塔式太阳能发电

塔式太阳能发电——大规模太阳能替代传统能源发电太阳每秒钟照射到地球上的能源，就相当于燃烧500万吨煤所释放的热量。

太阳每45分钟照射到地球上的能量，就完全可供全球每年所消耗的全部能源。

根据这一推算，每年太阳发送到地球上的能量，是目前全球每年能源消费总量的11680倍；这相当于全球各种化石能源探明储量的近百倍。

因此，从广大深远的角度讲，太阳能是地球上最大的能源来源。

太阳能是取之不尽、用之不竭和永久免费的能源；也是最清洁、安全和价廉的能源。

它必将要成为推进人类社会长远发展最坚实的能源基石。

加快太阳能全面替代化石能源发电，这关系到人类经济可持续发展；关系到地球生态危机能否得到及时的扭转。

温室效应，导致冰川融化与海平面的上升，踏上了一条“不归之路”。

陆地沙化，海洋酸化和海水温度上升，已使大量物种在加速灭绝中。

极端气候，正在加剧着风灾、洪灾、旱灾、冰灾、雪灾、雹灾、沙灾等等，各种气候灾害的频繁发生。

这一切都在说明，地球生态危机已向人类发出了最强烈的危险警示。

如果人们仍然无法遏制碳排放，将不可避免地会有越来越多，甚至是完全毁灭性的气候灾难将降临到地球。

人类不能再这样继续麻木下去了。

我们已经没有时间，也没有别的选择。

这是拯救地球的最后一次机会！面对目前唯一能够帮助人类摆脱灾难困境的是太阳能。

我们没有任何理由可以拒绝他！实现太阳能替代传统能源发电，最感困惑和难以解决的问题是：如何克服由昼夜分差及阴晴变化，所带来间歇性中断发电的应用难题。

这是几十年来，人们从未逾越的一道门槛。

一种比较好的应对解决方法是：利用塔式太阳能集热采集优势，借助移动储热模块做热能的储存搬运，可实现与现代火力发电完美对接。

具体做法是：1.由大量塔式太阳能采集单元菱形模块，连片构成网格化密集分布的大规模太阳能采集作业区。

2.在日炎照耀下，对发电厂分批送达各采集单元的移动储热模块直接进行储热加载；对加载完毕后的所有移动储热模块，随即送往火力发电厂库存起来等候调用。

3.从发电厂的库存中，依次提取若干移动储热模块投入到水蒸汽生产线，对水或水蒸汽进行逐级加热升温；随后产出大量高温高压水蒸汽，用于推动蒸汽轮机进行发电。

卸载后的移动储热模块，将被再次送往太阳能采集场，重新开始新一轮的热能搬运。

由此，构成大规模太阳能采集、储存、搬运，到运行发电的周而复始。

这可能是太阳光热转换效率最高，储能利用效果最好，和储热发电效率最高的一种完美对接形式。

值得一提的是，塔式太阳能集热采集系统，凭借它在地面上可自由展开巨大的反射聚光面。

仅仅通过在高塔顶上的聚焦照射方式，就可将大量太阳热能直接存入移动储热模块内。

如此漂亮的空中大手笔能量转接形式，和与近乎无损的非接触模块储能配搭。

可谓天作之合，相得益彰。

其能流密度提升之高，和热能输出流量之大，是其他太阳能集热系统所望尘莫及的。

这也正是开启超大容量移动储热模块应用，所必需具备的重要前提。

由于大规模太阳能的储能目标非常明确，它仅仅需要将大量太阳热能集中起来统一调配，专门为热力发电提供短暂周转，或起到热电转换的缓冲均衡作用，目的达到太阳能资源利用最大化的效率追求。

