太阳能聚光塔

太阳能聚光塔：

- 上：位于加州东南部莫哈韦沙漠的伊万帕（Ivanpah）发电厂的太阳能塔，该设施为全球最大的太阳能热发电站
- 中：西班牙安达卢西亚的PS10，全球首座商业化太阳能发电塔（左）；以色列内盖夫地区的阿沙利姆发电站（Ashalim Power Station）（右）
- 下：法国东比利牛斯地区的忒弥斯（THEMIS）太阳能发电塔（左）；德国实验性的于利希（Jülich）太阳能塔（右）

太阳能聚光塔（Solar power tower），又称“太阳能聚光发电厂”或“定日镜发电厂”，是一种利用塔来接收聚焦阳光的太阳炉。它使用由平坦、可移动的反射镜（称为定日镜）组成的阵列，将太阳光线聚焦到集热塔（目标）上。聚光太阳能（CSP）系统被视为一种可再生的、无污染的能源解决方案。

早期的设计利用这些聚焦的光线来加热水，并利用产生的蒸汽来驱动涡轮机。较新的设计已采用液态钠进行示范，而使用熔盐（40% 硝酸钾、60% 硝酸钠）作为工作流体的系统现已投入运作。这些工作流体具有高热容量，可在将能量用于煮沸水以驱动涡轮机之前，先用于储存能量。储存热能以供日后回收利用，使得在阳光照射期间以及日落后（或云层遮蔽后）数小时内都能持续发电。

## 设计

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- 部分聚光太阳能（CSP）塔采用空冷而非水冷，以避免使用有限的沙漠水资源
- 使用平板玻璃代替较昂贵的曲面玻璃
- 热能储存：将热量储存在熔盐容器中，以便在阳光不照射时继续发电
- 蒸汽被加热至 500°C，用于驱动与发电机相连的涡轮机，进而产生电力
- 控制系统：用于监督和控制所有发电厂活动，包括定日镜阵列位置、警报、其他资料撷取和通讯

一般来说，安装面积从 150ha 到 320ha 不等。

2023年，澳洲国家科学机构联邦科学与工业研究组织（CSIRO）测试了一种CSP配置，其中微小的陶瓷颗粒穿过聚焦的太阳能光束落下，这些陶瓷颗粒能够储存比熔盐更多的热量，同时不需要使用会降低热传递效率的容器。

## 环境问题

有证据显示，此类大面积太阳能聚光装置可能会烧死飞越其上的鸟类。在阵列中心附近，温度可达 550°C，加上太阳能通量本身，足以将鸟类焚烧。距离较远的鸟类羽毛可能会被烧焦，导致鸟类最终死亡。伊万帕发电厂报告称，每两分钟就有一只鸟被烧伤。伊万帕太阳能发电厂的工作人员将这些鸟称为“流光”（streamers），因为它们在半空中着火，冒着烟坠落地面。在测试定日镜初始待机位置的过程中，有115只鸟因进入聚焦的太阳能通量而死亡。在运作的前6个月内，共有321只鸟死亡。在将待机程序更改为不再将超过四台定日镜聚焦于任何一点后，没有再发生鸟类死亡事件。

伊万帕太阳能发电设施被加州归类为温室气体排放源，因为它每天早晨必须燃烧化石燃料数小时，以便能快速达到其工作温度。

## 商业应用

多家公司参与了公用事业规模发电厂的规划、设计和建设。有许多应用创新解决方案于太阳能发电的案例研究。在“向下光束”塔式设计中，阳光被定日镜反射到位于塔顶的上方焦点，然后被向下反射到位于地面附近的接收器。首座商业化的向下光束塔为玉门新能50MW塔式电站。

## 新颖应用

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矿坑发电塔（Pit Power Tower）结合了太阳能聚光塔和气动发电塔，设置于已退役的露天矿坑中。传统的太阳能聚光塔在规模上受到塔高以及较近的定日镜阻挡较外围定日镜视线至接收器的限制。利用矿坑的“阶梯式座位”有助于克服视线遮挡的限制。

由于太阳能聚光塔通常使用蒸汽来驱动涡轮机，而水在太阳能资源丰富的地区往往稀缺，露天矿坑的另一个优势是它们倾向于积水，因为它们被挖掘至地下水位以下。矿坑发电塔在热电联产系统中使用低温蒸汽来驱动气动管。将矿坑重新用于此类项目的第三个好处是，有可能重新利用矿场的既有基础设施，如道路、建筑物和电力设施。

