探索丨年发电39亿度的镜子

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吉林省科学技术协会主办,致力于传播科学思想,分享科技生活,提高公众科学素质

在新疆哈密市伊吾县的荒漠戈壁上,有一个“科技范儿”满满的建筑群,这就是新疆哈密50兆瓦熔盐塔式光热发电站——由14500面镜子组成的巨型银色“向日葵”,源源不断地发出绿色电力,它们是我国向绿色能源转型的坚实步伐——熔盐塔式光热发电站。这光电站有1800亩的建设面积,还有260米高的吸热塔,每一个数据都能让全世界都瞩目。
熔盐塔式光热发电站有力提升我国可再生能源的能力和综合效益,开启减少新能源弃电措施的新篇章,对构建以新能源为主体的新型电力系统具有重要示范意义。
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什么是可再生能源
一、定义:自然的馈赠,无尽的循环
简而言之,可再生能源是指那些能够不断自我再生、永续利用的能源形式。它们源自自然界,包括但不限于太阳能、风能、水能(如水电、潮汐能)、生物质能以及地热能等。与化石燃料(如煤、石油、天然气)不同,可再生能源在使用过程中几乎不产生或仅产生极少的温室气体排放,对环境影响小,是实现碳中和目标的关键所在。
二、重要性:守护地球,共创未来
谈及可再生能源的重要性,不得不提其对环境保护的深远意义。随着全球气候变化的日益严峻,减少温室气体排放已成为国际社会的共识。可再生能源作为低碳甚至零碳的能源选择,能够有效缓解温室效应,保护我们赖以生存的家园。此外,它还有助于减少对有限化石资源的依赖,保障能源安全,促进经济结构的转型升级,为可持续发展注入强劲动力。
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熔盐塔式光热发电的奥秘
熔盐塔式光热发电站,顾名思义,它利用塔顶的巨大定日镜场,将太阳光精准反射并集中至塔顶的吸热器上,加热熔盐至高温状态。这种高温熔盐随后进入热储能系统,成为一座巨大的“热能电池”,能够在日落后甚至阴天持续释放热量,驱动蒸汽轮机发电,实现24小时不间断供电。
这一技术的精髓,在于其高效的光热转换与强大的储能能力,它不仅解决了太阳能间歇性的问题,还极大地提高了能源利用效率,为可再生能源的广泛应用开辟了新途径。
一、科技创新的高地
近年来,我国在熔盐塔式光热发电领域取得了显著成就,多个大型示范项目相继落地,成为全球瞩目的焦点。从设计、建造到运维,每一个环节都凝聚着中国智慧与中国力量。
1、技术创新
我国科研团队在定日镜设计、熔盐材料选择、高效热转换系统等方面不断突破,形成了一系列具有自主知识产权的核心技术。特别是智能定日镜系统的应用,使得反射效率大幅提升,成本显著降低。
2、产业链构建
随着技术的成熟,我国逐渐形成了从原材料供应、设备制造到工程建设、运营维护的完整产业链,为大规模商业化应用奠定了坚实基础。
二、社会影响的深远
熔盐塔式光热发电站的兴起,不仅是对传统能源结构的深刻变革,更是对社会经济、生态环境乃至人类生活方式的一次全面洗礼。
1、能源安全与可持续发展
面对化石能源的日益枯竭和环境污染的严峻挑战,熔盐塔式光热发电作为清洁、可再生的能源形式,对于保障国家能源安全、推动经济社会可持续发展具有重要意义。它让我们重新审视能源消费模式,思考如何在保护环境的同时满足经济发展需求。
2、经济效益与社会效益的平衡
虽然熔盐塔式光热发电站初期投资较大,但其长期运行成本低、寿命长、稳定性好的特点,使得其综合经济效益显著。同时,它还能带动相关产业链的发展,创造就业机会,促进地方经济繁荣。然而,如何平衡经济效益与社会效益,确保技术的普及惠及更广泛的人群,仍是一个值得深入探讨的问题。
3、科技创新与产业升级
熔盐塔式光热发电技术的发展,是我国科技创新实力的体现,也是产业升级的重要方向。它要求我们在技术研发、人才培养、产业规划等方面持续发力,推动整个能源行业的转型升级。同时,这也为其他领域的技术创新提供了有益的借鉴和启示。
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沙漠中的超级太阳
敦煌一直是国内清洁能源的先锋城市,这里的太阳能资源特别丰富,是众多光伏发电项目的热门选择。其中,一个位于215国道北侧戈壁滩旁的项目尤为引人注目。海拔约1250米,此处太阳能资源极其丰富,尽管建设难度大,但我国发展清洁能源的决心并未被其阻挡。
这个项目的发展历程堪称一个里程碑。这一由我国自主设计、投资建设的项目,拥有百分百自主知识产权,成为敦煌继飞天传说之后的又一世界级奇迹。
这座光热电站的规模和性能在国内外都处于领先地位。它是我国首批光热示范项目之一,也是最早接入电网发电的项目之一。它是全世界聚光规模最大、亚洲装机容量最大的光热电站。
这个镜场的总反射面积达到了惊人的140万平方米,使用熔岩约3万吨,储热时间长达11小时,这是该站能够实现24小时发电的关键。预计该站每年能发电3.9亿千瓦时,同时每年还能减少排放35万吨二氧化碳。
光热发电的原理非常有趣。定日镜像向日葵一样随着太阳转动,将太阳光反射到塔顶的吸热器。这样,光能就被转化为热能,使塔内的熔盐加热至565度。随后,熔盐流入热盐罐,与水管中的水混合,进入蒸汽发生器,驱动汽轮机发电。最后,释放完能量的熔盐再被送回冷盐罐中,等待再次熔化使用。
