王超是個(gè)愛動(dòng)手的中學(xué)生，在物理課學(xué)習(xí)了透鏡的知識(shí)，他決定自制一個(gè)太陽(yáng)灶。只有凹面鏡能聚光，哪里去找大的凹面鏡呢?王超眼珠子一骨碌轉(zhuǎn)，有了!找一只鐵鍋，里面敷上反光材料不就成了嗎?家里正好有一只廢棄不用的鐵鍋。他從市場(chǎng)買來(lái)很多錫紙，用萬(wàn)能膠粘上，一試，覺得聚光效果不太好。還是鏡面好，可鍋底大的凹面鏡不好找。他到鏡子商店用廢品價(jià)買來(lái)很多破鏡面，計(jì)算好尺寸，用玻璃刀一塊塊切割，拼湊成鍋面再試，聚光能力大大提高。

根據(jù)所學(xué)到的光學(xué)知識(shí)，王超將鍋轉(zhuǎn)來(lái)轉(zhuǎn)去，找準(zhǔn)了鐵鍋凹面鏡的焦點(diǎn)，用木料做了底座，又做了一個(gè)能放鍋的金屬環(huán)，對(duì)準(zhǔn)焦點(diǎn)安上。在太陽(yáng)下一試，1千克水不到20分鐘就開了。王超自造太陽(yáng)灶的消息在同學(xué)間傳開了，大家看了都夸他心靈手巧。

太陽(yáng)灶是一種節(jié)能環(huán)保的炊具，生產(chǎn)的產(chǎn)家很多。太陽(yáng)灶式樣琳瑯滿目，但原理十分簡(jiǎn)單，就是用凹面鏡將太陽(yáng)光聚焦，產(chǎn)生高溫。青島生產(chǎn)的系列太陽(yáng)灶，采用最新技術(shù)，能在瞬間把陽(yáng)光換成火焰，相當(dāng)于1000～1200瓦的電爐，特別適用于農(nóng)村、小型單位、飯店、理發(fā)店等燒水、蒸、煮、燉等炊事活動(dòng)。當(dāng)今，最先進(jìn)的太陽(yáng)灶，其光能的利用率已達(dá)98％。不用煤，不用電，不用液化氣，利用太陽(yáng)光就可以燒水、做飯。

太陽(yáng)光熱能知多少

在上海世博園區(qū)，中國(guó)館、世博中心、主題館等建筑都在屋頂、玻璃幕墻上安裝了太陽(yáng)能電池組系統(tǒng)，并與建筑本身完美地融為一體?！瓣?yáng)光世博”充分展示了我國(guó)太陽(yáng)能利用技術(shù)水平，推動(dòng)了我國(guó)“太陽(yáng)能經(jīng)濟(jì)”發(fā)展。但是光伏發(fā)電成本高，光能的利用率也有限，有沒有效果更好的太陽(yáng)能發(fā)電方式?回答是肯定的。

據(jù)天文學(xué)家研究，太陽(yáng)的年齡約46億年，它還可以繼續(xù)燃燒約50億年。到達(dá)地球大氣上界的太陽(yáng)輻射能量，稱為太陽(yáng)輻射量。在地球位于日地平均距離處時(shí)，地球大氣上界垂直于太陽(yáng)光線的單位面積，在單位時(shí)間內(nèi)所受到的太陽(yáng)輻射的總能量，稱為太陽(yáng)常數(shù)。世界氣象組織1981年公布的太陽(yáng)常數(shù)值是1368瓦／米²。太陽(yáng)每秒輻射到太空的熱量相當(dāng)于1億億噸煤炭完全燃燒產(chǎn)生熱量的總和。如果從地球到太陽(yáng)之間，架上一座3000米寬、3000米厚的冰橋，那么，太陽(yáng)1秒種功夫發(fā)出的能量，就可以把這個(gè)1.5億千米長(zhǎng)的冰橋全部化成水，再過8秒鐘，就可以把它全部化成蒸氣。太陽(yáng)的熱力相當(dāng)于1個(gè)3820萬(wàn)億億千瓦的發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，太陽(yáng)表面每平方米面積就相當(dāng)于1個(gè)63270千瓦的動(dòng)力站，而地球上僅接收到這些能量的22億分之1。即使是這樣，太陽(yáng)每年送給地球的能量還相當(dāng)于100億億度電的能量。