## 太阳能聚光塔列表

名称｜开发商/业主｜完工年份｜国家｜城镇｜塔高（米）｜塔高（英尺）｜定日镜数量｜最大安装容量、(MW)｜年总发电量(GWh)

Dawn｜Synhelion｜2024｜德国｜于利希（Jülich）｜20 m｜65.6 ft

Noor Energy 1｜ACWA Power｜2022｜阿拉伯联合酋长国｜赛赫阿尔达哈尔（Saih Al-Dahal），迪拜｜262.44 m｜861 ft

阿沙利姆发电站｜Megalim Solar Power｜2019｜以色列｜内盖夫沙漠｜260 m｜853 ft｜50,600｜121 MW｜320

瓦尔扎扎特太阳能发电站｜摩洛哥可持续能源机构｜2019｜摩洛哥｜瓦尔扎扎特｜250 m｜820 ft｜7,400｜150 MW｜500

塞罗多米纳多尔太阳能热发电厂｜Acciona（51%）和 Abengoa（49%）｜2021｜智利｜卡拉马｜250 m｜820 ft｜10,600｜110 MW

红石太阳能热发电｜ACWA Power｜2023｜南非｜波斯特马斯堡（Postmasburg），北开普省｜100 MW

首航敦煌100MW二期｜北京首航艾启威节能技术股份有限公司｜2018｜中国｜敦煌｜220 m｜722 ft｜12,000｜100 MW｜390

青海共和光热发电项目｜2019｜中国｜共和｜210 m｜689 ft｜50 MW｜156.9

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

新月沙丘太阳能项目｜SolarReserve｜2016｜美国｜托诺帕｜200 m｜656 ft｜10,347｜110 MW｜500

中控太阳能德令哈光热发电项目｜中控太阳能｜2016｜中国｜德令哈｜200 m｜656 ft｜50 MW｜146

海西50MW光热发电项目｜鲁能青海光恒新能源｜2019｜中国｜海西州｜188 m｜617 ft｜4,400｜50 MW

哈密50MW光热发电项目｜中控太阳能｜2019｜中国｜哈密｜180 m｜590 ft｜50 MW

PS20太阳能发电厂｜Abengoa Solar｜2009｜西班牙｜桑卢卡尔拉马约尔｜165 m｜541 ft｜1,255｜20 MW｜48

Gemasolar热太阳能发电厂｜Torresol Energy｜2011｜西班牙｜塞维利亚｜140 m｜460 ft｜2,650｜19.9 MW｜80

伊万帕太阳能发电设施（3座塔）｜BrightSource Energy｜2014｜美国｜莫哈韦沙漠｜139.9 m｜459 ft｜173,500｜392 MW｜650

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

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

大汉发电厂｜中国科学院电工研究所｜2012｜中国｜大汉｜118 m｜387 ft｜100｜1 MW

PS10太阳能发电厂｜Abengoa Solar｜2007｜西班牙｜桑卢卡尔拉马约尔｜115 m｜377 ft｜624｜11 MW｜23.4

太阳能计划（The Solar Project）｜美国能源部｜1981｜美国｜莫哈韦沙漠｜100 m｜328 ft｜1,818 后增至1,926｜7 MW，后增至10 MW｜不适用，已拆除

中控太阳能德令哈10MW（2座塔）｜中控太阳能｜2013｜中国｜德令哈｜100 m｜328 ft｜10 MW

国家太阳能热测试设施｜美国能源部｜1978｜美国｜新墨西哥州阿尔伯克基｜60 m｜200 ft｜1 MW（5-6 MWt）｜不适用，示范设施

于利希太阳能塔｜德国航太中心｜2008｜德国｜于利希（Jülich）｜60 m｜200 ft｜2000｜1.5 MW｜不适用，示范设施

Greenway CSP梅尔辛太阳能塔｜Greenway CSP｜2013｜土耳其｜梅尔辛｜60 m｜200 ft｜510｜1 MW（5 MWt）

ACME太阳能塔｜ACME集团｜2011｜印度｜比卡内尔｜46 m｜150 ft｜14,280｜2.5 MW

Sierra SunTower（2座塔）｜eSolar｜2010｜美国｜莫哈韦沙漠｜46 m｜150 ft｜24,000｜5 MW｜不适用，已拆除

Jemalong CSP试验电厂｜2017｜澳洲｜杰马朗｜5x 27 m｜5x 89 ft｜3,500｜1.1 MW（6 MWt）

## 延申阅读

- 定日镜
- 太阳炉
- 聚光太阳能热发电