太陽能塔的工作原理是什么？

太陽能塔，又稱太陽能發(fā)電塔，是一種將太陽能集中起來，使其成為更強(qiáng)大的能源的方式。太陽塔有時(shí)也被稱為定日鏡發(fā)電廠，因?yàn)樗鼈兪褂梅植荚谝粋€(gè)領(lǐng)域的一組可移動(dòng)的鏡子（定日鏡）來收集和集中太陽光在塔上。

太陽能塔集太陽能于一身，被認(rèn)為是一種可再生能源。太陽塔是一種太陽能技術(shù)（包括拋物線槽或碟形發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)），可以構(gòu)成一個(gè)集中太陽能發(fā)電（CSP）系統(tǒng)。根據(jù)太陽能工業(yè)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)，美國CSP工廠的能源產(chǎn)能約為1815兆瓦。

太陽塔的工作原理

當(dāng)太陽照射到太陽塔的定日鏡上時(shí)，每一面計(jì)算機(jī)控制的鏡子都會(huì)在兩個(gè)軸上跟蹤太陽的位置。定日鏡的設(shè)置使得在一天的時(shí)間里，它們能有效地將光線聚焦到塔頂?shù)?a target="_blank">接收器上。

在第一次迭代中，太陽能塔利用太陽的聚焦光線加熱水，產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動(dòng)渦輪發(fā)電。較新的型號(hào)現(xiàn)在使用液體鹽的組合，包括60%的硝酸鈉和40%的硝酸鉀。這些鹽比水具有更高的熱容，所以在用它們來煮沸水（驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)）之前，其中一些熱能可以被儲(chǔ)存起來。

這些較高的工作溫度也允許更高的效率，并意味著一些電力可以產(chǎn)生，即使在陰天。再加上某種儲(chǔ)能裝置，這意味著太陽能塔可以24小時(shí)提供可靠的能源。

環(huán)境影響

太陽能塔具有明顯的環(huán)境優(yōu)勢。與煤炭或天然氣等化石燃料發(fā)電廠相比，在能源生產(chǎn)過程中不會(huì)產(chǎn)生空氣污染、水污染或溫室氣體。（就像在另一種類型的發(fā)電廠一樣，在太陽能塔的建筑中也會(huì)產(chǎn)生一些排放物，因?yàn)椴牧媳仨氜D(zhuǎn)移到該位置并建造，所有這些都需要能源，通常是化石燃料的形式。）

負(fù)面的環(huán)境影響與其他發(fā)電廠類似：一些有毒物質(zhì)被用來制造發(fā)電廠的部件（在這種情況下是光伏電池）。當(dāng)你為一種新植物清理土地時(shí)，生活在那里的動(dòng)物和植物會(huì)受到影響，它們的棲息地也會(huì)被破壞——盡管選擇一個(gè)對當(dāng)?shù)刂参锖蛣?dòng)物影響最小的地點(diǎn)可以減輕一些這種影響。太陽塔通常是在沙漠中建造的，因?yàn)樯衬旧砩鷳B(tài)系統(tǒng)就有些脆弱，所以在選址和建造時(shí)必須特別小心。

一些太陽能塔是風(fēng)冷式的，但另一些利用地下水或可用的地表水進(jìn)行冷卻，因此雖然水不像其他電廠那樣受到有毒廢物的污染，但水仍在使用，這可能會(huì)影響當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)。一些太陽塔可能還需要水來清潔定日鏡和其他設(shè)備。根據(jù)美國能源信息中心（US Energy Information Center）的說法，“太陽能熱系統(tǒng)利用潛在的有害液體來傳遞熱量?！贝_保這些化學(xué)物質(zhì)在暴風(fēng)雨或其他異常情況下不會(huì)進(jìn)入環(huán)境非常重要。

太陽能發(fā)電塔特有的一個(gè)環(huán)境問題是鳥類和昆蟲的死亡。由于定日鏡是如何將光和熱集中起來的，任何在光束傳輸?shù)剿袝r(shí)飛過光束的動(dòng)物都會(huì)被高溫（高達(dá)高達(dá)538攝氏度）燒死。減少鳥類死亡的一個(gè)簡單方法是確保同時(shí)瞄準(zhǔn)塔的鏡子不超過四個(gè)。

太陽塔的歷史

第一座太陽能塔是由美國能源部桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的國家太陽能熱測試。作為對能源危機(jī)的回應(yīng)，它于1979年建成，至今仍作為一個(gè)試驗(yàn)設(shè)施運(yùn)行，供科學(xué)家和大學(xué)研究。