这种可移动的蓄热储能方式，简称移动储热模块。

它有别以往蓄热储能之处在于：通过模块化将蓄热储能、热能转换、热能移送等各种功能集于一体，将原来固定不动，既复杂又庞大的蓄热储能循环系统。

化作体积甚小，功能强大，结构十分简单的储热模块。

它不仅大大降低了太阳能的储能成本。

而且，还为扩大太阳能发电规模，发挥十分重要的集成作用。

最重要的是，由于采用非流动性的工质储能。

使工质材料的选择应用，不再受到低熔点、低沸点、低导热、高腐蚀等等限制。

使工质材料的导热性和热容性等等，多方面的优异性能，都可以在蓄热储能中发挥极其重要的作用。

由于模块保温体，整体独立，外形规整，运用灵活。

这就为实施更加周密的移动储热和隔热保温计划，创造了非常良好的条件。

使保温成本大幅下降，并赢得更多宝贵的蓄热储能延长时间。

最不可思议的是，这种由超高温显热储能和相变潜热储能，两者叠加的储能密度，要比化学电池的储能密度，大出几倍到十几倍。

在感叹蓄热储能潜力之余；我们更加惊喜发现，模块储能的充放能力，也优于化学电池。

不仅充放速度极快，而且，无以造成内部损毁。

因此，模块化蓄热储能，相对目前任何储能方式而言，它可能是一种储能成本最低、方法最为简便、储能密度最大、使用寿命最长、转换效率最高的大规模太阳能储存方案。

其使用成本之低，储能密度之大，和使用寿命之长，均可超过普通铅酸电池十几倍。

虽说蓄热储能，是一种极为简单的储能方式。

但它必将在大规模太阳能储能发电应用中，发挥无与伦比的非凡作用。

它是专为太阳能发电而诞生的。

在可以预见的未来，它还可以和各种高性能热电转换器件对接使用，构成即冲即用超强负荷移动电源。

可为大规模太阳能发电、风能发电、水能发电、潮汐能发电等等，各种间歇性能源发电，开辟十分美好的应用前景。

实施大规模太阳能光热转换储热发电的突破构想，在于采取分散采集与集中统一发电相结合的变换思维。

它完全改变传统太阳能光热发电系统，始终局限于将采能、储能、发电，三大体系捆绑运行的一贯做法。

由于捆绑式运行的必然结果，将会出现三大系统各自发展空间的相互制约，而产生非常严重的水桶效应。

这里的短板出现，全在前面两大系统之内。

相对后者而言，前两大系统的发展空间都十分有限。

由于定日镜场的规模设计，常常受到各种建造条件的客观限制，无法将定日镜场建造规模设计的太大。

目前定日镜场最大可建规模，仍与寻常规模的大容量发电机组，悬殊相差好几十倍。

这种极不对称的规模发展现象，也同样出现在蓄热储能系统的规模设计中。

由于塔式太阳能集热采集系统和原有蓄热储能循环系统，同受大型化的空间条件限制；而无法在规模发展上，与大容量的发电机组展开一对一的同步扩展。

众所周知，定日镜场是太阳能采集源头，是提供蒸汽轮机发电的动力来源。

而太阳能发电效益遵循：发电规模越大，满载运行效率越高，则太阳能发电成本就越低。

因此，如果不改变三大系统的捆绑做法，就难以取得规模效益的最大发展。

这就是长期阻碍塔式太阳能发电向前发展的一个重要原因所在。

反之，极力创造条件，为三大系统松绑。

通过改变中间环节，与前后两大系统的固定连接方式。

把原来工质循环流动性的能源传送方式，改变为工质容器可移动的能源移送方式。

就可将原来储热循环十分复杂，和系统跨度非常庞大的运行空间，压缩到一小块可移动的蓄热储能模块之中。

这样就可以像使用蓄电池一样的灵活、方便、自如。

最重要的是，我们正好可以利用移动储热模块的自由集散特点，可将任何规模大小的太阳能采集作业面，划分成一块块我们最想要的小单元太阳能采集模块。

这样既大大缩小了定日镜场建造规模；同时，又能将塔式太阳能集热系统与蒸汽涡轮发电系统完全分开。

便可促成三大系统的横向独立和纵向开放。

使三大系统都能按照各自发展规律，独立进行最优化的系统设计。

这不仅对提高各系统运行效率十分有利。

