太陽能聚光塔

太陽能聚光塔：

- 上：位於加州東南部莫哈韋沙漠的伊萬帕（Ivanpah）發電廠的太陽能塔，該設施為全球最大的太陽能熱發電站
- 中：西班牙安達盧西亞的PS10，全球首座商業化太陽能發電塔（左）；以色列內蓋夫地區的阿沙利姆發電站（Ashalim Power Station）（右）
- 下：法國東庇里牛斯地區的忒彌斯（THEMIS）太陽能發電塔（左）；德國實驗性的於利希（Jülich）太陽能塔（右）

太陽能聚光塔（Solar power tower），又稱「太陽能聚光發電廠」或「定日鏡發電廠」，是一種利用塔來接收聚焦陽光的太陽爐。它使用由平坦、可移動的反射鏡（稱為定日鏡）組成的陣列，將太陽光線聚焦到集熱塔（目標）上。聚光太陽能（CSP）系統被視為一種可再生的、無污染的能源解決方案。

早期的設計利用這些聚焦的光線來加熱水，並利用產生的蒸汽來驅動渦輪機。較新的設計已採用液態鈉進行示範，而使用熔鹽（40% 硝酸鉀、60% 硝酸鈉）作為工作流體的系統現已投入運作。這些工作流體具有高熱容量，可在將能量用於煮沸水以驅動渦輪機之前，先用於儲存能量。儲存熱能以供日後回收利用，使得在陽光照射期間以及日落後（或雲層遮蔽後）數小時內都能持續發電。

## 設計

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- 部分聚光太陽能（CSP）塔採用空冷而非水冷，以避免使用有限的沙漠水資源
- 使用平板玻璃代替較昂貴的曲面玻璃
- 熱能儲存：將熱量儲存在熔鹽容器中，以便在陽光不照射時繼續發電
- 蒸汽被加熱至 500°C，用於驅動與發電機相連的渦輪機，進而產生電力
- 控制系統：用於監督和控制所有發電廠活動，包括定日鏡陣列位置、警報、其他資料擷取和通訊

一般來說，安裝面積從 150ha 到 320ha 不等。

2023年，澳洲國家科學機構聯邦科學與工業研究組織（CSIRO）測試了一種CSP配置，其中微小的陶瓷顆粒穿過聚焦的太陽能光束落下，這些陶瓷顆粒能夠儲存比熔鹽更多的熱量，同時不需要使用會降低熱傳遞效率的容器。

## 環境問題

有證據顯示，此類大面積太陽能聚光裝置可能會燒死飛越其上的鳥類。在陣列中心附近，溫度可達 550°C，加上太陽能通量本身，足以將鳥類焚燒。距離較遠的鳥類羽毛可能會被燒焦，導致鳥類最終死亡。伊萬帕發電廠報告稱，每兩分鐘就有一隻鳥被燒傷。伊萬帕太陽能發電廠的工作人員將這些鳥稱為「流光」（streamers），因為它們在半空中著火，冒著煙墜落地面。在測試定日鏡初始待機位置的過程中，有115隻鳥因進入聚焦的太陽能通量而死亡。在運作的前6個月內，共有321隻鳥死亡。在將待機程序更改為不再將超過四台定日鏡聚焦於任何一點後，沒有再發生鳥類死亡事件。

伊萬帕太陽能發電設施被加州歸類為溫室氣體排放源，因為它每天早晨必須燃燒化石燃料數小時，以便能快速達到其工作溫度。

## 商業應用

多家公司參與了公用事業規模發電廠的規劃、設計和建設。有許多應用創新解決方案於太陽能發電的案例研究。在「向下光束」塔式設計中，陽光被定日鏡反射到位於塔頂的上方焦點，然後被向下反射到位於地面附近的接收器。首座商業化的向下光束塔為玉門新能50MW塔式電站。

## 新穎應用

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礦坑發電塔（Pit Power Tower）結合了太陽能聚光塔和氣動發電塔，設置於已退役的露天礦坑中。傳統的太陽能聚光塔在規模上受到塔高以及較近的定日鏡阻擋較外圍定日鏡視線至接收器的限制。利用礦坑的「階梯式座位」有助於克服視線遮擋的限制。

由於太陽能聚光塔通常使用蒸汽來驅動渦輪機，而水在太陽能資源豐富的地區往往稀缺，露天礦坑的另一個優勢是它們傾向於積水，因為它們被挖掘至地下水位以下。礦坑發電塔在熱電聯產系統中使用低溫蒸汽來驅動氣動管。將礦坑重新用於此類項目的第三個好處是，有可能重新利用礦場的既有基礎設施，如道路、建築物和電力設施。

## 太陽能聚光塔列表

名稱｜開發商/業主｜完工年份｜國家｜城鎮｜塔高（公尺）｜塔高（英尺）｜定日鏡數量｜最大安裝容量、(MW)｜年總發電量(GWh)

