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占地80萬平、3萬塊超大玻璃組成的“發電站”

近3萬塊超白玻璃制成的巨大鏡面，以兩個同心圓陣列相交的形式整齊地排列在甘肅瓜州的戈壁之上，在兩個鏡面陣列的中心點，豎立著一根高達200米的吸熱塔，而這兩個占地80萬平方米、相當于112個足球場的陣列，如同巨型凹面鏡，把陽光通通反射到中心的吸熱塔上——這個充滿工業之美的“天空之鏡”就是我國、也是全球首個“雙塔一機”光熱儲能電站。

瓜州這個光熱儲能項目預計今年年底將正式投產發電，一旦投產發電，按照該項目負責單位三峽能源的計算，它將作為基礎調節電源，與周邊光伏和風電形成總裝機規模70萬千瓦的多能互補清潔能源基地，年發電量將達到18億度（千瓦時）。

所謂的“光熱發電”到底是什么，又和我們常常提及的光伏發電孰優孰劣？

光伏發電我們的讀者應該已經很熟悉了，就是利用太陽能電池板吸收太陽光中的可見光，從而形成光電子，產生直流電，現在的研究方向一般是怎么增加光伏電池的帶隙，使其能利用更多波段的光。

而光熱發電簡單來說，就是利用太陽的熱能作為發電的能量來源，很明顯，它不是直接將太陽光變成電，而是一個光能變熱能再向電能轉化的復雜轉換過程，但這也是它能夠受到關注的最大原因。

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光熱與光伏，孰強？

光熱發電，也叫聚焦型太陽能熱發電，主要有槽式、菲涅爾式、塔式和碟式四種主流的光熱發電系統，除了光線匯聚方式的不同外，它們的區別主要體現在集熱溫度、聚光比和轉換效率上。

其中，塔式光熱發電系統是目前最主流的方式：通過大量可以自由轉動的定日鏡，像向日葵一樣追逐太陽，再以聚焦方式將太陽能直射光反射到中間高聳的吸熱塔上，塔上的吸熱器會加熱流經的熔鹽，將熱量帶到附近的儲熱罐中儲存。

作為這個系統的傳熱介質，硝酸鹽混合物或碳酸鹽混合物制成的熔鹽，它的沸點是600攝氏度，而水的沸點才100度，意味著這種液態熔鹽會比水更能儲存熱量。

具體來看，熔鹽泵會將低溫儲熱罐里290度左右的熔鹽源源不斷地運送到吸熱器中，吸熱后熔鹽溫度會升高至560度以上，之后會通過管道運送至地面的高溫儲熱罐中。這種儲能方式，對應的就是光伏系統中的鋰電池儲能，只不過一種是熱儲能，一種是電化學儲能。

熱量被留下來之后又該怎么發電？這就要涉及到透平機，也就是蒸汽輪機。高溫熔鹽被送至蒸汽發生器，產生出高溫高壓的蒸汽，推動蒸汽輪機發電機組發電，光能就被轉化為了電能。

不過在光熱發電四大系統模式中，有一種發電系統比較獨特，即并不依賴蒸汽輪機，而是靠一種外燃機“斯特林發動機”發電的碟式光熱系統。

碟式光熱系統就像一個“大鍋蓋”，它不需要大范圍集熱，只用一個獨立的模塊就能進行熱電轉換。在它的反射鏡焦點處，放置著一臺斯特林熱機，可以直接把收集的熱能用來驅動氫氣或氦氣等工質來反復膨脹做功，實現熱能到機械能再到電能的快速轉換。

但問題是，碟式光熱系統太像光伏了，搭載了一個斯特林熱機后，單獨一個模塊是沒有空間再去安裝儲能系統的，熱能不當即利用就浪費、沒有陽光就失去發電能力。因此，盡管碟式光熱系統的聚光效率極高，也吸引不了能源產業的投資，畢竟沒必要去發展一種和光伏差不多，卻更加昂貴且不夠成熟的發電系統。

但是塔式光熱系統不一樣，相比于同樣利用太陽光的光伏發電，它的優勢并不是發電效率高出多少，而是在于其能實現熱量的長時間儲存，在夜晚沒有光照的情況下，依然可以不間斷地輸出電力。

另外，瓜州這個項目雖然設置成雙塔，但共用一臺汽輪發電機，雙塔的作用是為了提升發電效率、發電量以及儲能量。這兩個吸熱塔一個東塔，一個西塔，中間相交重合部分的定日鏡在上午會把太陽光反射到東塔上，下午就調轉鏡面，把光反射到西塔上。這種方式能對發電效率有多大提升還要等真正投產發電后才能確定。

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貴是最大阻礙

盡管相比于光伏，光熱系統有一定的技術優勢，但從產業的發展角度來看，光熱還是太小眾，無論是裝機量還是度電成本都還有很大提升空間。

我國的光熱發電技術發展起步較晚，國務院國資委研究中心主任衣學東曾在公開討論中提到關鍵技術突破的重要性，“雖然目前光熱發電設備和材料國產化率達到90%以上，但部分零部件如熔鹽閥等主要還是依靠進口。”

截至去年年底，中國內地光熱發電機組裝機容量總共才58.8萬千瓦（kW），而我國去年全年光新增的光伏裝機量就達到了220吉瓦（gW，1吉瓦=100萬千瓦）。2023年3月，國家能源局發布《關于推動光熱發電規模化發展有關事項的通知》，算是為這個小眾賽道吃了顆定心丸：《通知》提到要力爭“十四五”期間，全國光熱發電每年新增開工規模達到300萬千瓦左右。

其實業界普遍并不認為光熱能夠替代光伏，因為它太貴了。根據國際可再生能源際署發布的報告顯示，光熱發電路線的度電成本高達0.108美元/千瓦時，而同期的光伏度電成本僅為0.056美元/千瓦時，海上風電和水電為0.084美元/千瓦時和0.044美元/千瓦時，相比之下。光熱貴得有點太突出了。

貴的主要原因在于初始成本，以目前常見的10萬千瓦裝機、8小時儲熱的塔式光熱電站為例，單位千瓦造價最低也要1.2萬元，最高能接近2萬元。大面積的聚光系統，再加上吸熱與儲熱系統，能占到整個電站成本的八成以上。

所以現在光熱的出現一般是伴隨著光伏、風電等新能源項目，起到一個優勢互補作用。光熱發電系統輸出的是交流電，可以視為一個小型發電廠，擁有更好的調峰性能。瓜州項目其實也是由40萬千瓦風電、20萬千瓦光伏以及10萬千瓦光熱發電共同構成的，未來這種新能源大基地模式在地廣人稀、光熱風電充足的地方還是有用武之地的。