太阳热能发电

王超是个爱动手的中学生，在物理课学习了透镜的知识，他决定自制一个太阳灶。只有凹面镜能聚光，哪里去找大的凹面镜呢?王超眼珠子一骨碌转，有了!找一只铁锅，里面敷上反光材料不就成了吗?家里正好有一只废弃不用的铁锅。他从市场买来很多锡纸，用万能胶粘上，一试，觉得聚光效果不太好。还是镜面好，可锅底大的凹面镜不好找。他到镜子商店用废品价买来很多破镜面，计算好尺寸，用玻璃刀一块块切割，拼凑成锅面再试，聚光能力大大提高。

根据所学到的光学知识，王超将锅转来转去，找准了铁锅凹面镜的焦点，用木料做了底座，又做了一个能放锅的金属环，对准焦点安上。在太阳下一试，1千克水不到20分钟就开了。王超自造太阳灶的消息在同学间传开了，大家看了都夸他心灵手巧。

太阳灶是一种节能环保的炊具，生产的产家很多。太阳灶式样琳琅满目，但原理十分简单，就是用凹面镜将太阳光聚焦，产生高温。青岛生产的系列太阳灶，采用最新技术，能在瞬间把阳光换成火焰，相当于1000～1200瓦的电炉，特别适用于农村、小型单位、饭店、理发店等烧水、蒸、煮、炖等炊事活动。当今，最先进的太阳灶，其光能的利用率已达98％。不用煤，不用电，不用液化气，利用太阳光就可以烧水、做饭。

太阳光热能知多少

在上海世博园区，中国馆、世博中心、主题馆等建筑都在屋顶、玻璃幕墙上安装了太阳能电池组系统，并与建筑本身完美地融为一体。“阳光世博”充分展示了我国太阳能利用技术水平，推动了我国“太阳能经济”发展。但是光伏发电成本高，光能的利用率也有限，有没有效果更好的太阳能发电方式?回答是肯定的。

据天文学家研究，太阳的年龄约46亿年，它还可以继续燃烧约50亿年。到达地球大气上界的太阳辐射能量，称为太阳辐射量。在地球位于日地平均距离处时，地球大气上界垂直于太阳光线的单位面积，在单位时间内所受到的太阳辐射的总能量，称为太阳常数。世界气象组织1981年公布的太阳常数值是1368瓦／米²。太阳每秒辐射到太空的热量相当于1亿亿吨煤炭完全燃烧产生热量的总和。如果从地球到太阳之间，架上一座3000米宽、3000米厚的冰桥，那么，太阳1秒种功夫发出的能量，就可以把这个1.5亿千米长的冰桥全部化成水，再过8秒钟，就可以把它全部化成蒸气。太阳的热力相当于1个3820万亿亿千瓦的发动机的功率，太阳表面每平方米面积就相当于1个63270千瓦的动力站，而地球上仅接收到这些能量的22亿分之1。即使是这样，太阳每年送给地球的能量还相当于100亿亿度电的能量。

太阳能取之不尽，用之不竭，是最理想的能源。它每时每刻都在向地球传送着光和热，有了太阳光，地球上的植物才能进行光合作用。植物的叶子大多数是绿色的，因为它们含有叶绿素。叶绿素只有利用太阳光的能量，才能合成各种物质，这个过程就叫光合作用。据计算，全球的绿色植物每天可以产生约4亿吨的蛋白质、碳水化合物和脂肪，与此同时，还能向空气中释放出近5亿吨的氧，为人和动物提供了充足的食物和氧气。

但长期以来，人类对太阳能仅停留在直接利用上，遍布我国农村和城市屋顶的太阳能热水器，就是最好的例证。只是到了近代科学家发明了光伏电池，太阳能的大规模利用才提到了议事日程。但是，光伏发电有致命的弱点：一是它的发电成本比较高，无法同煤电、水电和核电竞争；二是光伏发电的效率不高，一般的利用率在20％多一点，最高也不过40％，连太阳灶的一半都不到。我国盛产石英，也是精制石英砂的主要出口国，但还没有掌握用石英制造多晶硅的绿色生产技术。发展光电，生产电池板的多晶硅原材料，得向国外购买，这要占整个发电成本的50％。我国光伏发电越发展，国外企业赚的就越多，大量的外汇就流进外国人的口袋，这是我们极不情愿的。

