书城科普读物青少年应该知道的太阳能
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第9章 太阳能电站

1.太阳能电站

常听老人们说:“你们这一代真是幸福啊,要什么有什么,业余活动也是丰富多彩,看电视,玩电脑,打游戏,我们小时候哪能想得到还有这么多新鲜东西呀!记得我小时候,常听别人说什么‘楼上楼下,电灯电话’,那时候还以为是什么天方夜谭呢,如今人们对这些物品都已经司空见惯了。唉,这社会变化可真大!”

是啊,现在,电已经进入了我们千家万户,彩电、冰箱、空调等家电设备哪样也离不开电这种看不见、摸不着的东西。除了常规的火力发电、水力发电之外,科学家又不断发明一些新的发电形式,其中的一种就是太阳能发电。

太阳能的能量密度较低,因此发电量不太大,能称得上电站的更是不多。太阳能电站目前主要有两种形式:太阳能电池和太阳能热利用。

太阳能电池一般用在小能量的物件上,比如计算器。但太阳能电池作为大物件的电源需要很大面积,例如人造卫星和空间站可以见到巨大的太阳能电池板。因为电池的成本太高,地面上往往难以普及。

太阳能热利用就是利用太阳能的热。家用太阳能热水器就是利用太阳能的热来加热水,这种热水器只能得到热水,要发电就需要大量的蒸气,需要大面积的反光镜来集中太阳能烧锅炉,产生蒸气发电。这种反光镜有数百面镜片,占地有1~2个足球场那么大,使用电脑控制系统调整反光集中照射锅炉。它的成本也是非常高,现在也只是试验装置阶段。

所以,要使太阳能电站普遍应用,还需人们做进一步的改进。

目前,世界上较著名的太阳能电站有德国“RoteJahne”薄膜太阳电池电站、法国奥德约太阳能发电站、西班牙安达卢西亚沙漠太阳能电站等等。

世界上第一个实现太阳能发电的太阳能电站是法国奥德约太阳能发电站。尽管当时其发电功率只有64千瓦,但它为后来太阳能电站的研究与设计奠定了基础。

德国“RoteJahne”薄膜太阳电池电站是具有6兆瓦规模的大型太阳能电站,它建在一座已弃用的军用飞机场之上。为了获得充足的阳光,该电站共使用了9万块太阳能电池组件,电池组件的表面积约达6万多平方米。薄膜电池组件比普通的晶体硅太阳电池组件便宜,并且单位装置容量会产生更多的能量。电站每年将发电570万千瓦时,足够1900户家庭的用电量。

目前全球最大的太阳能电站是西班牙的安达卢西亚沙漠太阳能电站。这座塔式太阳能电站的功率高达20兆瓦,能保障1.1万多户家庭的日常用电。其最主要的部件是一座高达近170米的太阳能塔,由1200多面特制的反光镜(每一面反光镜面积相当于半个排球场那么大)组成。反光镜将太阳光反射到这座太阳能塔上,由此产生高达1000℃的高温,进而将其中的液态水加热成蒸汽。这些蒸汽又会驱动安放在塔内的涡轮发电机,从而产生出源源不断的电流。

我国规模最大的太阳能电站建在甘肃敦煌市西部的一片沙漠中,投资5个亿,发电功率为10兆千瓦。

2009年初,敦煌太阳能电站公开展开招标,引来全国50家光伏企业竞争。该太阳能电站采取的是特许经营权方式,国家发改委出台了一系列政策确保该项目的盈利前景。敦煌太阳能电站为下一步国家制定光伏发电政策提供依据。哪个企业运营它,可以首先获得光伏产业政策和经验等方面的先发优势。这一项目的成形也许会真正激活光伏发电的国内市场,改变其两头在外的格局。

2.建造太空太阳能电站的渊源

1968年,彼得·格拉泽——美国利特尔咨询公司的太空业务部副总构想出一个大胆的计划:把太阳能电站搬到太空,在宇宙空间里建造太阳能电站。这一构想激发了人们浓厚的兴趣。

为什么要在太空建造太阳能电站?格拉泽的营造太空太阳能电站的计划不是随口说出来的,而是有根据的。

格拉泽从事太空业务管理工作已经许多年。他认为目前地面上的太阳能电站,由于阳光到达地面时,大部分已经被大气层吸收或者反射掉了,所以可以接收到的太阳能非常少,只是太空中太阳能的1/4~1/5.

另外,地面太阳能电站还经常受阴云密布和雨雪天气的影响。假如把太阳能电站建造在太空中,就可以更全面地利用太阳能,以上不利情况就能避免出现。

但是和普通地面的太阳能热电站相比,格拉泽想要建造的太空太阳能电站有些不同:它不是把太阳光能转化为热能,然后通过加热水产生蒸汽来促使气轮发电组发电,而是直接利用太阳能电池将光能转化成电能。

因此若要实现这一构想,人们就必须研制一种太阳能动力卫星,由它直接把“天火”引向人间。这颗卫星必须被送到海拔3.6万千米的轨道上(在这一轨道上,卫星绕地球飞行1圈的时间,正好和地球自转一周所需要的时间一致),以便自由承接“天火”。

在动力卫星上安装上庞大的太阳能电池板,太阳能电池板就可以将太阳能直接转化成电能,继而再把电能转化为微波束发回地面。通过巨型天线,地面微波接收站再把卫星送回地面的微波重新转化成电能。

因为要花费一大笔费用,格拉泽在20世纪60年代末期提出这一宏伟构想时,美国政府方面并不感兴趣。

20世纪70年代中期,能源危机的出现使美国政府重新开始重视格拉泽的计划。美国政府投资2000万美元作为研究经费,但经费不久就用完了,人们的热情又冷淡了下来。美国科学院估计,必须要50年的时间,耗资超过3000亿美元,人们才能建成这座太空太阳能电站。

为什么要花费这么大的代价呢?因为按照当时的条件,美国的航天飞机还没有正式启用,但是即使当时正式投入使用,把电站需要的所有设备送上太空,也需要航天飞机发射1000多次才能完成,代价实在昂贵。

因此,当时的人们认为他的计划很难实现。进入20世纪90年代,航天飞机往返太空已成现实,科学家们重新又燃起了对这一计划的热情。

1991年8月,就在太空建太阳能电站的议题,来自世界几十个国家的太阳能专家齐聚法国巴黎,进行集中讨论。随后不久,美国航空航天局就发布了一系列关于建立太空太阳能电站的消息。

2008年6月,美国国防部称无论在技术方面还是在经济方面,建立空间太阳能电站的构想都是可行的。于是,美国空军学院迈出了从梦想到现实的第一步,正式宣布了小型试验卫星计划。