塔式太阳能热发电CSP大力推进太阳能替代传统能源发电的全球实施计划方案

塔式太阳能热发电CSP大力推进太阳能替代传统能源发电的全球实施计划方案 太阳每秒钟照射到地球上的能量，就相当于燃烧五百万吨煤所释放出来的热量。太阳每45分钟照射到地球上的能量，就完全能够满足全球每年所消耗的全部能源。根据这一推算，太阳每年发送到地球上的能量，是目前全球每年能源总消费量的11680倍，这相当于全世界每一种化石能源探明储量的百倍以上。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。它必将成为国家经济发展最重要的战略资源；并将成为推进人类社会长远发展最坚实的能源基础。加快推进太阳能全面替代化石能源发电，这关系到人类社会经济可持续发展；关系到地球生态危机能否得到及时扭转。温室效应，导致冰川融化与海平面上升，踏上了一条“不归之路”。陆地沙化，海洋酸化和海水温度上升，已经造成大量物种在加速灭绝中。气候变化，正在加剧着飓风、洪水、干旱、暴雪、冰灾、沙灾等，各种自然灾害频发。这一切都在表明，地球生态危机已向人类发出最强烈的风险警示。如果人们仍然无法遏制碳排放，将不可避免会有越来越多的，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的一次机会！面对目前唯一的能够帮助人类摆脱灾难困境的是太阳能。我们没有任何理由拒绝他！ 实现全部由太阳能替换传统能源发电，最难以解决的问题是：如何克服由于白天黑夜，以及连续阴天所引起的间歇性中断发电技术性的难题。这正是几十年来，人们还未找到最合理的解决办法。一种很好的应对解决办法是：凭借塔式太阳能聚光集热强大优势，并在可移动储热模块帮助下，我们可以把大量采集到的太阳热能，及时送往附近火力发电厂中进行发电。具体做法是：1。通过大量塔式太阳能菱形单元采集模块的阵列组合，形成网格密集分布超大规模太阳能采集作业区。2。在阳光照射下，我们可以充分利用每座太阳能接收高塔顶上光聚焦的热能输出，分别为每个移动储热模块，直接进行储热加载。随后，我们可以把所有已经充满能量的移动储热模块，立即运送到火力发电厂仓库，等候使用。3。从发电厂的库存中，我们每一次可以提取出若干移动储热模块，并将它们发送到水蒸汽生产线。然后，我们将水蒸气生产线的低温水或水蒸气的管道输出端，连接到移动储热模块内置闪蒸管的输入阀上。在低温水或水蒸汽流经闪蒸管的过程中，将立即升温。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。在每个移动储热模块被卸载完毕后，将被再一次送回到太阳能采集作业区，重新开始新一轮的热能搬运。通过这种方式，就可以形成超大规模太阳能的采集、储存、运输、发电，全过程的周而复始。这可能是太阳光热转换效率最高、储能效果最好和储热发电效益最大的，超大规模塔式太阳能集热系统与现代热力发电系统最完美的发电对接。 值得一提的是，塔式太阳能聚光集热系统，凭借其定日镜场在地面上，可展开一扇巨大无比的太阳光反射镜面；并通过在高塔顶部高倍率聚焦集中照射方式，便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会聚转接形式，和与近乎无损非接触模块储能的完美对接。可谓天作之合，相得益彰。如此之高的能量密度提升，和如此巨大的热能输出流量，是其他任何太阳能集热系统，所难以实现和无法想象的。这也正是启用超大容量移动储热模块，所必需具备的重要前提。由于大规模太阳能储能目标非常明确，它只是需要将分散采集到的大量太阳热能，全都集中到发电厂后，专为热力发电提供短暂周转，或起到热电转换缓冲均衡作用，目的达到太阳能资源利用率最大化。这种可移动的蓄热储能方式：是通过模块化，将高温储热、热能转换、热能传送等，多种功能都集于一体。将原来固定不动的一套既复杂又庞大的储热循环系统。变换成体积较小，功能强大，结构简单的一个储热模块。它不仅大大降低了太阳能的储能成本。此外，还为扩大太阳能光热发电规模，发挥十分重要的集成作用。