太陽(yáng)能取之不盡，用之不竭，是最理想的能源。它每時(shí)每刻都在向地球傳送著光和熱，有了太陽(yáng)光，地球上的植物才能進(jìn)行光合作用。植物的葉子大多數(shù)是綠色的，因?yàn)樗鼈兒腥~綠素。葉綠素只有利用太陽(yáng)光的能量，才能合成各種物質(zhì)，這個(gè)過程就叫光合作用。據(jù)計(jì)算，全球的綠色植物每天可以產(chǎn)生約4億噸的蛋白質(zhì)、碳水化合物和脂肪，與此同時(shí)，還能向空氣中釋放出近5億噸的氧，為人和動(dòng)物提供了充足的食物和氧氣。

但長(zhǎng)期以來(lái)，人類對(duì)太陽(yáng)能僅停留在直接利用上，遍布我國(guó)農(nóng)村和城市屋頂?shù)奶?yáng)能熱水器，就是最好的例證。只是到了近代科學(xué)家發(fā)明了光伏電池，太陽(yáng)能的大規(guī)模利用才提到了議事日程。但是，光伏發(fā)電有致命的弱點(diǎn)：一是它的發(fā)電成本比較高，無(wú)法同煤電、水電和核電競(jìng)爭(zhēng)；二是光伏發(fā)電的效率不高，一般的利用率在20％多一點(diǎn)，最高也不過40％，連太陽(yáng)灶的一半都不到。我國(guó)盛產(chǎn)石英，也是精制石英砂的主要出口國(guó)，但還沒有掌握用石英制造多晶硅的綠色生產(chǎn)技術(shù)。發(fā)展光電，生產(chǎn)電池板的多晶硅原材料，得向國(guó)外購(gòu)買，這要占整個(gè)發(fā)電成本的50％。我國(guó)光伏發(fā)電越發(fā)展，國(guó)外企業(yè)賺的就越多，大量的外匯就流進(jìn)外國(guó)人的口袋，這是我們極不情愿的。

太陽(yáng)熱能發(fā)電的方式

太陽(yáng)灶能燒開水，開水能變蒸氣，如果制造出很大很大的太陽(yáng)灶或太陽(yáng)灶組，不就能用蒸氣推動(dòng)渦輪機(jī)發(fā)電了嗎?1878年，法國(guó)科學(xué)家在巴黎建造d\"小的太陽(yáng)能動(dòng)力站，用拋物面反射鏡將陽(yáng)光聚焦到焦點(diǎn)處的蒸汽鍋爐，產(chǎn)生的蒸氣，驅(qū)動(dòng)一個(gè)很小的交互式蒸汽機(jī)。1950年，美國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)了世界上第一座塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電站的實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)進(jìn)行基礎(chǔ)性的探索和研究。上世紀(jì)60年代，太陽(yáng)熱能發(fā)電在歐美國(guó)家起步，目前已進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用階段。

根據(jù)集熱方式不同，太陽(yáng)熱能發(fā)電分點(diǎn)聚焦和線聚焦兩種方式。點(diǎn)聚焦是將大量反射鏡排列成矩陣，把太陽(yáng)光聚集到一個(gè)點(diǎn)上，使溫度提升至近1000攝氏度；線聚焦是將大量反射鏡排列為一行，把太陽(yáng)光聚集到一條直線上，使溫度提升至300～400攝氏度。