國家太陽能熱測試設(shè)施 （NSTTF） 是美國唯一此類測試設(shè)施。據(jù)Sandia網(wǎng)站介紹，NSTTF的主要目標(biāo)是為擬建的太陽能發(fā)電太陽能熱電廠中獨(dú)特元件和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)行提供實(shí)驗(yàn)工程數(shù)據(jù)。

第一個(gè)商業(yè)太陽能發(fā)電塔是“太陽一號(hào)”，從1982年到1988年在莫哈韋沙漠運(yùn)行。雖然它能在晚上儲(chǔ)存一些能量（足夠在早上啟動(dòng)），但效率不高，這就是為什么它被改裝成太陽能二號(hào)。第二次迭代將石油作為傳熱材料轉(zhuǎn)換為熔鹽，熔鹽還可以儲(chǔ)存熱能，并且具有無毒和不易燃的附加好處。

2009年，塞拉太陽塔在加州莫哈韋沙漠建成，其5兆瓦的發(fā)電能力使其運(yùn)行時(shí)的二氧化碳排放量每年減少7000噸。它是作為一個(gè)模型建造的，但在2015年被關(guān)閉，因?yàn)樗徽J(rèn)為運(yùn)營成本高昂。

在美國以外，太陽能塔項(xiàng)目包括西班牙塞維利亞附近的PS10太陽能發(fā)電廠，該廠生產(chǎn)11兆瓦的電力，是一個(gè)更大的系統(tǒng)的一部分，該系統(tǒng)旨在生產(chǎn)300兆瓦。它建于2007年。德國的實(shí)驗(yàn)性的尤利希（Jülich）太陽能塔建于2008年，是德國唯一使用這項(xiàng)技術(shù)的工廠。它在2011年被出售給德國航空航天中心，目前仍在使用。其他美國和歐洲項(xiàng)目詳情如下。

2013年，智利向塞羅·多米納多（Cerro Dominador） CSP項(xiàng)目投入了13億美元，這是拉丁美洲第一個(gè)太陽能塔項(xiàng)目。它的開始是希望到2040年逐步淘汰燃煤發(fā)電，到2050年完全實(shí)現(xiàn)碳中和。但由于該項(xiàng)目的出資人破產(chǎn)而導(dǎo)致的延期意味著，在該工廠恢復(fù)建設(shè)時(shí)，其技術(shù)已經(jīng)被來自中國的廉價(jià)太陽能電池板和廣泛采用的可再生技術(shù)所超越。塞羅·多米納多（Cerro Dominador） CSP的電費(fèi)價(jià)格已經(jīng)是其他可再生能源價(jià)格的三倍。這個(gè)項(xiàng)目現(xiàn)在無限期地?cái)R置。

世界各地的太陽能塔

一個(gè)理想的太陽能塔位置是一個(gè)平坦，干燥，不太多風(fēng)或暴風(fēng)雨。電廠運(yùn)營商將需要獲得一些供水（如果僅用于清潔定日鏡），應(yīng)避免出現(xiàn)大量降雨或降雪的區(qū)域。當(dāng)然，陽光充足的日子和盡可能多的太陽直接輻射是最好的，所以最小的云量是目標(biāo)。這是由一個(gè)稱為太陽直接法向強(qiáng)度（DNI）的數(shù)字來測量的，這些信息可以通過美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室獲得。

任何符合這些標(biāo)準(zhǔn)的地方都是太陽能發(fā)電塔的好位置，包括中東、美國西南部、智利、西班牙南部、印度、南非和中國。

太陽能塔挑戰(zhàn)

一些太陽能塔項(xiàng)目已經(jīng)取消或退役。挑戰(zhàn)的范圍從投資的財(cái)務(wù)問題，到與其他可再生能源在價(jià)格上的競爭，到建造塔樓所需的時(shí)間，再到環(huán)境問題。

取消的太陽能塔項(xiàng)目

智利的Cerro Dominador CSP項(xiàng)目已經(jīng)開始，但由于項(xiàng)目背后的融資人破產(chǎn)而沒有完工。

世界上關(guān)閉太陽塔項(xiàng)目

Eurelios是1981年至1987年在西西里島運(yùn)營的太陽能塔試點(diǎn)工廠。

塞拉利昂太陽塔（Sierra Sun Tower）從2009年至2015年在莫哈韋沙漠中運(yùn)行。

莫哈韋沙漠中的太陽一號(hào)和太陽二號(hào)分別于1982年至1986年以及1995年至1999年運(yùn)行。

SES-5于1985年至1989年在前蘇聯(lián)運(yùn)作。

亞利桑那州的Maricopa Solar建于2010年，但于2011年退役并出售。
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