公元前212年左右，伟大的古希腊哲学家、物理学家、数学家阿基米德也进入了暮年，回到了叙拉古准备安度晚年。但是天不遂人愿，叙拉古和罗马之间发生了战争。罗马军队的最高统帅马塞拉斯率领罗马军队包围了他所居住的城市，还占领了海港。 看我给老铁们撬个地球 在后世的传说中，阿基米德发明了诸多新式战争兵器来抵抗罗马的入侵。这些兵器包括强化版本的床弩、投石机和可以吊起战舰的大型起重机。其中最有神秘色彩的当然是＂阿基米德死光＂了。 当时罗马舰队驶向叙拉古港口，叙拉古舰队已经伤亡殆尽。千钧一发之际，阿基米德召集全城人口，使用自己家中的镜子将阳光反射到敌舰的主帆上，顺利点燃了罗马舰队。罗马舰队不知所措，仓皇逃离，到处宣传叙拉古的阿基米德发明了可怕的＂死光武器＂，将太阳上的火借了下来。 虽然阿基米德是否真的使用镜子聚光烧毁战舰一事目前还有争议，但是聚集阳光产生高热的原理却没有丝毫问题。当年恐怖的＂死光武器＂在数千年后的今天却有了新的玩法。塔式太阳能 随着人类对化石能源的消耗日渐增长，化石能源总量飞速下降，并且燃烧石油产生的废气污染环境问题也是愈发严峻。在此背景之下风能、潮汐能和太阳能等0污染清洁能源逐渐兴起，被认为是解决目前能源危机和全球变暖的不二之策。 在人口密集地区的太阳能利用方式一般是太阳能板，这些利用太阳光直接发电的光电半导体薄片占地小，布局灵活，是目前乡镇太阳能的主力。但是太阳能板发电效率低、平均成本高、发电时间受日照时间影响严重，这些缺陷大大限制了太阳能板发电方式的大规模使用。 结合＂死光武器＂原理，科学家提出了一种新的利用太阳能的方法——直接使用镜子将太阳光聚集在中心吸热塔的吸热器上。这种装置的聚光倍数可达到500～1000，中心吸热塔温度超过600摄氏度。吸热塔内的吸热工质吸热气化驱动汽轮机完成发电任务。由于塔式太阳能具有聚光倍数高、蒸汽参数高和发电效率高等特点，特别适合大规模和大容量的商业化应用。 目前看来塔式太阳能关键技术存在于以下几点：吸热工质 吸热工质通常包括导热油、水和熔盐。导热油和水在工业上应用广泛，但较低的工作温度（＜400 ℃）制约了其在光热领域的应用。下图为早期的水工质塔式光热发电系统。该技术回路简单，技术相对成熟且成本较低，但也存在工作压力高和储热困难等问题。 使用熔盐工质就可以有效解决这些问题，熔盐具有性质稳定、液相范围宽、储热能力强和成本低廉等优势。在日落西山之后，熔融状态的盐可以缓慢而持久得继续释放热量，保证发电站24小时连续发电。虽然熔盐凝固点高，可能会由于温度过低固化堵塞循环管道，但可通过管路伴热等方式加以解决。所以随着科技的发展， 熔盐在塔式中应用越来越多。 吸热器 常规锅炉受热面与烟气（除水冷壁外）为对流换热，换热管四周换热；而塔式吸热管是受光 面单侧辐射换热，换热面积不及管周的一半，受光侧和背光侧壁温差可高达数百度。同时，吸热系统为随着日升日落启动停止的运行模式，对吸热管承受温差应力、热膨胀应力和低周疲劳等方面的能力提出了更高要求。 目前国内已经提出双层吸热器结构，外层结构直接接受阳光加热，外壳与内壳之间设置混合器，帮助内壳均匀加热，保证吸热工质的加热效率。目前该技术已经通过审核，利用在敦煌10MW塔式熔盐电站中，使得发电成本继续下降。 另外一个方面，吸热器安装在数百米高的塔上，因此在设计中要尽量减小吸热器重量和尺寸，以节约项目材料和安装成本。故吸热管的设计热流密度远比常规锅炉大，管壁也更薄。再考虑到熔盐的腐蚀特性，所以吸热管普遍采用的是进口镍基合金材料。进口镍基合金材料定货周期较长，是影响项目进度的关键因素之一，这也是未来国产塔式太阳能需要着力突破的方向之一。 不仅如此，锅炉中常用的闸阀就由于存在无法避免的积盐结构，在熔盐系统中几乎不使用，而通常采用三偏心蝶阀代替。熔盐系统中有良好应用业绩的三偏心蝶阀品牌全部为进口，价格十分昂贵，这也是亟需突破的技术难关。 成本问题 2017 年9月，ACWA Power与上海电气的联合体以 7.3 美分/（kW·h）[约0.48元每度 ] 的最低价斩获了迪拜 Mohammed bin Rashid Al Maktoum 太阳能园区第四阶段的700 MW光热发电项目，成功刷新迪拜光热发电项目最低电价记录。 国内光热发电尚处于起步阶段，成本远高于常规电厂。未来随着示范项目投运成功，光热项目规模化和大型化后，成本有望和国际市场持平。塔式光热电站发展现状 国外塔式光热电站主要有：西班牙GemaSolar电站（20MW，全球首个可 24h持续发电熔盐工质电站）、美国Ivanpah电站（392 MW，3 个塔式水工质电站构成，全球最大规模光热电站）、美国 Crescent Dunes 电站（110 MW，全球首个百MW级塔式熔盐电站和摩洛哥 NOOR3电站（150MW，全球最大单机容量塔式光热电站）。 摩洛哥NOOR3电站 北京延庆 1MW塔式水工质实验示范电站是我国首座自主研发、设计和建造的MW级塔式光热电站。2013年投运的中控德令哈 2 × 5 MW 水工质示范电站是我国首套投入商业运行的光热电站。该项目具有完整自主知识产权，批复上网电价1.2元/度。2016年又完成了#1塔的熔盐回路改造并带2h储热，验证了塔式熔盐技术。首航敦煌一期10MW塔式熔盐电站是全球第三座、亚洲第一座实现24h连续发电的光热电站。 敦煌一期10MW塔式熔盐电站 但是值得注意的是，2016年国家发展与改革委员会核定全国统一的太阳能热发电（含4h以上储热功能）标杆上网电价为1.15元每度，并且明确该电价仅适用于纳入国家能源局 2016年组织实施的、且在 2018年底前全部投运的示范项目。高成本和长成本收回问题，成了限制我国太阳能发电技术的主要问题。 截至2018年底，共有3大项目（合 200MW） 建成并网，仍在建设的有350MW，建设终止的有50MW，尚未全面启动的有749MW。首批光热示范项目整体进度未及预期，其中 3 个项目均未能如期开建。可以说在短期之内，咱们主要的发电方式还是基于煤炭的火力发电机组，大型太阳能技术发展缓慢。 但是从世界角度来看，太阳能这种清洁能源的前景还是远远高于火力发电的。屡创新低的国际光热电价给国内光热发电成本的降低带来了希望。而且示范项目的投运验证，也有望使得发电成本快速降低，真正做到成果惠及万民。