儲存陽光

太陽能發電站將太陽能轉化為電能。其主要優勢在於能透過儲熱系統確保在缺乏日照的時候持續供電。專家預測該技術前景光明,現在讓我們深入了解這項環保技術。

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在摩洛哥南部的瓦爾扎扎特(Quarzazate),數十萬片反射鏡排成800列,每列數百米長,在紅土荒漠的烈日下閃閃發亮。一座宏偉的發電站猶如海市蜃樓般在荒涼的平原上熠熠生輝。瓦爾扎扎特太陽能發電站將成為全球規模最大的太陽能發電站,佔地面積近4000個足球場。2016年2月,該專案 Noor I 一期工程(“Noor”:阿拉伯語意為“光”)已正式投入使用,額定裝機容量為160兆瓦(MW),足可為35萬戶摩洛哥家庭供電。Noor I 一期工程僅僅是個開始:這一指標性專案計畫興建四座發電站,預計至2017年底總裝機容量約為500兆瓦。

來自沙漠的電力

德國國家航空航太研究中心(DLR)太陽能研究所所長Robert Pitz-Paal教授解釋:「太陽能發電站聚集陽光以產生高溫。在日照充足的地區,它們能利用這種可再生能源大規模地生產環保電力。」對日照較強的國家而言,聚光太陽能發電(CSP)最為合適。摩洛哥太陽能園區地理位置非常理想,瓦爾扎扎特附近的年太陽輻射強度超過2500千瓦時/平方米,是全球日照最強的地區之一。

訪談:德國國家航空航太研究中心(DLR)太陽能研究所所長 Pitz-Paal 教授

什麼是聚光太陽能發電(CSP)?是什麼讓你對此著迷?

幾乎所有人都知道光伏發電或風力發電,但很少有人聽說過聚光太陽能發電(CSP)。為什麼?

你的主要研究領域是什麼?

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Noor I 一期工程:這一全球最大的太陽能發電站一期工程於2016年在撒哈拉沙漠附近的摩洛哥正式投入使用。

聚光太陽能發電

在Noor I 一期工程太陽能發電站中,53.7萬片拋物面反射鏡在電腦的控制下如向日葵一樣永遠面朝太陽轉動。它們聚集太陽射線並將其轉化為熱能。這些鏡子呈微弧形,高十餘公尺,中間分佈著充滿循環導熱油的管線。這種合成液體可被加熱至393℃,再送到位於這一巨型鏡面中心的發電站,生成蒸汽,透過驅動發電站巨大的渦輪機進行發電。為確保在夕陽西下後持續穩定供電,該發電站安裝了大型儲熱裝置。因此,在可再生能源組合中,太陽能熱電站具有一項決定性優勢:能夠24小時晝夜不間斷發電。

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為 100 多萬戶家庭供電:整個工程竣工後,拋物面反射鏡將覆蓋近 30 平方公里的用電需求。
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向日葵原則:拋物面反射鏡在電腦的控制下永遠面朝太陽轉動。

夜間滿負荷供電

巴斯夫太陽能業務與無機物新業務開發經理Matthias Hinrichs博士表示:「Noor I 一期工程中的儲熱裝置由兩個巨大的鋼罐組成。鋼罐中裝有以硝酸鉀和硝酸鈉按特定比例配製而成的鹽混合物,在240℃左右的條件下呈液態。」巴斯夫擁有超過90年的儲能鹽生產歷史,以超純合成鈉鹽業務為主。利用釋放儲存在鹽料中的熱能,CSP發電站甚至能在夜間滿負荷供電。儲熱罐中需要大量的鹽混合物:在位於路德維希港的巴斯夫基地中,僅為這座摩洛哥太陽能發電站生產的硝酸鈉總量便達到約27000噸。

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保證日落後繼續穩定供電:Noor I 一期工程使用特製的硝酸鉀和硝酸鈉鹽混合物將熱能儲存在兩個巨大的鋼罐中。
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純度最高的硝酸鈉:太陽能熱電站利用巴斯夫生產的熔融鹽儲存熱量,並依需求轉化為電能。顯微影像比例:320:1(寬:12釐米)。

全新投資,工作機會激增?

《全球光熱發電市場2016展望報告》指出,摩洛哥等國家正在為削減溫室氣體排放作出重大貢獻。到2020年,憑藉CSP技術,「陽光地帶」(即赤道南北緯度40度之間)的國家可以減少3200萬噸的二氧化碳排放。目前,西班牙和美國是CSP技術領域的佼佼者,但其他國家也在奮起直追。到2020年,中國計畫將太陽能熱電站裝機容量提升至10吉瓦(GW),而沙烏地阿拉伯則計畫在2032年前將CSP產能提升至25吉瓦。這一研究報告受國際能源署(IEA)、綠色和平以及歐洲太陽能熱發電協會(ESTELA)攜手發起的技術專案Solar-PACES之委託而進行。該研究還發現,到2020年,在這些國家中使用這種氣候中和型能源將吸引160億歐元的投資,未來還將新增7萬個職缺。

太陽能中的热能

什麼東西在歷經數十億年後依然充滿活力?太陽。對光伏技術和太陽能熱電技術而言,這顆距離地球最近的恒星幾乎是取之不盡的能量來源。光伏技術使用太陽能電池將陽光直接轉化為電能,太陽能熱電技術則產生熱能。在私人家庭,太陽能熱電技術主要用於提供熱水和暖氣。與此同時,聚光太陽能發電(CSP)可大規模生產電力:摩洛哥 Noor I 一期工程太陽能發電站的額定裝機容量為 160 兆瓦,足可為 35 萬戶摩洛哥家庭供電。成千上萬片反射鏡聚集陽光以產生高溫,將水轉化為蒸汽,透過發電機生產電力。用於聚集陽光的集熱器分為四種不同類型:

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在槽形拋物面太陽能發電站中,太陽輻射被聚集到鏡面焦點處的管道上,再導往其他地方。

槽形拋物面集熱器

大型槽形反射鏡將太陽輻射反射到熱交換器(接收器)。

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與槽形拋物面集熱器一樣,菲涅爾集熱器也是將太陽輻射導向焦線,對接收器管道進行加熱。其不同之處在於後者的鏡面是平鋪的。

菲涅爾(Fresnel)集熱器

透過狹長而平整的鏡面達到相同的效果。

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在碟式–史特靈(Stirling)發電站中,太陽輻射被碟形反射鏡集中到一個點,並通過史特靈引擎轉化為機械能。

碟式集熱器

相互連接的拋物面反射鏡將陽光聚集到一個點。

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這種類型的發電站塔頂溫度達到 1000 攝氏度以上,可用於發電。

定日鏡

在塔式發電站,成千上萬片反射鏡將陽光聚集到塔頂的中央接收器上。。

高發電量的前提條件是陽光直射,這主要集中在地球的“陽光帶”。西班牙、美國、中東和北非等國家已經建成或正在建設大量的 CSP 發電站。在這些發電站,利用含有液態鹽的大型儲熱器可進一步增加通過CSP技術獲得的太陽能,並加以儲存——以備沒有日光照射時供電。

太陽熱能的歷史

從金屬鏡到太陽能塔

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