利用太阳能的潜在突破

新的太阳能热力技术克服了太阳能的主要挑战:如何将太阳的热量储存在夜间或雨天。随着研究人员推迟其承诺,太阳能热植物正在建设中或从西班牙向澳大利亚计划到美国西南部。

在西班牙南部的高沙漠,离格拉纳达不远,地中海的阳光被大量精确弯曲的镜子反射,这些镜子覆盖的面积有70个足球场那么大。当太阳在天空中移动时,这些抛物线形的槽沿太阳的弧线移动,将太阳光线集中到装满合成油的管道上,这种油可以被加热到750华氏度。这些过热的油被用来将水煮沸来驱动蒸汽涡轮机,或者将多余的热量泵入盐类大桶,将其变成熔岩状的稠度。

盐只是肥料 - 硝酸钠和硝酸钾的混合物 - 但它们代表了几十年的太阳能热力生产技术的显着进展,传统上使用镜子加热水或油来产生电力产生的蒸汽。现在,工程师可以使用熔盐将热量从太阳辐射储存在太阳下降后,然后将其释放到驾驶涡轮机。这意味着太阳能热功率可用于产生几乎圆时钟的电力。

位于西班牙南部的安达索尔1号电厂于去年11月开始运营,目前提供50兆瓦的电力,足以全年供应5万至6万个家庭。安达索尔2号将在今年夏天晚些时候上线,安达索尔3号已经在建设中。当整个安达索尔综合设施于2011年完工时,预计将产生足够为15万户家庭(约60万人)供电的电力。

面对对气候变化的担忧,开发煤炭和天然气燃烧的替代方案采用了新的紧迫性,以及建设公用规模的太阳能热电厂

塞维利亚
维基
在西班牙塞维利亚塞维利亚境外11兆瓦的电力塔,阳光反射624镜子,在40层塔上加热水管,创造汽轮机的蒸汽。

沙漠和干旱地区看起来像一个日益上有希望的选择。在美国单独,太阳能热电厂现在正在建造在快速增长的电力消费中心附近,例如拉斯维加斯,洛杉矶和凤凰城。第一批主要的太阳能热厂于二十年代被称为内华达州的太阳能一体,2007年开始为拉斯维加斯的霓虹灯提供64兆瓦的电力,尽管它缺乏最新的熔盐技术。在全球范围内,公用事业目前正在建立或规划北非,西班牙和澳大利亚的太阳能热项目,以及其他地区。

最近的一些对太阳能热力的索赔已经令人惊叹。德国航天中心的研究人员估计北非的16000平方公里的太阳能热电厂 - 与高压直流传输线的新基础设施配对 - 可以为所有欧洲提供足够的电力。科学家们估计,在距离世界上不到1%的沙漠中,建造太阳能热电厂 - 奥地利大小的区域 - 可以满足全世界的能源需求。

当然,太阳能热也曾经出现过,在上世纪70年代末和80年代初经历了繁荣。当时,由于化石燃料价格暴跌以及缺乏政府支持,这一进程停滞不前。如今,一些批评这项技术的人指责它占用了脆弱的沙漠的面积。

在美国,2012年计划计划约3,100兆瓦的太阳能热力电力。

太阳能热功率铰链在经济学中的情况。在一天的过程中,阳光平均沐浴地球,平均每平方米每平方米,浓缩的太阳能发电厂和索尔索尔是收获一部分的最便宜方式。根据美国国家可再生能源实验室,将阳光转化为电力至电力的半导体面板 - 每千瓦时,每小时大约40美分,常规的太阳能热电厂可实现约13美分。这才比2008年煤炭发电的平均电力略微更昂贵。每千瓦时11美分。使用熔融盐来储存太阳能发热的尖端技术相当昂贵,但专家预计随着该技术的改善,价格将稳步下降,并产生批量生产。

2007年生产的大约612,000兆瓦的电力来自阳光,根据能源信息管理(EIA),而且足以覆盖超过1500万平方英尺的太阳能热收集器已发货,并准备好安装,同年 - 多1998年的金额。

在美国,到2012年,太阳能热能发电计划达到3100兆瓦,全球的容量预计在3年内达到6400兆瓦——大约是目前容量的14倍。尽管如此,太阳能发电仅占美国可再生能源发电量的1%,所有可再生能源加在一起仅满足美国能源需求的7%。

传统上,太阳能热电厂有两种建造方式——使用槽状镜子将太阳的热量集中到附近管道中的水或油上,或者使用镜子将太阳辐射集中到一个中心点上,比如一个充满液体的“动力塔”。

使用熔融盐克服了太阳能发电的缺点 - 当太阳落下时,灯光出去。

自1984年以来,在加利福尼亚州莫哈韦沙漠的太阳能发电系统(SEGS)发电厂,巨大的曲面镜阵列将太阳光集中在装满合成油的固定管道上。上世纪70年代末和80年代初,替代能源项目出现了短暂的繁荣,SEGS电厂是其中的一部分。当时,在第一次能源危机之后,人们对这项技术的热情高涨。但里根政府逐步取消了太阳能热技术的研发资金,并推迟了推动SEGS等项目创建的税收抵免。再加上80年代末和90年代廉价的化石燃料价格,太阳能热能无法与之竞争——尽管根据美国能源情报署的数据,从1986年到2000年,太阳能热能仍以每年约4%的速度增长。

