太阳能塔的工作原理是什么？

太阳能塔，又称太阳能发电塔，是一种将太阳能集中起来，使其成为更强大的能源的方式。太阳塔有时也被称为定日镜发电厂，因为它们使用分布在一个领域的一组可移动的镜子（定日镜）来收集和集中太阳光在塔上。

太阳能塔集太阳能于一身，被认为是一种可再生能源。太阳塔是一种太阳能技术（包括抛物线槽或碟形发动机系统），可以构成一个集中太阳能发电（CSP）系统。根据太阳能工业协会的数据，美国CSP工厂的能源产能约为1815兆瓦。

太阳塔的工作原理

当太阳照射到太阳塔的定日镜上时，每一面计算机控制的镜子都会在两个轴上跟踪太阳的位置。定日镜的设置使得在一天的时间里，它们能有效地将光线聚焦到塔顶的接收器上。

在第一次迭代中，太阳能塔利用太阳的聚焦光线加热水，产生的蒸汽驱动涡轮发电。较新的型号现在使用液体盐的组合，包括60%的硝酸钠和40%的硝酸钾。这些盐比水具有更高的热容，所以在用它们来煮沸水（驱动涡轮机）之前，其中一些热能可以被储存起来。

这些较高的工作温度也允许更高的效率，并意味着一些电力可以产生，即使在阴天。再加上某种储能装置，这意味着太阳能塔可以24小时提供可靠的能源。

环境影响

太阳能塔具有明显的环境优势。与煤炭或天然气等化石燃料发电厂相比，在能源生产过程中不会产生空气污染、水污染或温室气体。（就像在另一种类型的发电厂一样，在太阳能塔的建筑中也会产生一些排放物，因为材料必须转移到该位置并建造，所有这些都需要能源，通常是化石燃料的形式。）

负面的环境影响与其他发电厂类似：一些有毒物质被用来制造发电厂的部件（在这种情况下是光伏电池）。当你为一种新植物清理土地时，生活在那里的动物和植物会受到影响，它们的栖息地也会被破坏——尽管选择一个对当地植物和动物影响最小的地点可以减轻一些这种影响。太阳塔通常是在沙漠中建造的，因为沙漠本身生态系统就有些脆弱，所以在选址和建造时必须特别小心。

一些太阳能塔是风冷式的，但另一些利用地下水或可用的地表水进行冷却，因此虽然水不像其他电厂那样受到有毒废物的污染，但水仍在使用，这可能会影响当地的生态系统。一些太阳塔可能还需要水来清洁定日镜和其他设备。根据美国能源信息中心（US Energy Information Center）的说法，“太阳能热系统利用潜在的有害液体来传递热量。”确保这些化学物质在暴风雨或其他异常情况下不会进入环境非常重要。

太阳能发电塔特有的一个环境问题是鸟类和昆虫的死亡。由于定日镜是如何将光和热集中起来的，任何在光束传输到塔中时飞过光束的动物都会被高温（高达高达538摄氏度）烧死。减少鸟类死亡的一个简单方法是确保同时瞄准塔的镜子不超过四个。

太阳塔的历史

第一座太阳能塔是由美国能源部桑迪亚国家实验室进行的国家太阳能热测试。作为对能源危机的回应，它于1979年建成，至今仍作为一个试验设施运行，供科学家和大学研究。

国家太阳能热测试设施 （NSTTF） 是美国唯一此类测试设施。据Sandia网站介绍，NSTTF的主要目标是为拟建的太阳能发电太阳能热电厂中独特元件和系统的设计、建造和运行提供实验工程数据。

第一个商业太阳能发电塔是“太阳一号”，从1982年到1988年在莫哈韦沙漠运行。虽然它能在晚上储存一些能量（足够在早上启动），但效率不高，这就是为什么它被改装成太阳能二号。第二次迭代将石油作为传热材料转换为熔盐，熔盐还可以储存热能，并且具有无毒和不易燃的附加好处。

2009年，塞拉太阳塔在加州莫哈韦沙漠建成，其5兆瓦的发电能力使其运行时的二氧化碳排放量每年减少7000吨。它是作为一个模型建造的，但在2015年被关闭，因为它被认为运营成本高昂。

在美国以外，太阳能塔项目包括西班牙塞维利亚附近的PS10太阳能发电厂，该厂生产11兆瓦的电力，是一个更大的系统的一部分，该系统旨在生产300兆瓦。它建于2007年。德国的实验性的尤利希（Jülich）太阳能塔建于2008年，是德国唯一使用这项技术的工厂。它在2011年被出售给德国航空航天中心，目前仍在使用。其他美国和欧洲项目详情如下。

2013年，智利向塞罗·多米纳多（Cerro Dominador） CSP项目投入了13亿美元，这是拉丁美洲第一个太阳能塔项目。它的开始是希望到2040年逐步淘汰燃煤发电，到2050年完全实现碳中和。但由于该项目的出资人破产而导致的延期意味着，在该工厂恢复建设时，其技术已经被来自中国的廉价太阳能电池板和广泛采用的可再生技术所超越。塞罗·多米纳多（Cerro Dominador） CSP的电费价格已经是其他可再生能源价格的三倍。这个项目现在无限期地搁置。

世界各地的太阳能塔

一个理想的太阳能塔位置是一个平坦，干燥，不太多风或暴风雨。电厂运营商将需要获得一些供水（如果仅用于清洁定日镜），应避免出现大量降雨或降雪的区域。当然，阳光充足的日子和尽可能多的太阳直接辐射是最好的，所以最小的云量是目标。这是由一个称为太阳直接法向强度（DNI）的数字来测量的，这些信息可以通过美国国家可再生能源实验室获得。

任何符合这些标准的地方都是太阳能发电塔的好位置，包括中东、美国西南部、智利、西班牙南部、印度、南非和中国。

太阳能塔挑战

一些太阳能塔项目已经取消或退役。挑战的范围从投资的财务问题，到与其他可再生能源在价格上的竞争，到建造塔楼所需的时间，再到环境问题。

取消的太阳能塔项目

智利的Cerro Dominador CSP项目已经开始，但由于项目背后的融资人破产而没有完工。

世界上关闭太阳塔项目

Eurelios是1981年至1987年在西西里岛运营的太阳能塔试点工厂。

塞拉利昂太阳塔（Sierra Sun Tower）从2009年至2015年在莫哈韦沙漠中运行。

莫哈韦沙漠中的太阳一号和太阳二号分别于1982年至1986年以及1995年至1999年运行。

SES-5于1985年至1989年在前苏联运作。

亚利桑那州的Maricopa Solar建于2010年，但于2011年退役并出售。
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