Tom Howarth談CSP背後的科學,是時候將CSP放在COP27議程的首位了

2022年07月05日10:23:03 科學 1817

當我們大多數人想到太陽能時,都認為是光伏發電或分布屋項光伏;這些光伏(PV)太陽能電池將在全球推動「凈零」運動中發揮關鍵作用;此外,你還可以認為,只要地球上有足夠多的風力發電場,我們的能源需求將得到滿足。其實不然,這些傳統的可再生能源具有間歇性, 這意味著當沒有太陽=或風不吹時,它們無法發電。

聚光太陽能發電CSP)是一種為這個問題提供解決方案的技術,那麼為什麼幾乎沒有人談論它呢?

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顧名思義,CSP的工作原理是將太陽光線集中在特定點,使其升溫。這個概念類似於用放大鏡燒螞蟻,但CSP工廠不是使用透鏡來聚焦光線,而是使用數千個巨大的鏡子,我們稱之為「定日鏡」 — 將光線反射到接收器上。在這裡,熱能用於加熱流體,流體又可以通過熱交換器,水被煮沸成為蒸汽。然後,蒸汽驅動渦輪機,渦輪機通過旋轉發電機產生電力 - 就像在傳統的化石燃料發電廠中一樣。

即使幾天陰天也不足以扼殺能源供應

CSP的想法並不是什麼新鮮事:事實上,第一座工廠是由義大利的一個研究團隊在20世紀60年代建造的,多年來設計變得越來越先進。現在,系統可以以如此高的效率集中太陽的能量,可以達到超過1000°C的溫度 ——足夠熱以融化鹽、甚至岩石,並將其用作傳熱流體。

這就是為什麼CSP具有如此大潛力的關鍵,因為熱能(以熔鹽或岩石的形式)比電能更容易儲存,電能需要非常低效和昂貴的電池。通過適當的密封和隔熱,熱液體可以儲存長達10小時,因此工廠可以在整個晚上繼續發電。希望在短短几年內,這個儲存期可以延長到一周,這意味著即使幾個陰天也不足以扼殺能源供應。

存儲容量還使電網提供商能夠在需求較高的時期提高電力生產。可以做到這一點的電源被稱為「可調度」,對於維持我們作為消費者所期望的靈活能源系統至關重要。

如果CSP是一項革命性的技術,那麼為什麼政府不投資它呢?

儘管具有存儲能力,但CSP工廠仍然需要直接照射,因此要達到平均每天最少的日照量才能發電,這限制了SCP工廠的可行位置,這也意味著CSP發電站不能建設在白天時間短的多雨和多雲地區。

儘管如此,仍有許多位置非常適合部署 CSP。截至2021年9月,西班牙以2.3GW的容量領先,緊隨其後的是美國,其總容量為1.7GW。根據國際能源署(IEA)的數據,全球市場的其他主要參與者包括中國,南非,摩洛哥阿拉伯聯合大公國,預計這些國家將在2030年之前實現最大增長。

雖然這些國家提高CSP能力的前景是一件好事,但任何計劃的發展都遠遠低於在能源部門產生重大影響所需的水平。事實上,IEA預測的CSP容量增長僅占「到2050年實現凈零排放」方案所需容量的3%。那麼,出了什麼問題呢?如果CSP是一項革命性的技術,那麼為什麼政府和能源公司不投資它呢?

當然,答案主要在於成本。

由於這些項目的規模和複雜性,前期資本成本遠遠高於安裝光伏太陽能電池板的成本,因此投資者傾向於完全避開CSP。但CSP和PV之間的這種比較已經過時,並且存在根本性的缺陷。政策制定者不應該僅僅因為這兩種技術的名字中都有「太陽能」這個詞就相互競爭。CSP是一種熱能來源,因此更可與天然氣或煤炭相媲美。雖然天然氣和煤電確實仍然比CSP便宜,但這些強大的碳排放者肯定在凈零排放的未來中沒有一席之地 - 而CSP確實如此。

隨著更多的CSP工廠開始湧現,行業發展成本將不可避免地下降。但即便如此,全球社會也必須首先開始看到,與所有可再生能源一樣,太陽能發電並不是非此即彼的情況,而且這些技術在一起部署時效果最好。如果做到這一點,那麼CSP肯定會成為未來幾年的主要可調度能源。由於COP27現在只有五個月的時間了,如果我們希望看到這種情況發生,現在是時候將CSP放在議程的首位了。(來源:varsity.co.uk節選自:《Tom Howarth explains the science behind the latest potential renewable energy source》)

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