Dawn｜Synhelion｜2024｜德國｜於利希（Jülich）｜20 m｜65.6 ft

Noor Energy 1｜ACWA Power｜2022｜阿拉伯聯合大公國｜賽赫阿爾達哈爾（Saih Al-Dahal），杜拜｜262.44 m｜861 ft

阿沙利姆發電站｜Megalim Solar Power｜2019｜以色列｜內蓋夫沙漠｜260 m｜853 ft｜50,600｜121 MW｜320

瓦爾扎扎特太陽能發電站｜摩洛哥可持續能源機構｜2019｜摩洛哥｜瓦爾扎扎特｜250 m｜820 ft｜7,400｜150 MW｜500

塞羅多米納多爾太陽能熱發電廠｜Acciona（51%）和 Abengoa（49%）｜2021｜智利｜卡拉馬｜250 m｜820 ft｜10,600｜110 MW

紅石太陽能熱發電｜ACWA Power｜2023｜南非｜波斯特馬斯堡（Postmasburg），北開普省｜100 MW

首航敦煌100MW二期｜北京首航艾啟威節能技術股份有限公司｜2018｜中國｜敦煌｜220 m｜722 ft｜12,000｜100 MW｜390

青海共和光熱發電項目｜2019｜中國｜共和｜210 m｜689 ft｜50 MW｜156.9

Khi Solar One｜Abengoa｜2016｜南非｜烏平通｜205 m｜673 ft｜4,120｜50 MW｜180

新月沙丘太陽能項目｜SolarReserve｜2016｜美國｜托諾帕｜200 m｜656 ft｜10,347｜110 MW｜500

中控太陽能德令哈光熱發電項目｜中控太陽能｜2016｜中國｜德令哈｜200 m｜656 ft｜50 MW｜146

海西50MW光熱發電項目｜魯能青海光恆新能源｜2019｜中國｜海西州｜188 m｜617 ft｜4,400｜50 MW

哈密50MW光熱發電項目｜中控太陽能｜2019｜中國｜哈密｜180 m｜590 ft｜50 MW

PS20太陽能發電廠｜Abengoa Solar｜2009｜西班牙｜桑盧卡爾拉馬約爾｜165 m｜541 ft｜1,255｜20 MW｜48

Gemasolar熱太陽能發電廠｜Torresol Energy｜2011｜西班牙｜塞維亞｜140 m｜460 ft｜2,650｜19.9 MW｜80

伊萬帕太陽能發電設施（3座塔）｜BrightSource Energy｜2014｜美國｜莫哈韋沙漠｜139.9 m｜459 ft｜173,500｜392 MW｜650

首航敦煌10MW一期｜2018｜中國｜敦煌｜138 m｜453 ft｜1,525｜10 MW

Sundrop Farms｜Aalborg CSP｜2016｜澳洲｜奧古斯塔港｜127 m｜417 ft｜23,712｜1.5 MW

大漢發電廠｜中國科學院電工研究所｜2012｜中國｜大漢｜118 m｜387 ft｜100｜1 MW

PS10太陽能發電廠｜Abengoa Solar｜2007｜西班牙｜桑盧卡爾拉馬約爾｜115 m｜377 ft｜624｜11 MW｜23.4

太陽能計畫（The Solar Project）｜美國能源部｜1981｜美國｜莫哈韋沙漠｜100 m｜328 ft｜1,818 後增至1,926｜7 MW，後增至10 MW｜不適用，已拆除

中控太陽能德令哈10MW（2座塔）｜中控太陽能｜2013｜中國｜德令哈｜100 m｜328 ft｜10 MW

國家太陽能熱測試設施｜美國能源部｜1978｜美國｜新墨西哥州阿爾伯克基｜60 m｜200 ft｜1 MW（5-6 MWt）｜不適用，示範設施

於利希太陽能塔｜德國航太中心｜2008｜德國｜於利希（Jülich）｜60 m｜200 ft｜2000｜1.5 MW｜不適用，示範設施

Greenway CSP梅爾辛太陽能塔｜Greenway CSP｜2013｜土耳其｜梅爾辛｜60 m｜200 ft｜510｜1 MW（5 MWt）

ACME太陽能塔｜ACME集團｜2011｜印度｜比卡內爾｜46 m｜150 ft｜14,280｜2.5 MW

Sierra SunTower（2座塔）｜eSolar｜2010｜美國｜莫哈韋沙漠｜46 m｜150 ft｜24,000｜5 MW｜不適用，已拆除

Jemalong CSP試驗電廠｜2017｜澳洲｜傑馬朗｜5x 27 m｜5x 89 ft｜3,500｜1.1 MW（6 MWt）

## 延申閲讀

- 定日鏡
- 太陽爐
- 聚光太陽能熱發電