最为关键的是，由于采用非流动性的工质材料进行储能。它可以使工作介质材料选取，不再受低熔点、低沸点、低导热、强腐蚀等等限制。而后，我们可以挑选出导热率最高和热容量最大的工作介质材料，用于提高储热转换效率和增大蓄热容量。由于储热模块是一个独立的整体，外部造型是很有规则的；并且，运用是非常灵活的。这就为移动储热模块，实施智能化移动控制和最好的隔热保温计划，创造了非常有利的条件。可以使蓄热保温成本大幅下降，并能赢得更多宝贵的蓄热储能延长时间。最不可思议的是，由超高温显热储能与相变潜热储能，两者叠加的储能密度，要比普通化学电池的储能密度，高出几倍甚至十几倍。并且，模块储能转换速度非常快，不会像普通蓄电池在快速充放电的过程中，容易造成电池内部很大的损害。此外，蓄电池充放电的使用次数是很有限的，而储热模块使用次数是不受任何限制的。因此，模块化蓄热储能，相对目前其他任何储能方式而言，它可能是一种：储能成本最低、方法是最为简便、储能密度最大、使用寿命最长、转换效率最高，以及是整体规模最大的太阳能储存方案。虽说移动储热模块，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过程中，发挥无与伦比的重要作用。它是专为太阳能蓄热储能发电，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元件对接，构成即充即用超强负荷移动电源。它将为超大规模太阳能发电、风能发电、水能发电、潮汐能发电等，各种间歇性能源储能发电，创造十分美好的应用前景。 实施超大规模太阳能储热发电的突破构想。主要是采取大面积分散采集太阳能与超大规模集中统一发电相结合的全新思路。它完全改变了传统太阳能光热发电模式，总是局限于将太阳能的聚光集热、蓄热储能、热力发电，这三大体系捆绑运行的不利做法。由于捆绑运行的必然结果，将会受到三大系统各自发展空间不平衡的相互制约，而产生非常严重的水桶效应。这里所有的短板缺陷，都出现在前面两大系统内。相对后者而言，前面两大系统的发展空间是十分有限的。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，无法把定日镜场的建造规模设计的太大。目前，定日镜场最大建造规模，仍与普通大容量的发电机组规模悬殊相差好几十倍。这种极不对称的规模发展现象，也同样出现在原有蓄热储能系统中。由于塔式太阳能聚焦集热系统和蓄热储能系统，它们的发展空间有很大的局限性。所以，在三大系统的规模发展上，无法做到一对一的同步扩展。众所周知，太阳能热发电效益遵循：发电机组容量越大，机组满载运行效率越高；则太阳能发电成本，也就降得越低。因此，如若三大系统的捆绑运行方式不做改变，将无法继续扩大现有塔式太阳能光热发电的发展规模；那么，也将无法继续提高塔式太阳能光热发电规模效益，这就是长期影响塔式太阳能光热发电走向市场化的症结所在。 反之，我们应该创造有利条件，彻底解除三大系统间的相互捆绑约束。具体做法是：从中间储能环节入手，先将储热介质管道循环的能量传输方式，改变成为储热容器可移动的能量运送方式。这样，就可以把原来庞大而复杂的蓄热储能系统的运行空间，压缩到一小块可移动的蓄热储能模块之中，就可以像使用蓄电池一样方便。这样一来，我们就可以将数量众多的移动储热模块，分批发送到大型太阳能采集作业区里的，每个集热单元的接收位置上。等到同批次蓄热储能模块加载完成之后，就立即把这些移动储热模块发送到后方发电厂仓库，等待送往到水蒸气的生产线以作进一步使用。由于取消三大系统的管道连接，便可促使塔式太阳能采集系统与蒸汽涡轮发电系统完全分开；并促成三大系统横向独立和纵向开放。从而使三大系统都能够按照各自发展最有利的条件，独立开展优化设计。这不仅能大大提高各系统运行效率；更重要的是，通过对整体规模的重新分化与组合，可以使三大系统的设计规模得到同步扩展。因此，可以从过去封闭型的一支独大的规模发展模式，转变成开放型的多单元组合的规模发展模式。具体通过众多聚光集热单元模块与移动储热模块之间的开放式组合，来实现塔式太阳能采集规模的无限扩张。