用太陽能不分日夜 光熱發電是甚麼黑科技?

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  太陽能發電大家不會陌生,但其實太陽能發電還分為兩種模式,目前廣泛使用的「光伏」發電只是其中之一,而另一種「光熱」發電則仍處初步發展階段,但它能不分日夜地運作,長遠潛力可能更大。目前中國已在西北的敦煌建成一座亞洲最大、被稱為「超級鏡子發電站」的光熱發電站,繼續探索這種新能源。

光熱發電聚焦陽光產生熱能 推動發電機運作

   光伏和光熱都是利用太陽能的能量,同樣清潔零排放,那兩者有甚麼分別?簡單而言,光伏是陽光(光能)照射到太陽能電池(板)時,電池裏的半導體把光能轉化為電能,這種發電效應學術上稱為「光生伏特」(Photovoltaic),現在大家常會聽到的「光伏」一詞,正是由此而來。另外,從字面看,伏特是電壓單位,「光生伏特」這詞或許已能顧名思義。

  光伏發電的應用範圍已非常廣,上至太空站、衛星,下至家用電器;大到發電站,小到玩具,太陽能電池板幾乎無處不在,很多人甚至把光伏發電等同於太陽能發電。

敦煌光熱發電站有萬多塊巨鏡,總反射面積達140多萬平方米。(圖片來源:視覺中國)

  至於光熱發電,是把太陽能(光能)先轉換成熱能,再用熱能推動發電機,藉此產生電能;因為中間多了一重能量轉換,它的設備會複雜得多,需要有集熱系統、熱傳輸系統、蓄熱與熱交換系統,以及發電系統等部份。

  以建於中國敦煌的100兆瓦光熱電站為例,它是用1.2萬多塊可改變角度聚光鏡,排成一個圓形陣列,把太陽的光熱反射和聚焦到圓心位置一個260米(相當於超過80層高大廈)吸熱塔上的吸熱器。而這些達到1,000度的高熱,會傳遞到塔下一種叫熔鹽物材料吸收儲存,並用於產生高溫蒸氣來推動發電機,產生電能。

  延伸閱讀:2030年「隔空傳電」供應地球 中國把太陽能電站建上太空

儲備熱能晚上使用 光熱發電方便日夜調度

   當然,光熱發電站也有不同設計,例如聚光方法有的是塔式,有的是用槽式或碟式,但原理大致相同。

  相對於光伏發電,始於上世紀50年代的光熱發電仍處於探索和小規模應用階段,目前在這領域走得比較快的國家有西班牙和美國等,而中國則是後起之秀。由於光熱發電「知名度」較低,很多人即使看到光熱電場的圖片,也會把它誤當成光伏發電站,不知其奧妙。

  解釋完光伏和光熱發電的基本原理,大家或有疑問,既然有了直接了當的光伏發電,為何還要研究光熱發電?

光熱發電,簡單而言就是先把太陽的光能轉化為熱能,再用熱能產生蒸氣,推動發電機產生電力。

  這涉及儲存能量的問題。以現今科學技術來說,儲存熱能的要比儲存電能成熟得多,要儲起太陽能產生的高熱已非難事(例如用熔鹽),所以光熱電站日間能把一部份熱力儲起,到晚上或陰天再用來發電,這就解決了光伏電站只能白天發電,且電力又無法等到晚上才輸出的難題。

  在現實環境中,居民用電高峰往往是日落之後,光伏發電難免供求錯配,而光熱發電則調度性高,不單可以在晚上運作,更能隨時根據負荷調整發電量,可以很好地與光伏發電形成互補;它也適合建立分佈式發電系統,解決偏遠山區供電問題。

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敦煌「超級鏡子」光熱發電站亞洲最大

  當然,光熱發電雖好,卻也有一定限制和缺點,例如它對溫度要求高,需要直接光照,一般只能建在沙漠裏;它目前技術未成熟,成本居高不下,有報道指其發電成本是常規能源的一倍以上,電站投資更是光伏的4倍,這些問題亟需科學家進一步研究解決。

  上文提到,中國在光熱發電領域是後起之秀,目前當局在青海省的德令哈、甘肅省的敦煌和新疆的哈密都建設了光熱發電站,以為發展這種清潔能源作進一步探索。

敦煌光熱發電站地處戈壁灘,科幻感十足,是該城的新地標。而從高角度可見,光熱發電的吸熱塔和其他設備,設在一圈圈巨鏡的中心。(圖片來源:視覺中國)

  其中上文已提及的敦煌光熱電站,位於敦煌市以西的戈壁灘上,於2018年建成。其佔地達到7.8平方公里,比香港的油尖旺區(6.55平方公里)還要大;站內1.2萬多塊聚光鏡的總反射面積達140多萬平方米,被稱為「超級鏡子發電站」;它260米高的吸熱塔在戈壁灘上閃耀,也成為敦煌新地標。

  據報道,敦煌光熱電站設計年發電量達3.9億度,足以為3萬戶家庭提供電力,並減少排放二氧化碳35萬噸。它是目前亞洲裝機最大,全球聚光規模最大、吸熱塔最高、儲熱罐最大的同類設施。

  至於新疆哈密的50兆瓦光熱發電站,則是最新建成的一座,該站於2021年6月併網發電,每年能供電近2億度。

  延伸閱讀:探秘「超級鏡子發電站」——敦煌100兆瓦熔鹽塔式光熱電站

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