带储能功能,这是其有别于太阳能发电和⻛⼒发电最⼤的地⽅。

对于⼀块户外的平⾯镜,当其上⾯覆盖不少沙尘时,如果⽤普通抹布去擦拭的话,坚硬的沙⼦容易将玻璃刮花,不可取。

⼯作⼈员正在对定⽇镜进⾏⽇常维护

(图⽚来源:中国政府⽹)

较低成本的⽅式是使⽤吹⻛机吹⽓,将镜⾯上的沙尘吹掉,然⽽吹掉的沙尘⼜会漂浮到其他镜⾯上。

所以,最⾼效的⽅式莫过于从上到下使⽤⽔冲洗。结果就是,原本不⻓草的荒漠⼽壁在不时得到⽔的浸润之后,必然会⻓出⼤量的草,草具备⼀定的⽔⼟保持作⽤,有了草就有了⽺。

看到这⾥,聪明的你⼀定明⽩了,环境改造就是塔式光热电站⾃带的另⼀个属性。

尽管现在看来,敦煌市100兆瓦塔式光热电站的地⾯和周围还是⻩⻩的⼀⽚⼟,但是五年后再来看时,它的周围会不会变绿呢?

敦煌市100兆瓦塔式光热电站周围的⻩⼟

(图⽚来源:中国政府⽹)

我们期待⼀个肯定的回答。若能叠加环境改造,这会让塔式光热电站⾛得更远。

便于扩⼤规模

我们有理由相信,当塔式光热电站继续发展,其主要技术不断迭代,⽐如低成本⾼性能的熔盐,以及造价更低的反射镜和⽀架,再叠加规模优势后,其发电成本将有望⼤幅降低。

⽽当这⼀天真的到来后,那么其⼤规模出现就是⼀种必然。

敦煌100兆瓦塔式光热电站

(图⽚来源:卫星地图截图)

上图是敦煌100兆瓦塔式光热电站卫星地图截图。问题来了,既然这个地⽅可以建,那么,其周边可以吗?

未来建造选址设想图

(图⽚来源:作者根据卫星地图截图制作)

毫⽆疑问,当塔式光热电站各项技术在未来得到更多迭代,成本⼤幅下降,且能稳定获得投资收益和环境改良收益时。不仅可以建,⽽且可以建的地⽅真是太多了。

结语

⼽壁滩上闪闪发光的塔,既不是外星⼈不⼩⼼掉落在地球上的⾼科技,也不是⼈们种下的太阳。它是科学家们研发出的塔式光热电站。

尽管塔式光热电站还处于技术起步阶段,但得益于它的巨⼤优势,相信在不久的将来,沙漠上会出现许多这样的⾼塔,在储能发电的同时为沙漠带来层层绿意。

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