更重要的是，通过对系统规模的整体分化和重新组合，就可实现三大系统一致性的规模发展。

从而将以往封闭型一支独大的规模发展模式，转变为开放型多单元组合的规模发展模式。

即利用数量众多的塔式太阳能采集单元模块和移动储热模块的开放式组合，就可以使太阳能采集规模达到任意扩展，以从容应对任意规模下的发电扩容。

从而避免定日镜与接收塔的建造尺度，随着发电规模的不断扩大，而愈造愈大，直至走向无法建造的尴尬境遇。

这样一来，就可以利用小型定日镜场，取代大型定日镜场。

小型定日镜场无论从采光密度、采光效率、聚焦效果和建造适度，都远远胜过大型定日镜场。

从直观上看，小型定日镜具有：组装速度快、运行效率高、使用成本低、抗风性能好、使用寿命长、运行维护简单等等优势。

尤其是小型定日镜反射镜面很小，更容易在镜面实施自动除尘保洁装置的防护设置。

用以抵御雨雪、风暴、沙尘、冰雹等等，灾害气候来袭。

这是将大规模太阳能发电普及，推向沙漠腹地的一项极其重要的功能保障。

之所以采取大规模太阳能分散采集与集中统一发电相结合的运行做法：一来可以根据发电扩容需要，通过任意扩大太阳能采集空间，来换取更大规模的发电扩容。

二来可以根据发电时间的延长需要，同样也可以利用扩大太阳能采集空间，来换取更多的发电延长时间。

我们可以将白天和晴天采集到的大量太阳热能，多储存一部分起来，用于投入夜间发电；或遇到连续阴天之时，可维持连续发电。

这也许就是改变太阳能间歇性中断发电的唯一解决办法。

但是，要想实现这种时空转换，就必须依靠集合多种功能于一体的超大容量可移动储热模块，才能施展太阳能的集散储运和转换工作。

从技术层面上讲，必需采用高导热、高熔点和高比热的储热工质，将其投放到高温显热储热与相变潜热储热的模块储能运用中；并施以隔热保温及热泵回馈式恒温阻热控制，以及智能化移动控制等等，诸多技术的有力支持。

才使移动储热模块，能以极高的储能密度和较小的维持能耗，储存大量的太阳热能和任意延长恒温保存时间。

同时，还需完成太阳能的光热转换—热能转运—恒温储热—蒸汽发生等关键性的工作流程。

只要发电厂库容移动储热模块存量足够大，就完全可以覆盖多日连阴发电不致中断。

此外，还能根据电力消费需求，控制移动储热模块与蒸汽轮机发电机组的投放工作量。

就完全可以控制太阳能储热发电的可变输出。

由此，实现发电侧与用电侧的紧密联动，使太阳能发电输出的有效利用，得到最大程度的发挥。

在三大系统解缚之后，仍有一个非常棘手的问题需要彻底解决。

那就是定日镜远程精确跟踪控制技术难题。

这里的技术难点在于：如何在可接受的制作成本条件下，实现定日镜远距离精确跟踪控制目标。

这是塔式太阳能集热系统的核心技术。

由于定日镜是远距离的反射跟踪；因此，任何微小的传动间隙，都会被一再放大。

导致在阵风作用下，定日镜反射光线在到达远处目标后，其投射光斑会出现频繁的偏移晃动。

轻者造成聚焦光斑边沿模糊，而引起聚焦损失增大。

重者将使光斑晃动脱离把目标，最终导致聚焦温度大幅下降，造成太阳能采集工作无法进行。

所以，从严格意义上讲，定日镜的跟踪传动，必须达到无间隙传动的精度标准。

如此苛刻的传动要求，就等于宣判齿轮传动的无期徒刑。

为此，人们尝试过种种办法。

但使用效果，却不尽理想。

为了减小传动间隙，人们不惜任何加工代价；使精密制作，一提再提。

虽说传动间隙，有所减小。

可是摁下葫芦，却又起瓢。

因传动组件制作成本推高，十分惊人。

导致定日镜造价，大大背离了市场需求。

为了降低跟踪成本，更是为了回避精密制作。

甚至就连转动范围偏小，而且还是非线性跟踪的丝杆伸缩传动；也都作为利用对象，用于垂直传动。

并与蜗轮蜗杆水平传动相结合，构成二维跟踪的混合传动。

同时，还将定日镜的面型尺寸越造越大，以此分摊跟踪成本。

如此委曲求全。

但跟踪成本，依然还是居高不下。

若要确保一千多面定日镜的反射光斑，都能在塔顶聚光屏上，纹丝不动，高度重叠。