太阳能系统自带应急备份方案

与直接将光子转化为电能不同，聚光太阳能利用镜面将阳光转化为热能，再用这些热能驱动传统发电涡轮机。直到大约十年前，聚光太阳能的发展前景还被普遍看好，因为储热技术的改进已经使其能够实现全天候发电。

然而事与愿违。尽管聚光太阳能的成本已经下降到足以与核能竞争的水平，但光伏发电的价格却大幅下跌，使太阳能电池板在大多数地区成为最便宜的电力来源。目前，如果拥有适合发电的场地，光伏板的经济性几乎无可匹敌。

这使得人们不得不建设其他配套设施——通常是电池和天然气设施——来应对夜间用电需求或天气导致的发电缺口。但一家小公司声称，它能够帮助避免建设独立备用设施的需求。该公司设计的聚光太阳能系统能够让化石燃料备用系统与太阳能发电侧共享大部分发电硬件。

回到未来

聚光太阳能，也称为太阳能热发电，原理相当简单。场地大部分区域铺设定日镜，这是一种配备镜面和电动追踪系统的装置，能够随着太阳在天空中移动而始终将焦点对准同一位置。聚焦点位于一座塔中，阳光在此加热工作流体。热流体随后可用于驱动传统蒸汽轮机发电，或者将其热量储存起来供夜间发电使用。

不过，这类系统存在许多潜在变体：不同的工作流体和储热方式、无需使用塔的槽式反光镜等等。所有这些变体都旨在减少太阳能热发电固有的一些问题：活动部件多、流体可能具有腐蚀性等等。这些问题，加上缺乏标准化，使得此类电站的成本始终未能跟上光伏发电的降价步伐。

由于缺乏夜间发电的激励机制，聚光太阳能一直难以具备竞争力。新电站的建设已基本停滞，不少机构甚至已经不再追踪这一领域的经济数据。

因此，当听说印度已与一家总部位于美国的初创公司247Solar签约，建设并运营一座小型聚光太阳能电站时，着实令人意外。虽然该电站规模极小（1兆瓦）且混合采用光伏发电，但该公司拥有独特的切入点：处理太阳能热发电输出的同一套硬件，在可再生能源发电出现大幅缺口时，可以直接改用化石燃料运行。

“我们的系统自带备份能力，”247Solar的马克·冯·凯斯基（Mark von Keszycki）表示。“在太阳能资源不足的时段——无论是长时间的恶劣天气还是其他情况——系统都能够燃烧多种燃料。”

要理解这套系统的工作原理，最好先退一步了解整个系统的构建方式，其中包括247Solar团队如何希望规避其他太阳能热发电系统所面临的一些问题，并在系统使用方式上提供极大的灵活性。

热空气

与其他聚光太阳能系统一样，247Solar也将使用定日镜阵列。但其接收器——即聚焦阳光的硬件设备——与众不同，因为它采用常压空气作为工质。（这是对一家德国公司所研发硬件的升级版本。）空气经过该设备后，温度可达约970摄氏度。这些热空气既可以直接用于工业用途的加热，也可以输送至发电设备。但在大多数情况下，它会被引导至储热系统中。

与处理熔盐及其潜在的相变问题不同，247Solar选择加热高尔夫球大小的陶瓷颗粒。冯·凯斯基表示，根据储热配置的具体细节，储存的热量可以在日落后持续9到20小时用于发电。如果部分热量在白天已被用于发电，持续时间自然会缩短，但247Solar计划将其系统与光伏装置配套使用，以满足白天的发电需求。

无论热空气来自何处，最终都会被输送至热交换器。该设备的设计目的是作为传统涡轮机燃烧单元的直接替代品，用于加热压缩空气以驱动发电。“热交换器所起的作用与燃烧室相同，”247Solar的布鲁斯·安德森（Bruce Anderson）向Ars Technica表示。“它在涡轮机组件中所处的位置也与燃烧室一致：在压缩阶段之后、膨胀阶段之前。”首套装置将搭配两台200千瓦发电机；除热交换器外，其余部件均为标准的现成产品。

这正是该系统灵活性的体现所在：它并不关心交换器中的空气是如何被加热的。因此，理论上可以燃烧多种燃料来提供等效的热量。冯·凯斯基表示，为系统增加燃烧化石燃料的能力，仅会使总成本增加不到10%。

从热交换器流出的空气温度依然相当高，大约在250摄氏度左右，冯·凯斯基称其为“另一种可利用的资源”，可被引导用于多种应用，包括工业流程和吸收式制冷。同样，如果需要中间温度的热量，也可以将其与直接来自储热介质的部分热空气混合使用，不过这会以牺牲一部分发电量为代价。

规模化扩展

首套装置规模较小，配备一对200千瓦发电机，主要用于验证系统工程方案的可行性——安德森表示，最大的顾虑在于“未知的未知因素”。但该系统设计为模块化结构，公司目前已在推进一座3兆瓦设施的工程设计工作，该设施将多个发电单元整合在一起，共用一座塔，塔内装有多个接收器和储热装置。

该装置的投运还将帮助公司了解该系统在财务层面的实际表现。在典型的电网环境下，很少有激励机制支持全天候可再生能源供电。而确保有足够发电能力为太阳能电站提供备用支持的成本，往往由其他方承担。能够在不建设专用设施的情况下提供化石燃料备用发电，无疑能够为相关方节省成本，但市场机制并不总是便于提取这部分节省下来的价值。

因此，247Solar将目光投向其他市场也就不足为奇了。该公司尤其看好偏远矿区市场，这类地区通常需要运入柴油，运输成本往往相当可观。247Solar的系统能够避免这笔开支，同时还可能提供对矿石加工有用的工艺热能。而对于那些需要核算供应链碳排放的企业而言，以零排放方式为矿业运营供电将是一个颇具吸引力的选择。

尽管如此，如果这类设施确实能够成功避免建设专用化石燃料电站——而这些电站往往每晚只有很短时间在运行——那么只要价格和激励机制相匹配，它在电网中或许仍有一席之地。