太阳热能发电的方式

太阳灶能烧开水，开水能变蒸气，如果制造出很大很大的太阳灶或太阳灶组，不就能用蒸气推动涡轮机发电了吗?1878年，法国科学家在巴黎建造d"小的太阳能动力站，用抛物面反射镜将阳光聚焦到焦点处的蒸汽锅炉，产生的蒸气，驱动一个很小的交互式蒸汽机。1950年，美国科学家设计了世界上第一座塔式太阳能热发电站的实验装置，对太阳能热发电技术进行基础性的探索和研究。上世纪60年代，太阳热能发电在欧美国家起步，目前已进入大规模商业化应用阶段。

根据集热方式不同，太阳热能发电分点聚焦和线聚焦两种方式。点聚焦是将大量反射镜排列成矩阵，把太阳光聚集到一个点上，使温度提升至近1000摄氏度；线聚焦是将大量反射镜排列为一行，把太阳光聚集到一条直线上，使温度提升至300～400摄氏度。

目前，各国采取不同的发电方式。线聚焦槽式发电已有20多年的经验，技术最成熟，发电成本已降至每千瓦时12美分，美国、澳大利亚多采用槽式发电。塔式发电系统发电效率较高，但占地面积较大，目前主要用于边远地区的小型独立供电。碟式发电效率最高，投资比槽式发电低45％，占地面积仅为塔式的1／4。但存在反射镜局部容易过热烧坏等问题。

1982年在西班牙马德里南部沙漠，建造了第一座50kW的太阳能热气流塔式实验电站。它有高195米、直径10米的“烟囱”，与“烟囱”相连的集热棚直径240米，收集的热气流进入“烟囱”，带动涡轮发电机。它装有144个传感器，用来测试自然气象条件下各部件对涡轮发电机输出功率和电站效率的影响。

槽式太阳能热发电站，由聚光镜、接收器和跟踪装置构成。接收器主要有真空管式和腔式两种；换热系统由预热器、蒸气发生器、过热器和再热器组成。进入换热子系统中产生蒸气，蒸气进入发电子系统发电。我国从上世纪70年代开始，跟踪研究太阳能热发电技术，国家对光热发电投资力度不断加大，重点技术已经取得了突破性进展。2010年7月，皇明集团与中科院、华电集团合作，在山东德州建设我国首座菲涅尔式太阳能热发电站，在北京延庆建设塔式太阳能热发电实验电站。8月，北京中航空港通用设备有限公司在湖南沅陵建设我国首座槽式太阳能热发电站。此外，陕西榆林50兆瓦电站、青海格尔木1000兆瓦电站、四川100兆瓦电站、海南50兆瓦电站也在计划中。

太阳热发电优势与前景

与光伏发电相比，太阳能热发电没有生产太阳能电池带来的高能耗、高污染问题，设备生产过程清洁、发电规模效益好。在太阳光短缺的时候，太阳能热发电的储能系统还可以维持电站2～3天正常运行，易于保持输出电流的稳定性，也容易解决并网问题。这是风力发电和光伏发电所不具备的优势。

利用国产设备建造一个50兆瓦的槽式太阳能热发电站，设备投资额每千瓦1.5万元左右，两年后有可能降至每千瓦9.000元，远低于光伏发电设备投资成本。据欧美专家预计，15年之后，太阳能热发电成本将接近煤电成本。目前煤电成本为每度0.4元左右，还在不断上升，而太阳能热发电成本却在不断下降。随着技术进步和制造工艺提升，太阳能热发电的成本还有下降空间。如皇明集团生产的碟式反射镜，目前成本已经比10年前下降了1／3。要不了几年，我国的太阳热能发电就会走上快车道。

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