中国夺回亚洲第一？在荒漠使用12万面镜子建造发电超级工程

  这个由12000块镜子，3万吨熔盐，以及一根“擎天柱”组成的巨型发电站，就位于甘肃敦煌！

  敦煌全年日照时数超过3000多个小时，炽热的阳光肆意倾泄在这片广袤的戈壁上，相比起国外的高纬度地区，敦煌显然就是中国最适合建造光热发电站的地区之一。这个发电站的全名叫做“100兆瓦级熔盐塔式光热电站”。

  之所以会被称呼为“塔式”，是因为它中间有个集热塔。这个发电站的工作过程为：首先在集热塔周围布置少数的镜子，集热塔作为吸热器的承载基础，镜子作为太阳能的接收者，然后镜子将太阳光反射到集热塔顶的吸热器上。

  在光热电站开发中，熔盐作为一种性能较好的传热、储热工作介质，已成为当前光热电站实现长时间稳定发电的重要保障，当下熔盐塔式光热发电技术已很成熟，国际上已进入大规模商业化应用阶段。

  按照光热产业联盟 2015 年的调研多个方面数据显示，国内光热发电的装备国产化率已达到90%以上。我国在敦煌建成的国内首个百兆瓦级光热发电站，也是目前全球聚光顶级规模，可24小时连续发电的熔盐塔式光热电站。

  戈壁滩上，高260米的集热塔，被12000面镜子包裹其中，每一面镜子其实是由35个3.3平米的小镜子组成，因此采光面积可达115平方米，总采光面积达到140万平方米。这些子镜按照5乘7的排列方式，组成了一个“凹面镜”。每块子镜后还带有背板，它的作用是用来进行支撑以防止镜子变形，同时实现聚集和光斑控制要求。

  大家可能会觉得为何需要采用凹面镜，而不是我们平常使用的平面镜呢？一些比较厉害的观众肯定能猜到，那是因为凹面镜会使得平行光束汇聚，进而将光线所携带的能量集中，仔细想一下，手电筒就采用了凹面镜，所以射出来的光线比较远而且不容易减弱。

  至于如何保证这12000块镜子能精准将光斑投射到吸热塔上，这就是塔式光热电站的技术难题之一，而我们中国采用的方式非常先进，那就是给这些定日镜加装一个“减速机”。减速机常用于工业机器人 以及医疗机器人等对精度要求极高的领域，在加装减速机后，这1万多面镜子就像1万多个机器人，通过集中控制，变成一个机器人集群，控制软件、控制仪器、控制管理系统，执行机构和通信系统等样样俱全。

  太阳升起时 ，镜子就开始调整角度，将阳光反射并聚焦在塔顶的集热器上，一天之内太阳角度一直在变化，而镜子在计算机的控制下也不停地自动调整角度，它们能够随着太阳的移动保持着最佳反射角度，聚焦精度可达到0.03度至0.05度，聚集的阳光能形成超过1000摄氏度的高温。

  而塔里存储着3万吨的熔盐，熔盐是一种液态盐，是一种可以高温传热、蓄热的介质。我们通过一个化盐系统把它变成210度，形成液态 ，然后进入整个熔盐系统，用它来吸热、换热和产生蒸汽，从而推动汽轮发电机组发电。

  其实，很多发电系统的最后一环，和日常生活中的“烧开水”没什么差别，核能 、火电、 地热等等发电方式，它们最后都是通过蒸汽推动汽轮机发电。

  集热塔将热量传递到塔下3万吨熔盐中，用水冷却的熔盐的过程中产生大量蒸汽，推动汽轮机产生电力，用这种盐来储存热能来发电，成本非常低，如果所有镜子都能满负荷运转，年发电量可以接近4亿度电左右。

  集热器将熔盐加热到超过500度，进入熔盐罐中储存热能，夜晚或阴天的时候，使用熔盐储热的优势就凸现出来了——罐中上万吨的熔盐，依旧能持续放热，在没有太阳的时候持续发电。

  目前，世界主流储罐基本都是单壁罐结构，这种结构本身强度过关，制造成本也不高，但我国技术人员经过研究之后发现，单壁罐结构并不能完全解决高温疲劳问题，特别对于运行温度，常年保持在550摄氏度的光热电站来说，恐怕非常容易就会发生险情。