考虑到SEGS长期的运行记录,开发者现在正在复制它和它的抛物线槽收集器。根据Friedman, Billings, Ramsey & Co.的投资研究,仅在美国,就计划在2011年之前建成将近1800兆瓦的这样的发电厂——主要在西南沙漠地区。

基于帕洛阿尔托的AUSRO将采用紧凑的线性菲涅耳反射器 - 平面镜,将相同的焦点提供相同的焦点 - 在明年在加利福尼亚州的计划177兆瓦太阳能热植物中加热水。该公司去年10月开设了5兆瓦示范工厂,靠近加利福尼亚州巴克斯菲尔德附近。

该技术也不局限于美国西南部。:佛罗里达电力和光线将建设一个75兆瓦太阳能热轧厂距离迈阿密以北。飓风不是一个主要问题;AUSRA的首席科学家和创始人David Mills指出,在测试他们的镜子时,他们每小时超过91英里的风。

但是最有前途的技术是使用熔盐盐的技术,因为它克服了太阳能发电的主要传统缺点之一 - 当太阳落山时,灯熄灭。Andasol Power Plant使用超过28,000公吨的钠和硝酸钾,将一些太阳的热量用于夜间或在雨季。熔盐储存在巨大的热和冷桶中,能够在命令上使用,以吸收额外的热量或驱动电力的产生。

“涡轮机每天运行的时间更长,因为我们有存储,我们有可能计划我们的电力生产,”建造安达索尔的德国太阳能千年公司(Solar Millennium)的发言人斯文·莫尔曼(Sven Moormann)说。

Abengoa Solar和Arizona公共服务现在正在使用熔融盐技术,在Solana - 或“Sunny Place” - Power Plation,位于凤凰西南70英里,近2,000英亩的土地。该植物最终将产生足够的电力,从而为70,000个亚利桑那州提供电力。

“关于熔盐技术的伟大事物之一是,您可以在同一设施中获得更多的能量,”亚利桑那州公共服务的可再生能源经理Barbara Lockwood说。

“如果没有大规模,集中的太阳能设施在美国西南部,我们不会解决问题。”

但是,熔盐不必只是用于储存,因为它们在Andasol并且将在索拉纳。它们还可以直接用作太阳能热电厂中的流体,其在更高的温度下运行,更换电力塔中使用的合成油或水。在太阳能热技术的这种变化中,大型镜子镜子将太阳的热量集中在中央塔上,中央塔中发光强烈的光芒。

这样的工厂在超过1000华氏度的温度下运行——更接近燃煤电厂的温度——因此可以直接使用盐作为加热介质。到了晚上,当温度开始下降时,冷却盐就会转移热量驱动涡轮机,直接排到塔的底部,在那里它们被储存在水箱中,准备在第二天阳光明媚的时候再次加热。

不使用熔融盐的廉价电力塔也正在建造中:一个11兆瓦的直接使用蒸汽的电力塔——由Abengoa建造——现在在西班牙塞维利亚以外运营。南加州爱迪生公司已经与开发商BrightSource签订了1300兆瓦的直接蒸汽太阳能热电塔的合同。

由于贝尔斯菲尔德,洛杉矶,圣地亚哥的其他地方和加利福尼亚州的其他地区,一些公用事业规模的太阳能热项目引起了反对的大陆。但太阳能热力的支持者认为,碳技术的好处远远超过了任何局部影响。

“我们不会解决[气候变化]问题,而不会在美国西南部的大规模集中的太阳能设施,”Solarreserve的墨菲说。“它不采取这一占卜,以产生非常大的影响。”

此外,还有一种利用这种技术捕获太阳热量的方法——净化现有的化石燃料发电厂或其他燃烧大量二氧化碳的化石燃料的操作。

通过使用太阳能热阵列的镜子来预热蒸汽,可以减少必须燃烧的天然气,油或煤量。事实上,AUSRA首次安装推动了澳大利亚燃煤发电厂的效率,通过向2,000兆瓦的Liddell发电站提供9兆瓦的蒸汽。该公司还希望与一些加州石油生产商合作,目前通过燃烧天然气产生蒸汽 - 进入旧水库,以使更多的油泵入到表面上。AUSRA认为,通过采用其太阳能热技术,它可以产生同样的蒸汽而没有任何二氧化碳排放。

电力研究所是一个由公用事业公司资助的财团,它将研究这项技术在减少亚利桑那州、新墨西哥州、内华达州和北卡罗莱纳州发电厂燃烧化石燃料方面的潜力。

“人们需要看待这一点作为对抗化石燃料价格的对冲,”墨菲说。“您可以开始部署新型电厂。我们曾经燃烧煤炭和天然气 - 现在我们可以使用阳光来制造蒸汽。“