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占地80万平、3万块超大玻璃组成的“发电站”

近3万块超白玻璃制成的巨大镜面，以两个同心圆阵列相交的形式整齐地排列在甘肃瓜州的戈壁之上，在两个镜面阵列的中心点，竖立着一根高达200米的吸热塔，而这两个占地80万平方米、相当于112个足球场的阵列，如同巨型凹面镜，把阳光通通反射到中心的吸热塔上——这个充满工业之美的“天空之镜”就是我国、也是全球首个“双塔一机”光热储能电站。

瓜州这个光热储能项目预计今年年底将正式投产发电，一旦投产发电，按照该项目负责单位三峡能源的计算，它将作为基础调节电源，与周边光伏和风电形成总装机规模70万千瓦的多能互补清洁能源基地，年发电量将达到18亿度（千瓦时）。

所谓的“光热发电”到底是什么，又和我们常常提及的光伏发电孰优孰劣？

光伏发电我们的读者应该已经很熟悉了，就是利用太阳能电池板吸收太阳光中的可见光，从而形成光电子，产生直流电，现在的研究方向一般是怎么增加光伏电池的带隙，使其能利用更多波段的光。

而光热发电简单来说，就是利用太阳的热能作为发电的能量来源，很明显，它不是直接将太阳光变成电，而是一个光能变热能再向电能转化的复杂转换过程，但这也是它能够受到关注的最大原因。

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光热与光伏，孰强？

光热发电，也叫聚焦型太阳能热发电，主要有槽式、菲涅尔式、塔式和碟式四种主流的光热发电系统，除了光线汇聚方式的不同外，它们的区别主要体现在集热温度、聚光比和转换效率上。

其中，塔式光热发电系统是目前最主流的方式：通过大量可以自由转动的定日镜，像向日葵一样追逐太阳，再以聚焦方式将太阳能直射光反射到中间高耸的吸热塔上，塔上的吸热器会加热流经的熔盐，将热量带到附近的储热罐中储存。

作为这个系统的传热介质，硝酸盐混合物或碳酸盐混合物制成的熔盐，它的沸点是600摄氏度，而水的沸点才100度，意味着这种液态熔盐会比水更能储存热量。

具体来看，熔盐泵会将低温储热罐里290度左右的熔盐源源不断地运送到吸热器中，吸热后熔盐温度会升高至560度以上，之后会通过管道运送至地面的高温储热罐中。这种储能方式，对应的就是光伏系统中的锂电池储能，只不过一种是热储能，一种是电化学储能。

热量被留下来之后又该怎么发电？这就要涉及到透平机，也就是蒸汽轮机。高温熔盐被送至蒸汽发生器，产生出高温高压的蒸汽，推动蒸汽轮机发电机组发电，光能就被转化为了电能。

不过在光热发电四大系统模式中，有一种发电系统比较独特，即并不依赖蒸汽轮机，而是靠一种外燃机“斯特林发动机”发电的碟式光热系统。

碟式光热系统就像一个“大锅盖”，它不需要大范围集热，只用一个独立的模块就能进行热电转换。在它的反射镜焦点处，放置着一台斯特林热机，可以直接把收集的热能用来驱动氢气或氦气等工质来反复膨胀做功，实现热能到机械能再到电能的快速转换。

但问题是，碟式光热系统太像光伏了，搭载了一个斯特林热机后，单独一个模块是没有空间再去安装储能系统的，热能不当即利用就浪费、没有阳光就失去发电能力。因此，尽管碟式光热系统的聚光效率极高，也吸引不了能源产业的投资，毕竟没必要去发展一种和光伏差不多，却更加昂贵且不够成熟的发电系统。

但是塔式光热系统不一样，相比于同样利用太阳光的光伏发电，它的优势并不是发电效率高出多少，而是在于其能实现热量的长时间储存，在夜晚没有光照的情况下，依然可以不间断地输出电力。

另外，瓜州这个项目虽然设置成双塔，但共用一台汽轮发电机，双塔的作用是为了提升发电效率、发电量以及储能量。这两个吸热塔一个东塔，一个西塔，中间相交重合部分的定日镜在上午会把太阳光反射到东塔上，下午就调转镜面，把光反射到西塔上。这种方式能对发电效率有多大提升还要等真正投产发电后才能确定。

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贵是最大阻碍

尽管相比于光伏，光热系统有一定的技术优势，但从产业的发展角度来看，光热还是太小众，无论是装机量还是度电成本都还有很大提升空间。

我国的光热发电技术发展起步较晚，国务院国资委研究中心主任衣学东曾在公开讨论中提到关键技术突破的重要性，“虽然目前光热发电设备和材料国产化率达到90%以上，但部分零部件如熔盐阀等主要还是依靠进口。”

截至去年年底，中国内地光热发电机组装机容量总共才58.8万千瓦（kW），而我国去年全年光新增的光伏装机量就达到了220吉瓦（gW，1吉瓦=100万千瓦）。2023年3月，国家能源局发布《关于推动光热发电规模化发展有关事项的通知》，算是为这个小众赛道吃了颗定心丸：《通知》提到要力争“十四五”期间，全国光热发电每年新增开工规模达到300万千瓦左右。

其实业界普遍并不认为光热能够替代光伏，因为它太贵了。根据国际可再生能源际署发布的报告显示，光热发电路线的度电成本高达0.108美元/千瓦时，而同期的光伏度电成本仅为0.056美元/千瓦时，海上风电和水电为0.084美元/千瓦时和0.044美元/千瓦时，相比之下。光热贵得有点太突出了。

贵的主要原因在于初始成本，以目前常见的10万千瓦装机、8小时储热的塔式光热电站为例，单位千瓦造价最低也要1.2万元，最高能接近2万元。大面积的聚光系统，再加上吸热与储热系统，能占到整个电站成本的八成以上。

所以现在光热的出现一般是伴随着光伏、风电等新能源项目，起到一个优势互补作用。光热发电系统输出的是交流电，可以视为一个小型发电厂，拥有更好的调峰性能。瓜州项目其实也是由40万千瓦风电、20万千瓦光伏以及10万千瓦光热发电共同构成的，未来这种新能源大基地模式在地广人稀、光热风电充足的地方还是有用武之地的。