万镜追日，场景太科幻

侯立顺

游人如织的莫高窟、月牙泉已成为甘肃传统文旅产业的代表性符号。但很少有游客知道，在月牙泉北侧20余千米处矗立着一座260米高的吸热塔。炎炎烈日下，吸热塔的顶端像一根孕育超级能量的荧光棒，闪耀着神秘的白光。每小时将有100兆瓦的电量在超级荧光棒里产生，而这些电能随即并入国家电网，惠及全国的千家万户。

万面镜，24小时发电

1.2万面如向日葵般自动追踪太阳的“超级镜子”以同心圆状围绕着超级荧光棒，并向其反射太阳热能。位于我国西部腾格里沙漠边缘的甘肃敦煌，全年日照达3000多小时。如果往沙漠里插上上万面定日镜，环绕着260米的集热装置，随着太阳的移位，保持最佳反射角度，聚光、吸热、储热、换热……聚集的阳光可以形成超过1000℃高温，集热器将热量传递到塔下的熔盐中，用水冷却熔盐的过程中产生大量蒸汽，推动汽轮机产生电力。这是全球聚光规模最大、吸热塔最高、储热罐最大、可24小时连续发电的百兆瓦级熔盐塔式光热电站。

熔盐塔式光热电站也被称为“镜子发电站”，其原理简单地说就是将镜子反射的太阳光集中到一起，加热熔盐塔中的熔盐，一部分热量用来发电，另一部分储存在熔盐中。在占地7.8平方千米的发电站厂区内，1.2万面定日镜以同心圆状围绕着260米高的吸热塔，如同盛开在戈壁上的银色“向日葵”。该电站年发电量将达3.9亿千瓦时，每年可减排二氧化碳35万吨，释放相当于666.7万平方米森林的环保效益，同时可创造经济效益约4亿元。这个全球聚光规模最大、吸热塔最高、可连续24小时发电的百兆瓦级熔盐塔式光热电站，于2018年年底并网发电，年发电量达3.9亿千瓦时。与光伏发电相比，这种发电方式更具连续性和稳定性。

发展“干净”能源

为抵制石油价格的疯涨，1973年美国人提出了建造太阳能热电站的方案。方案计划在石油产量回归正常之前，在加利福尼亚的莫哈韦沙漠建造9座太阳能热电站，其中有8座至今仍在正常运行。这种电站的原理很簡单。一排排的柱状半圆弧面镜（即将一个圆柱体纵向剖开后的形状）将阳光集中反射到一根管道上，而管道中循环着一种合成油。这样一来，油受热，温度上升至390℃，便通过一个交换器将热量传送给一个蒸汽压力回路。而后者带动涡轮机旋转。这样一套系统能将16%的太阳能转化成电能。

那么，人们为什么没有大批量地建造这类设施呢，因为其生产成本（包括反光镜、油……）居高不下，与传统电站生产的电力价格相比，毫无竞争力。其次，要使这些设施产生效益，就要保障其拥有充足的运行时间，而这需要大量的阳光。虽然说，符合这种条件的地方有很多——比如美国南部、地中海沿岸、澳大利亚、中东、印度和中国的广袤地区……但那通常都是些距离工业中心非常遥远的沙漠地带。而石油（或核能）的效益更高且能就近发电。再者，阳光是一种间隔性的能量源，由于缺乏贮存直流电的方法，这类太阳能电站到了夜晚就无法生产了。

成本、产量、贮存……这些长期困扰人们的难题正在被克服！首先，人们完善了接收阳光的技术。以色列的一家能源公司已经使用轻质高效的材料生产出了结构更简单、价格更低廉的反光镜。它能将温度抬升至700℃。这样一来就能使蒸汽压力提升1倍，将电站的效益提高几个百分点。

柱状半圆弧面镜并不是收集宝贵阳光的唯一办法，还有用镜面接收阳光的塔楼、能将热量聚焦的球体、价格低廉的平面镜，等等。这诸多办法各有短长，而它们的共同目标则是将太阳能发电的生产成本降低到原先的1/4。

目前，世界主流光热发电技术分为塔式、槽式、线性菲涅尔3种。塔式熔盐太阳能光热发电技术是目前世界上公认的热转换效率最高且最有商业前景的太阳能综合利用技术。从电力贮存角度看，将一部分的产量转移贮存到装有熔解盐（硝酸钠和硝酸钾）的罐中。这种物质能够很好地贮存热量，然而由于其具有腐蚀性，人们直到20世纪90年代才开始掌握其应用技术。这样贮存下来的热量便能够在夜间（或阴雨天）被用来继续发电。当然，现在还做不到“24小时全天候”生产，但西班牙的一座实验电厂已经能够贮存8小时的产量。而且这方面的研究正在取得快速的进展。

美国国家能源研究实验室正在研究一种“纳米束”，即由50-500个铝原子组成的粒子群，其热性能比起由更大粒子组成的相同材料的热性能要好得多。它们能够贮存的热量是目前同样体积的熔解盐的2-3倍，最高达5倍，其实际应用应该会在2020年开始。而到那时，由于真正的“电力高速公路”的建成，电力传输过程中的损耗问题也会得到解决。在太阳能热电站中，阳光将液体加热，后者将热量传导给一个蒸汽回路，就像在传统的热电站（核电站或火电站）中一样。一部分热量被贮存在装有具备载热性能的熔解盐的罐中，这样就能保证即使在夜间也能产生蒸汽。而在遇到阴天的时候，太阳能板的效能尽管有所下降，但还是能和所贮存的热量一起保障电力生产。

2030年，全面超过核电

在2015年的数据统计中，当时的甘肃新增光伏装机93万千瓦，累计达到了610万千瓦，已经位于全国首位。尽管太阳能具有诸多优点，仍有一个问题不可回避。既然它目前在世界能源版图上依然处于边缘地位，何以确定它能在短短几十年后取代化石能源呢？太阳能要想实现快速发展，就应该采取“扩张地盘”的策略。自从20世纪70年代以来，太阳能光电板的安装面积每年增长至少30%。换言之，这一安装面积每10年增长至少12倍。

目前，全世界的太阳能发电总量相当于十几座核电站或热电站产量的总和。只要这个发展势头持续下去，那么到2030年，太阳能发电的装机总量就将达到1000吉瓦，从而超过核电。那么我们到底能不能使太阳能迈开大步发展呢？2013年，美国加利福尼亚州的第一座太阳能电场建成投产，它能够生产1300兆瓦的电力，产能相当于一座核反应堆。而到了2050年，太阳能发电将占到美国电力的70%！若这一预测得以实现，美国的纳税人在2020年以前就要支付高达3 000亿美元的前期投入，这无疑是一笔耗资巨大的开销。 （责任编辑：曹伟 责任校对：白玉磊）