“盐”+“镜子”组合能发电?so easy!24小时源源不断!

来源:科普中国 发布时间:2024年02月23日 作者:北京科学中心

审核专家:朱广思北京科普作协会员

你有听说过用“盐”和镜子发电吗?在甘肃省敦煌市,有着这样一座熔盐塔式发电站:它由我国企业自主设计与建设,于2018年底正式投入使用,实现并网发电,它也是全球最高,聚光面积最大的熔盐塔式发电站。下面,就跟随小编一起来看看它是怎么工作的吧!

来源丨新华网

“盐”和镜子组合可以发电?

这里所说的“盐”,并非是我们日常生活中炒菜时所用的食用盐,而是指“熔盐”。熔盐是盐类熔化后形成的熔融体,由金属阳离子和非金属阴离子所组成,如碱金属、碱土金属的卤化物、硝酸盐、硫酸盐的熔融体。能构成熔盐的阳离子有80 余种,阴离子有30 余种,组合成的熔盐可达2400 余种。熔盐具有良好的传热与储能特性,可吸收镜子反射的太阳光中所蕴含的热能,在升温与降温的过程中,完成能量的传递。工程师利用1.2万面镜子,组成很多个不同半径的同心圆,圆心处建造了一座260米高的熔盐吸热塔。单面镜子的光反射面积为115平方米,镜场总反射面积可达140多万平方米。即使在夜晚没有太阳光时,熔盐也可通过释放白天时吸收的能量,达到24小时不间断发电。

熔盐吸热塔工作原理

来源丨见水印

吸热塔中的熔盐,会在冷熔盐罐和热熔盐罐中循环工作。

熔盐不断吸收同心圆镜面反射的太阳光中的热能后持续升温,在热盐罐中放出热量,用于加热水,使其气化成蒸汽,推动发电机转动发电。释放完热能的熔盐进入冷盐罐,等待下一次循环。

形象地说,就是用熔盐吸收的热量去“烧开水”,与火电厂利用煤燃烧释放出的热能来加热水使其变为蒸汽是一样的。但是使用熔盐发电更为清洁,对环境的破坏也会更小。

水加热气化为蒸汽后,容器内大气压强快速增大,推动汽轮机旋转;然后汽轮机带动发电机旋转,将机械能转变成电能;电能经电力传输网输送到全国各地,这就是一个完整的发电过程。

熔盐塔式发电站功率如何?

要搭建完成这样一座熔盐塔式发电站,可不是一件容易事情。由于太阳光的俯仰角会随着地球自转而不断变化,每面镜子都有着一套角度控制装置,随着时间的推移,反射镜的朝向角会随着太阳的角度变化而变化,始终保持最优的反射角度,尽可能多地将太阳光反射聚焦。同心圆的设计可以使所有镜子反射的太阳光都射向中央的吸热塔,使吸热塔中的熔盐最大效率地储存太阳光中的热能。

来源丨新华网

在敦煌,每年的日照时长可达3000多小时,长时间的光热转化外加庞大的反射镜面阵列,极大地提高了这座发电站的发电量,其年发电量可达3.9亿千瓦。

同时,由于光热能源是清洁能源,这样一座100兆瓦级的熔盐塔式发电站,每年可以减排35万吨二氧化碳,积极响应国家“低碳环保,节能减排”的战略。

如何建造熔盐塔式发电站?

当然,维护这样一座规模庞大的熔盐塔式发电站也存在着许多困难。西北地区沙尘、雷电、大风等恶劣的气候环境与较高的海拔,很容易造成镜面蒙尘、破损、控制装置失灵等问题,从而导致发电效率下降。因此,搭建同心圆镜面阵列所应用的反射镜,都是耗巨资特殊定制的,其抗尘抗腐蚀的能力较普通镜面有着很大的提升。此外,每日光照时长与光照强度的波动也会使得镜面反射光能量过高导致装置过热损坏。技术人员通过对冷熔盐泵与吸热器出口熔融盐温度进行联动控制,当熔盐泵达到最大流量而出口熔融盐仍出现超温现象时,就要求镜场撤除相应的镜子。为了控制吸热器管壁的温度,技术人员也必须实时调整熔融盐的流量,以保证熔融盐吸热器管路充分冷却,避免超温引起吸热器爆管事故。在2019年6月时,位于敦煌的这座熔盐塔式发电站就实现了满负荷发电,通过西电东输,将光热这种可再生能源所发的电能,送到了全国各地的千家万户中。

电力输送塔

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清洁能源助力“双碳”

为尽快实现“双碳”目标,清洁能源起到了中流砥柱的作用。传统的火力发电厂燃烧大量煤炭,但这个过程中会释放大量的有害气体和温室气体,加剧温室效应,对环境危害极大。而清洁能源往往都是可再生的,包括光能、潮汐能、风能等等。由于其可再生的特性,这些能源形式并不像煤炭、石油等传统化石能源一样需要很长的时间跨度才能再度产生,故而不易枯竭。与太阳能、风能发电不同的是,熔盐可以进行热能存储,即使在阴雨天气和夜晚这类阳光短缺或消失的条件下也能持续发电。而太阳能板只有在有阳光的时候才能发电,风力发电也需要在有风的环境。按照国家规划,十三五期间我国的熔盐发电将实现五百万千瓦的集装容量。

5MW的海上风力发电机.

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在协调可再生能源与传统能源、实现能源互联互通的过程中,我们可以通过多能互补,发挥多种能源优势,增加可再生能源消纳,从而加快以清洁能源代替化石能源的过程。在多能互补系统中,由于塔式熔盐光热电站配有可储能的熔盐,故其可作为调峰电源,平抑负荷波动,增加风电、光伏发电并网容量。在未来,我们对清洁能源的利用肯定更为频繁,让我们一起期待正在到来的清洁能源的新世界吧。