提起太陽能,人們自然會想到那些四處可見、泛著粼粼藍光的太陽能電池板。然而,這種採用太陽能電池板發電的方式規模小且轉換效率低,遠遠不能滿足人們較大用電量的需求。為此,科學家希望有朝一日能建成靠太陽能發電的大型熱電廠,即先將太陽光轉換成熱能,然後再靠熱來發電,以滿足人們日常用電的需要。科學家預測,在10至15年內地球上陽光充足地區將會出現大量太陽能熱電廠,向世界各國提供潔凈電能。
實際上,太陽熱發電原理早已為人所知。20世紀初研究人員就開始在屋頂採用槽式聚光鏡獲取能源:先將黑色管子裏的油加熱到400攝氏度,當油流過熱交換器時將水蒸發成蒸汽,然後用蒸汽來推動渦輪發電機。隨著時間的流逝,在研究人員不斷努力下,太陽能發電技術獲得巨大改進。目前,槽式太陽能發電的轉換效率已經達到15%,也就是説1/6的入射光能可以轉換成電能,而太陽能電池板的轉換效率只能達到10%。80年代末,美國研究人員在加利福尼亞建成一座功率為354兆瓦的太陽能熱電站,它相當於一座中型熱電站。但是,槽式熱電站的劣勢是佔地面積大,它需要一條長150米,寬6米的槽,其發電成本是煤炭、石油或天然氣的3倍。
今年9月,西班牙政府通過一項新的法令,將原來每度電價從3歐分提高到15歐分。為此,西班牙計劃于2004年建造一座歐洲最大的太陽能槽式熱電站。為提高太陽能的利用率,研究人員研究將吸附管內的油換成水,這樣既可以節省昂貴的油,還可以將水直接蒸發。但在水代替油技術試驗成功之前,吸附管內仍以油作為熱載體。從目前進展情況看,該技術有可能在5年內實現,屆時太陽能的利用率有望提高到20%以上。
槽式發電並非是太陽能發電的唯一途徑,有工程技術人員採用了別的方案,如塔式發電。他們採用上百個單眼射鏡(定日鏡)從東向西跟蹤太陽,反射鏡將太陽光束照射到塔頂的熱交換器上,交換器將吸收到的熱導入鹽溶液,加熱後的鹽溶液被泵到塔底,産生推動渦輪機的蒸汽。利用鹽溶液的方法雖説不錯,但溶液對管道和容器會産生腐蝕作用,為此科學家準備用空氣替代鹽溶液,用空氣來傳導熱能。為解決空氣導熱性能差的缺陷,研究人員研製出一種“容積接收器”,其原理類似吸水海綿,可將空氣加熱至1200攝氏度。當熱空氣吹過該接收系統時,系統吸掉空氣中的大部分熱量,並將加熱後的空氣直接鼓入渦輪機,推動渦輪機發電。該方案將來是否會取代槽式發電方案,目前還沒有定論。從理論上説,塔式熱電站的太陽能利用率可以達到25%。重要的是塔式熱電站還存在一定的技術問題,而槽式發電在技術上已經成熟。
除成本低於太陽能電池板外,太陽能熱電站在太陽下山後仍能靠白天存儲的熱能來發電。存儲熱量需要儲油罐或裝載鹽溶液的容器,這就要求有大的場地。將來肯定會有比上述熱載體更好的介質,發現它們只是時間問題。總之,研究人員研究目標明確,近幾十年內大型太陽能熱電站將為人們提供若干個百分點的電能。
從地理位置看,太陽能發電在南歐比較合適,如西班牙、希臘和希臘的克裏特島。此外,北部非洲也是理想地區之一,如摩洛哥就有足夠的面積建造太陽能發電站,假如太陽能發電站遍佈該地區,可以提供目前全球所需的電能。中歐地理位置較差,如德國缺乏足夠的光照,無論是建造塔式和槽式電站都不理想,因此德國也只能是作為發電設備研究和生産基地,出口這類設備和技術,然後進口這種潔凈電能。
太陽能發電前景喜人,但關鍵還是電價問題。從目前看,太陽能發出的電每度為15歐分,儘管它的價格只是太陽能電池板發電的1/4,但它還是比用化石燃料能發出的電要高,沒有可靠的財政資助能以維持。專家們倒是持樂觀態度,他們認為,10至15年後太陽能熱電站發出的電可以降至5至7歐分,可形成與傳統發電展開競爭的態勢。 (本報駐柏林記者倪永華)
《科技日報》 2002年11月08日