虽然有网友打趣说所有的高科技最终都是为了烧开水,但这个项目在传统基础上进行了升级,实现了更大规模、更高效率的发电模式。这无疑是对国家和人民都有利的重要进步。敦煌的光热发电站不仅是一个能源项目,更是一个科技与自然的完美结合,展示了人类对可再生能源的探索和利用。
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敦煌熔盐式光热发电的益处
有人问起,我国的光伏发电项目已然众多,为何独爱光热发电站?这背后有着其独特的魅力。首先,它具有一大显著优点——可实现24小时无间断发电。相较之下,传统光伏发电的即时性,只能在有太阳的时候进行收集阳光来发电,当天空没有阳光时则无法继续工作,导致电能极不稳定,无法持续稳定供电。然而,随着现代化进程的推进,这种发电方式已难以满足人们的日常生活需求。
熔盐式光热发电站则有所不同。它通过吸热塔内的储热系统,有效将白天收集到的热能储存起来,实现长达11小时的储热续航。这种独特的机制使得它能够在一天内持续供电,不仅为电能供应带来了稳定性和持续性,同时也具备调节峰值的能力。这在电能的调配上显得尤为重要。
我国的西部地区如新疆、甘肃等地,地貌广阔且干燥,太阳能源极其丰富。而东南沿海地区则因经济发达、人口密集而土地资源紧张,难以利用太阳能进行供电。光热发电站的建设与运营对于全国电量的调配具有积极意义。特别是敦煌的光热发电站,不仅位于西电东送的主干线上,更为经济发展提供了强大的电能支持。从长远角度来看,它成为了引领国家清洁能源发展的先锋力量。
在全球范围内,随着碳中和、碳达峰等战略目标的推进,传统的水火煤发电方式可能会逐渐减少其比重。而我国发达的工业和庞大的人口基数对电能的需求也在不断增长。因此,寻找替代的电能供应方式显得尤为重要。敦煌光热发电站每年能够减排大量二氧化碳,相当于一万亩森林的环保效果,它不仅展示了西部地区一种有望替代传统发电方式的潜力方式,更是符合国际能源发展趋势的一种选择。
除此之外,大型光热发电站的建设也为当地带来了就业机会。除了自身的维护团队外,它还能带动其他相关企业产业的发展,为当地提供更多的就业岗位。这无疑为当地经济发展注入了新的活力。然而,关于是否在全国范围内推广光热发电站的问题,则需要考虑地理环境和条件的影响。并非所有地区都像敦煌那样拥有丰富的太阳能资源。若资源不足,可能会影响到项目的收益和投资成本。此外,大型发电站需要大量的土地和水资源,选择合适的建设地点至关重要,以免对环境造成不良影响。因此,在找到完善的解决方案之前,光热发电站还不具备大范围推广的条件。
光热发电站在我国能源领域中扮演着越来越重要的角色。它不仅提供了稳定的电能供应,还为全国电量的调配和环保事业做出了积极贡献。虽然目前还存在一些推广上的挑战和限制,但随着技术的进步和经验的积累,相信光热发电站将在未来发挥更大的作用,为我国的能源结构和环境保护带来更多的可能性。同时,我们也需要继续关注并探索其他清洁能源的发展路径,以实现我国能源的多元化和可持续发展。
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向清洁能源进发
回望过去,我国新能源发展的起点,是国家对环境保护和能源安全高瞻远瞩的战略布局。从最初的风能、太阳能等可再生能源的试点示范,到如今光伏、风电等新能源技术的全面开花,每一步都凝聚着无数科研人员的智慧与汗水,也见证了中国从“跟跑”到“并跑”乃至“领跑”的华丽转身。
一、光伏产业的崛起
提及我国新能源的成就,不得不提光伏产业的迅猛发展。我国已成为全球最大的光伏产品生产国和应用市场,无论是太阳能电池板的产量还是装机量,均位居世界前列。从荒漠戈壁到城市屋顶,一片片蓝色的光伏板如同向日葵般追逐着阳光,将清洁的太阳能转化为电能,照亮了千家万户,也为我国实现碳达峰、碳中和目标奠定了坚实基础。
二、风电的强劲增长
与光伏并驾齐驱的,是风电产业的强劲增长。我国风能资源丰富,尤其是“三北”地区(东北、华北、西北)和东南沿海地区,成为风电发展的重点区域。一座座风力发电机矗立在广袤的原野或蔚蓝的海岸线上,随风起舞,将自然之力转化为绿色电力,不仅减少了化石燃料的消耗,还有效缓解了部分地区电力供应紧张的局面。
三、新能源汽车的弯道超车
在交通领域,新能源汽车的崛起更是我国新能源发展的一大亮点。从政策引导到市场接受,从技术研发到产业链完善,我国新能源汽车产业实现了从无到有、从小到大的跨越式发展。电动汽车、混合动力汽车、氢燃料电池汽车等多元化产品层出不穷,不仅满足了消费者对绿色出行的需求,也引领了全球汽车产业的新一轮变革。
四、储能技术的突破
值得注意的是,随着新能源的大规模应用,储能技术的重要性日益凸显。我国在储能领域也取得了显著成就,包括抽水蓄能、电化学储能、压缩空气储能等多种技术路线并行发展,有效解决了新能源发电的间歇性和不稳定性问题,提高了电力系统的灵活性和可靠性。
(图片源自网络)

作者 | 几维鸟

毕业于新西兰林肯大学。对大众科普知识拥有浓厚兴趣,曾在多个科普期刊上发表过科普文章。关注事实,积极探索前沿科技。

初审 | 陈嘉琦
复审 | 魏星华
终审 | 周   阳

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