  既然单壁不行，那我们就整个双壁的，相比起单壁而言，双壁是一个全新的领域，没有前人的经验。中国科学家硬是自己摸索出了一条道路，研发了一种采用独特双壁夹套结构的新型储罐。

  双壁夹套结构新型储罐，不但大幅度解决了高温疲劳问题，而且新型储罐初期投资费用也只比传统储罐略高5%到10%。与此同时，因为储罐中的保温隔热材料，多了一层外壁罐保护，自身寿命也得到延长。

  从整体来看 新型双壁储罐不仅没有提高成本，反而在某些特定的程度上降低了整个塔式发电站的建设经营成本，也间接提高了安全性。根据老马查到的国外多个方面数据显示，2009年时 建设光热发电站的成本，一般约为每瓦2.50到4美元，而燃料是免费的。因此 一个250百万瓦的光热发电站，成本大约在6亿——10亿美元左右，因此相比起化石燃料发电站而言，光热发电站在经济上更具有竞争力。

  国际绿色和平组织、欧洲太阳能热电协会和国际能源署的SolarPACES组织的一项研究，调查了聚光太阳能发电的潜力和未来。研究之后发现：到2050年，聚光太阳能热发电量可能占到世界能源需求的25%，投资额将从20亿欧元增加到当时的925亿欧元。

  西班牙是聚光太阳能发电技术的领导者，有50多个政府批准的项目，此外，它还出口各种技术，进一步增加该技术在全球能源的份额。专家预测 非洲 墨西哥和美国西南部地区的增幅最大。

  除发电之外，塔式太阳能热发电技术，还可应用到辅助石油萃取，供暖及海水淡化等其它新应用领域。美国雪佛龙在加州的科林加油田，把塔式太阳能集热系统加热产生的水蒸气，应用于重油的开采，该系统拥有日光反射镜7000多面，定日镜场占地26万平方米，聚光塔高100m，每小时可将350桶蒸气输入地下，增产石油5%左右。

  目前行业主流的光热发电技术，按照聚光器类型和接收器类型分为4类，槽式、塔式、碟式和菲涅尔式。塔式发电系统是净效率是最高的，因为可达温度最高，能达到这么高的温度是因为用大量镜子反射太阳光于一点。

  我国的敦煌塔式太阳能发电站，从规模来看，是世界第三大塔式光热电站。而美国CrescentDunes光热电站，位于美国内华达州托诺帕附近，距拉斯维加斯西北部225公里，总占地面积约为6.475 平方千米，为全球已建成的最大的塔式熔盐电站，装机规模达110兆瓦，集热塔高约200米，配备10小时储热系统，项目总投资约10亿美元，敦煌塔式太阳能发电站总投资则在30亿人民币左右。

  CrescentDunes光热电站首次在百兆瓦级规模上，成功验证了塔式熔盐技术的可行性，而成为光热发电发展史上重要的里程碑。作为光热电站中的“前辈”，美国在这样的领域当中颇有建树，Ivanpah光热电站更是全球装机容量最大的光热电站，总装机规模达到了392兆瓦，由三座装机分别为133MW 133MW和126MW的塔式电站构成，项目总计投资达22亿美元，还获得美国能源部16亿美元的贷款担保。

  Ivanpah电站的意义在于，首次从实践层面验证了塔式电站大规模开发的可行性，在Ivanpah电站之前，装机顶级规模的塔式电站为西班牙PS20和Gemasolar电站，均只有20兆瓦，而Ivanpah电站的单塔装机最高为133兆瓦，实现了百兆瓦级塔式电站的首次开发和规模化开发。西班牙和美国在光热电站上的优异表现，曾经也让我们狠狠羡慕了一把。

  不过，时代变了！我国光热发电电站的建设虽然处于起步期，可是在技术上与国外相比已无明显差距，甚至在部分环节上已经具备技术优势，太阳能热发电的关键和主要装备也基本实现国产化，相信在不久的未来，美国保持的各项记录，也该被我们所取代了。