这样就可以从容应对任意规模发电装机扩容。这就避免了因发电规模的不断扩大，导致每个定日镜与接收塔的建造尺度，愈造愈大，直至走向无法建造的尴尬地步。采取由数量众多小型定日镜场，取代一个大型定日镜场，有好处很多。小型化的定日镜场，无论从太阳光的采集密度和聚焦效果，以及到定日镜场建造适度等，都远远优胜于大型定日镜场。从直观上讲，小型定日镜更具备：装配速度很快、运行起来效率高、制造成本低、抗风性能好、使用寿命长，以及运行维护非常简单等等好处。尤其是小型定日镜，由于反射镜面积很小。所以，更容易在它的镜面实施自动除尘保洁的防护设置。并用它来防护和抵御：大风、雨雪、沙尘暴、冰雹等气候灾害来袭。这是塔式太阳能热发电系统能够在沙漠腹地大举推进，所不可以缺少的一项极其重要安全保障。 采取大面积太阳能分散采集与超大规模集中统一发电相结合的重要意义在于：不仅可以根据太阳能热发电规模需要，通过太阳能采集空间的任意扩大，可以交换更大规模的发电装机扩容。同样，也可以通过扩大太阳能采集空间，以转换更多或更持久的储热发电运行时间。我们可以在白天的阳光下，采集足够的太阳热能，并将它们储存起来。然后，在夜间或遇到阴天，利用它们来维持连续供电。这可能是改变太阳能间歇性中断发电，唯一可行的最佳方案。但这种时空转换的先决条件，是需要依靠集合多种功能于一体的超大容量可移动储热模块。从技术层面上讲：必需要依靠高温显热储能、高温相变潜热储能、高效热传导技术、隔热保温技术，以及热泵回馈式恒定温控制技术等等，许多工程技术的有利支持。目的需使移动储热模块，必须具备超大容量的储能空间；并满足恒温储热时间任意延长的保温需要。同时，还必须完成太阳能的光热转换、恒温储热、热能运输，以及水蒸汽的转换输出等等，关键性的工作流程。只要发电厂的储热模块库存容量有足够大，即使在连续阴天的情况下，太阳能蓄热储能发电，仍然可以维持多日发电不致中断。此外，还可根据电力消费需求，控制移动式储热模块和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。通过这种方式，就可以实现发电侧与用电侧的紧密互动。因而，可使太阳能储热发电的有效利用率，可以得到最大化的提升。 在三大系统之间的捆绑束缚被完全解除以后，但仍有一个关键问题迫切需要得到解决。这里所要解决的问题是：定日镜远程精确跟踪控制技术难题。这是塔式太阳能集热系统的核心技术，也是长期困扰塔式太阳能集热系统发展利用的世界性难题。因为定日镜的跟踪，它是一种远程锁定固定目标的精确跟踪。因此，任何微小的传动间隙，都将造成定日镜的反射光线在照射到远处固定目标时，其反射光斑的投射位置，就会出现非常大的偏移。在阵风推动下出现轻度晃动，这会带来聚焦光斑边缘模糊，造成聚焦损失增大。若摆动幅度过大，就会导致聚焦光斑逃脱跟踪目标，最终导致太阳光的聚焦效率大幅下降。所以，从严格意义上讲，定日镜跟踪系统要求齿轮传动，必须达到无间隙传动标准。如此苛刻的齿轮传动要求，就等于判处齿轮传动无期徒刑。为此，人们尝试过种种办法，但使用效果，却不尽理想。如果人们想依靠提高制作精度来解决这个问题；那么，我们将要面对的是最极致精密的加工制造。由此不难想象，如此极端的精密制造，其制作成本肯定会高得惊人。因此，为了逃避精密加工，人们甚至无视跟踪范围偏小，属于非线性跟踪的螺旋丝杆伸缩传动，也将其作为定日镜跟踪系统的使用对象。并且，将螺旋丝杆传动和蜗轮蜗杆传动组合在一起，形成二维跟踪的混合传动方式。同时，还将定日镜的建造尺度，越造越大。目的，是想通过成本分摊的办法，迫使定日镜跟踪成本进一步降低。尽管在方法上，一再妥协退让；但定日镜跟踪成本，依然居高不下。为了确保定日镜场，一千多台定日镜的投射光斑会聚到高塔顶部的聚光屏上，保持高度重叠和极高的稳定性。就必须要求定日镜的跟踪传动系统，不仅需要十分出色的超低速齿轮传动性能和超高精度的跟踪控制性能；同时，还要寻找到最低成本的制作方式。 为此，我们必须跳出传统齿轮传动的习惯设计；通过采用超大直径齿轮传动方式，便可以解决定日镜二维跟踪传动系统所存在