太阳能发电将占有相当重要的地位,可望成为一种主要的能源

来源:幸福的知音 2018-11-30 22:03:31

大阳是一个巨夫的能源宝库。尽管它向四面八方辐射的热量只有22亿分之1到达地球大气的最外层,并且还有一部分被大气反射或者消耗在加热空气上,但每秒钟到达地面上的总能量还高达80万亿千瓦,这相当于现在全世界发电总量的几万倍。近年来,由于征服宇宙空间的需要,太阳能发电技术有了很大的发展,为大规模太阳能发电的研究,积累了丰富的经验。在近期内虽然太阳能还只是一种辅助能源,但科学家们认为,在21世纪能源利用的构成中,太阳能发电将占有相当重要的地位,可望成为一种主要的能源。

1.陆上太阳能电站

陆上大规模太阳能发电的研究已在开始进行,并取得了一定进展。在美国阿尔布凯克城附近的沙漠里,已建成了一座大规模太阳能发电实验电站。这座太阳能电站的聚光器是由1775面、总面积超过500米2的反射镜组成的。它能自动跟踪太阳,将太阳光聚焦到60米高塔上的蒸汽锅炉上,使锅炉的温度高达几千度,足以将一块6毫米厚的钢板烧穿一个1米2的大窟窿。这种锅炉每小时能产生十几吨具有几百度高温和几十个大气压的蒸汽,可以用来推动汽轮发电机发电。这座电站的聚光器功率为5000千瓦,发电量约为750千瓦,效率为15%左右。

目前正在设计建造一座更大规模的太阳能发电站,聚光器将由1800块(每块面积为37米2)、总面积达6600米的反射镜组成。锅炉则安装在一个86米高的塔顶上它能发出1000的电能泼率为15%。据报导这座太阳能电站将于1980年底至1981年初建成发电。

陆上太阳能电站虽然可以用储能装置,把白天和晴天获得的太阳能储存起来,供应夜间和阴天发电需要的热能,克服因天气条件的限制而不能连续、稳定地发电的缺陷。但是,庞大的储能装置将会太阳能发电变得很不经济。如果宇宙空间建立太阳能发电站就能完全避免这些缺陷。因此,各种空间太阳能发电站的设想和研究课题,引起科学家们的极大兴趣。

2.空间太阳能电站

随着空间技术的发展,在宇宙空间建立一个规模巨大的太阳能电站已经不再是一种不切实际的奢想,无论在技术上或经济上都有了实现的可能。用于空间太阳能电站的大面积太阳电池板,以及可以往返空间、为空间太阳能电站运送建筑材料的飞船已开始研制,人们预计在21世纪初、也许是2025年,在宇宙空间将建起一座能够产生500~1000万千瓦电能的空间太阳能电站。它能满足一个现代化大工业城市所需要的全部电力。目前,建立空间太阳能电站有两种方案:第一种方案是在与赤道平面相距地球35600公里的宇宙空间轨道上,建造一个由许许多多太阳电池组成的、面积达13~18公里重量达75000吨的巨大的太阳能电池电站同步卫星,太阳能通过光电池转变为电能,估计能发出500万千瓦电能,然后,直流电经过3.2公里长的传输线送到控制站的微波发生器,把电能转变成微波,并用1.6×1.6公里的列阵天线将微波发射到地面,地面接收站再用9.6X9.6公里的接收天线接收后,把微波转换成电能,从而为人类提供源源不断的电能。这种太阳能电站具有可靠性好、寿命长、转换效率高(可达到35%)、电站建成后几乎可无需人管理等优点。

第二种方案是由几千块镜面组成的反射装置、蒸汽锅炉和汽轮发电机组组成空间太阳能电站。反射装置对太阳进行自动跟踪,把太阳光聚焦到蒸汽锅炉上,由锅炉产生的蒸汽来推动汽轮发电机组发电,然后,通过超大功率激光器,把空间太阳能电站发出的电能变成对大气穿透能力很强的长波激光,发送到地面上,激光接收站将激光接收下来后,转换成电能,由于激光的定向性远比微波好,所以地面接收站的天线面积可以小得多,但这就要求空间太阳能电站对地面接收站必须有更高的跟踪精度。这种空间太阳能电站比陆上太阳能电站具有更多的优点,除了能解决连续、稳定发电外,还由于空间太阳能电站是处在真空和失重条件下工作的,因此,能用很轻巧的支架支承达几平方公里、甚至几十平方公里的反射装置,反射装置跟踪太阳的转动也几乎可以不需要消耗能量,同时,汽轮发电机组在真空中运转,也可以大大地延长它的使用寿命。

3.海洋太阳能电站

海洋也是发展大规模太阳能电站的广阔场所。在地球表面实际接收的太阳辐射热能每平方米不足1千瓦,所以建立大规模太阳能电站必须有很大的受热面积,陆上不可能到处有建造这种电站的条件。而在浩瀚的大海中,海水就是最佳的太阳能接收器。海洋中储藏的太阳能是十分惊人的。据计算,位于赤道南北纬度各20度范围内的海洋面积的一半,如果海水温度降低1°C(事实上是不会下降的),就能发出600亿千瓦的电能,比现今全世界发电总量还多几倍。

海洋表面被太阳晒热后,温度就会升高,而在几百米深的海洋深处,海水温度则较低。例如,南海北部,洋面的海水温度平均在25~27°C。而在470米深的海水温度大约为5°0。海水的温差就可以用来发电。现在已经设计成一种混凝土套迭结构的温差发电装置,它从海面延伸到水下470米深处,造成200的温差,计划能发电16万千瓦。有的科学家还计划建立250万千瓦的温差发电站。

海水温差发电装置中工作物质一般采用低沸点物质——液态氨,亦有采用乙醚等工作物质的。液态氨在常压下的沸点为-33.40,但是在加压状态下,液态氨的沸点就会提高。为了满足海水温差发电的要求,需将液态氨的沸点温度控制在15C左右。这样,洋面海水(温度在25C左右)加热汽化器中的液态氨就会气化,推动汽轮发电机组发电。氨蒸气推动汽轮机做功后,沿着混凝土套迭结构(起密封隔热作用)内的管道下降,经泵抽入冷凝器中。由于冷凝器置于470米深处的海水中,那里的海水温度只有5C,故氨蒸气在冷凝器中被液化成为液态氨。泵对液态氨进行加压,使液态氨沿着混凝土套迭机构中的管道进入洋面的汽化器,洋面的海水加热汽化器中的液态氨,产生氨蒸气,……如此循环,就可连续发出电来。

大规模太阳能发电工程是近年来初露头角的一门崭新技术。目前,它还处于探索阶段,但从长远来看,太阳能是人类最有希望的能源之它既无污染,又可再生,因此大规模太阳能发电必将获得飞速发展。

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