目前，各國(guó)采取不同的發(fā)電方式。線聚焦槽式發(fā)電已有20多年的經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)最成熟，發(fā)電成本已降至每千瓦時(shí)12美分，美國(guó)、澳大利亞多采用槽式發(fā)電。塔式發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效率較高，但占地面積較大，目前主要用于邊遠(yuǎn)地區(qū)的小型獨(dú)立供電。碟式發(fā)電效率最高，投資比槽式發(fā)電低45％，占地面積僅為塔式的1／4。但存在反射鏡局部容易過熱燒壞等問題。

1982年在西班牙馬德里南部沙漠，建造了第一座50kW的太陽(yáng)能熱氣流塔式實(shí)驗(yàn)電站。它有高195米、直徑10米的“煙囪”，與“煙囪”相連的集熱棚直徑240米，收集的熱氣流進(jìn)入“煙囪”，帶動(dòng)渦輪發(fā)電機(jī)。它裝有144個(gè)傳感器，用來(lái)測(cè)試自然氣象條件下各部件對(duì)渦輪發(fā)電機(jī)輸出功率和電站效率的影響。

槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電站，由聚光鏡、接收器和跟蹤裝置構(gòu)成。接收器主要有真空管式和腔式兩種；換熱系統(tǒng)由預(yù)熱器、蒸氣發(fā)生器、過熱器和再熱器組成。進(jìn)入換熱子系統(tǒng)中產(chǎn)生蒸氣，蒸氣進(jìn)入發(fā)電子系統(tǒng)發(fā)電。我國(guó)從上世紀(jì)70年代開始，跟蹤研究太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)，國(guó)家對(duì)光熱發(fā)電投資力度不斷加大，重點(diǎn)技術(shù)已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展。2010年7月，皇明集團(tuán)與中科院、華電集團(tuán)合作，在山東德州建設(shè)我國(guó)首座菲涅爾式太陽(yáng)能熱發(fā)電站，在北京延慶建設(shè)塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電實(shí)驗(yàn)電站。8月，北京中航空港通用設(shè)備有限公司在湖南沅陵建設(shè)我國(guó)首座槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電站。此外，陜西榆林50兆瓦電站、青海格爾木1000兆瓦電站、四川100兆瓦電站、海南50兆瓦電站也在計(jì)劃中。

太陽(yáng)熱發(fā)電優(yōu)勢(shì)與前景

與光伏發(fā)電相比，太陽(yáng)能熱發(fā)電沒有生產(chǎn)太陽(yáng)能電池帶來(lái)的高能耗、高污染問題，設(shè)備生產(chǎn)過程清潔、發(fā)電規(guī)模效益好。在太陽(yáng)光短缺的時(shí)候，太陽(yáng)能熱發(fā)電的儲(chǔ)能系統(tǒng)還可以維持電站2～3天正常運(yùn)行，易于保持輸出電流的穩(wěn)定性，也容易解決并網(wǎng)問題。這是風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電所不具備的優(yōu)勢(shì)。

利用國(guó)產(chǎn)設(shè)備建造一個(gè)50兆瓦的槽式太陽(yáng)能熱發(fā)電站，設(shè)備投資額每千瓦1.5萬(wàn)元左右，兩年后有可能降至每千瓦9.000元，遠(yuǎn)低于光伏發(fā)電設(shè)備投資成本。據(jù)歐美專家預(yù)計(jì)，15年之后，太陽(yáng)能熱發(fā)電成本將接近煤電成本。目前煤電成本為每度0.4元左右，還在不斷上升，而太陽(yáng)能熱發(fā)電成本卻在不斷下降。隨著技術(shù)進(jìn)步和制造工藝提升，太陽(yáng)能熱發(fā)電的成本還有下降空間。如皇明集團(tuán)生產(chǎn)的碟式反射鏡，目前成本已經(jīng)比10年前下降了1／3。要不了幾年，我國(guó)的太陽(yáng)熱能發(fā)電就會(huì)走上快車道。