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太阳能热发电前景看好路途不易

文章出处:万康太阳能 加入时间:2014/12/16 浏览次数:267

  这里的风很大,测量到的最大风速达到每秒钟27米,相当于10级狂风。

  披上军大衣,中国科学院电工研究所研究员王志峰指着五六块宣传板中一块裸着“膀子”的说,“看,就是那块板子,上面的宣传布被昨天的大风吹掉了。”

  这里还被称作“北京最冷的地方”。

  然而,选址在此,却是王志峰和他的同事“自找的”。

  2012年末,正当光伏发电连遭贸易争端,跌入低谷之时,它的“孪生兄弟”,同是利用太阳能发电的“热发电”项目却在北京八达岭长城脚下一片荒地上诞生——通过科技部现场验收,并正式运行。王志峰就是这一项目的负责人。

  这项被业内专家称作是最有可能引起能源革命的技术,比光伏发电进入人们的视线稍晚一些,但前景非常被看好。

  众所周知,每建起一个大型光伏发电站,一般应再建一个配套的普通发电厂,以稳定整个电网的运行。这让环保人士很“头疼”,之所以开发太阳能发电,一是为节省诸如煤炭等不可再生资源,二是避免空气污染,但光伏的扩张并未摆脱普通发电厂的影子,反之似乎更甚。

  而带有储热系统的热发电,则不需要这种“多余的配合”。

  中国科学院电工研究所是国内最早研发这一技术的,而延庆太阳能热发电实验基地则是亚洲首个兆瓦级塔式太阳能热发电站的所在地。

  王志峰告诉记者,整个项目简单而言就是从太阳那里借“热”来发电。既然是利用太阳能,那么,最终应用的地方当属国内最盛产阳光的大西北,那里的气候就是“风大”、“寒冷”。因此,用业内专家严陆光院士的话来说,“今后应用地的环境是什么样,实验地就要什么样”。

  100面令化妆高手望而生畏的镜子

  走进实验站,一把把“巨伞”耸立着,占地1万平方米,相当于一个小型的风雨操场。这些“伞面”名叫反射镜,也被形象地称为定日镜,因为它们会像向日葵一样追着太阳。伞面由许多面小镜子组成,有正方形的,长方形的,也有六边形的。

  别小瞧这一面面镜子,其反射率最低的也达到了94%,这意味着什么?如果拿家里常用的梳妆镜来对比,后者的反射率仅在76%左右,有工作人员开玩笑道,“再牛的化妆高手站在定日镜面前都会害怕。”

  站在这些巨伞前面的,是一座高120米的白色吸热塔。整个借“热”过程中最关键的部分,就由这100个“伞兵”和这位“塔将军”配合完成的。

  与光伏发电“光能直接转化为电能”不同,热发电是通过光能转化热能,再将热能转化为机械能,进行发电。

  在塔的底部,还有专门的储热系统存储多余热量,以便在夜间或阴天时发电。这一系统是“热发电”与“光伏”的一个重要区别。虽然光伏也能存储电能,但需要大量的电池,而蓄电池的成本则是大得可怕的。

  按照电站宣传册上的介绍,该项目的储存容量已经可以满足日落后1个小时的发电需求,而世界上最为先进的储热量,已达到落日后16小时发电,再加上白天的8小时,可以实现24小时连续发电,而这就是王志峰的项目组努力的方向。他告诉记者,带有这种平稳性的太阳能热发电技术避免了目前风能和光伏发电的不稳定性对电网冲击的问题。

  从像野鸭子似的乱拍翅膀到偏转不超0.1度

  事实上,在这一整套“借热”的系统里,关键的技术并非蓄热,而在于吸热或称之为集热,即将光收集并转化为热的过程,靠的是“塔将军”上的吸热器。

  “十五”期间,国内在这一点上非常落后。王志峰介绍,项目开始的2006年,即使要参观一个几百平方米的小型太阳能热发电集热系统,也只能去西班牙或美国。

  时隔六年,在向行政主管部门做项目汇报之时,项目组的报告却底气十足:“6年奋战,项目经历了从材料到系统集成的太阳能热发电完整技术链,从而拉动了我国塔式太阳能热发电技术体系和产业体系的建设。”

  这意味着,包括吸热、蓄热到发电所有环节的关键技术,都是国内团队自主研制的结果。

  以定日镜为例,按照电工所一位领导的说法,此前,国内从未做过这种镜子,科研人员全凭着“看图想象”做科研——看着国外已经展示出来的定日镜的成品图片猜想着其中都有哪些部件,然后一试再试地制作、打磨,经过4代更新才研制出了今天的定日镜。

  一种更为形象的说法来自定日镜生产企业的一位工程师,刚开始做出来的定日镜,一遇到风,就像野鸭子似的乱拍翅膀,如今,八达岭五六级风下,其最大偏转也不超过0.1度。

  记者来访的当天,气温零下4摄氏度,王志峰看着被风吹摆的宣传布,很“熟练”地预估到,“今天应该四级风”。他告诉记者,多年前,首都机场T3的屋顶被大风刮掉之时,他正在临时塔上站着,“拉着栏杆,一点事儿没有”。

  大风之下,定日镜的调试工作更显得不易。王志峰说,没有人知道调试成何种参数才是正确的,但若出现错误的调试,则会出现“十分恐怖”的结果。简单来说,100面定日镜本该将集束一起高达1000多摄氏度的光打在吸热器上,但若打在了别处,比如吸热器旁边的塔壁上,其结果很有可能是塔的钢结构瞬时“熔化”,混凝土结构瞬间“解体”。

  在吸热、蓄热之外的发电系统,其实是潜在危险最大的地方,当温度抬升到一定程度,高温却未得到有效利用而是“憋”在汽包里时,其结果很难想象。科研人员的方法是分批上下镜,即分时分批将光打到吸热器的不同吸热面上,做到峰值可控。

  他们坦言,由于太阳位置在变化,要把不稳定的太阳能辐照变成稳定的输出,来保证汽轮机要求的稳定的蒸汽参数,难度是非常大的,如果再考虑到吸热器内同时存在的气相和液相两相流动,难度就更大了。

  实验还在继续,作为国家“十一五”863计划一项重点项目,这一技术期待着进一步完善和下一步的全国推广。电站负责人马广成告诉记者,按照延庆县八达岭镇当地的太阳辐射资源计算,电站的年发电量约195万度。相较传统的火力电站,每年可以节约标准煤663吨,减少排放二氧化碳2336.6吨,二氧化硫17.5吨,粉尘颗粒136.3吨。