[科普中国]-太阳池发电

简介

淡水湖泊的水面受到阳光照射后，水温便会升高，热水上升，冷水下降，从而引起水在竖直方向的对流，完成热水与冷水之间的热传递及热交换，所以湖水层间的温差不会太大。此外，热水从底部升到水面时，总会通过蒸发和反射将一部分热量散失掉，所以即使是夏天，湖水的温度也总不会高过大气温度。

1902年，匈牙利物理学家Kalecsinsky偶然观察到一个有趣的现象：在一些天然咸水湖中，水底的温度往往高于水面。如夏末时节的匈牙利迈达夫湖，在湖深132 cm处，水温竟高达70℃。这是咸水湖的一个奇特共性，即越接近湖底，水温越高。

咸水湖湖底奇特的高水温现象根源在于水中所含有的盐分。越靠近湖底，水的含盐量越高，密度也就越大，因而湖底的热水难以形成冷热对流，随着湖底储存的热能越来越多，水温也随之上升，从而使咸水湖成为天然的太阳能存储器，既能集热，又能储能，成本低廉，竞争性强。

如何把太阳池中的热能转换成电能是太阳池电站的技术关键。专家们采用Rankine循环涡轮机，把湖底的热盐水用水泵抽入管道蒸发器，使蒸发器中的低沸点有机液体蒸发为气体，驱动涡轮机旋转，从而带动发电机发电。有机液体蒸气从涡轮机出来后，经过冷凝器冷却为液体，又循环流入蒸发器；而热水通过蒸发器降温后，又被送回咸水湖的底部，从而形成了一个把太阳能转化为电能的完整循环。

20世纪50年代，以色列科学家就提出了建造太阳池发电站的设想。死海海水含盐浓度为27.5%，几乎是一般海水含盐浓度的8倍。在炎热的夏天，死海充分吸收太阳能后，底部水温有时可达90℃，这是其他水域望尘莫及的。基于这样得天独厚的条件，以色列把第一个太阳池电站建在死海。在1979年底，当死海西南岸附近一个面积为7000 ㎡、深2.5 m的水池周围突然亮起一片耀眼的灯光时，这个经过20年的探索和试验的设想终于变成了现实。人类从此在利用太阳能的历史上又多了“太阳池电站”这样一个新颖的名称。

后来，以色列又在死海北岸附近的沙漠中建造了一座大型太阳池电站。电站有两个太阳池，其中一个是人工挖成的。为了防止渗漏，太阳池用聚乙烯薄膜铺设了池底，在水面上安装了用塑料制成的防浪网。

此后，美国、苏联、加拿大、印度、伊朗、日本等国对太阳池发电的各个方面进行了研究。在智利，希尔施曼和格特经详细研究，建造了一座造价大体上与水电站相当的大型太阳池发电系统，这是其他太阳能发电系统所不能比拟的。因此，太阳池发电是一个既充满希望又具有很大竞争力的太阳能利用装置。

显然，人工建造的太阳池可以储能，甚至可以用作季节性储存，广泛用于热水、采暖、空调系统，以及粮食干燥、造纸、制盐和海水淡化等低温用热场合，甚至可用于一些地区的农村庄园和建筑，使用十分方便。1

盐水池集热原理一般淡水池在太阳光照射下，进入水中的阳光会使水受热而温度上升，并引起对流。即较热的水升到表面，较冷的水则降到底层。较热的水升到表面以后，很快将热量散到大气中去。因此，淡水池不能很好地保存太阳辐射能。

盐水池的情况则不同。在盐水池中，从下往上，盐水的浓度有一定梯度；底层的浓度最大，一般为饱和状态；往上浓度逐渐减小，上表层浓度最小。上表层称对流区，中层称无对流区，下层称集热和蓄热区，太阳辐射透过水层进入水中，阳光在水中传播时，其能量逐步被水吸收，从而使水温上升。但由于水池中有浓度梯度存在，且浓度随着水的深度而加大，故可以抑制升温后水的自然对流。另外，池水的导热系数很小，因而中层无对流区，起着良好的隔热作用，而池水的水温能保存起来。据测量，深1~1.5m的盐水池底部的水温，可达70~80℃，甚至超过100℃。

如果将盐池底部涂黑（自然黑土或加工），池水的表面覆盖一层透明保温层，那么其吸热、贮热的效果将更好。上述盐水池可称为太阳池。利用盐水底层热水低温发电或供热是完全可能的。2

太阳池发电站的结构太阳池发电站的工作原理，和利用太阳集热器进行低温热发电的原理一样，只不过，它是用太阳池作为一个大集热器来提供热源。如图是死海太阳池电站的结构。

冷凝器中的冷却水，就是从太阳池表层抽取的低浓度的冷盐水。从池底抽取的热水，温度为80℃。整个电站建立在岸边。热水管埋在地下，便于保温。

与太阳能平板集热器热发电，塔式聚光发电相比，太阳池发电系统较为经济。据报导，死海太阳池电站的造价，只相当于同等功率水电站的造价。但是，由于太阳池的受光面是水平面，因此不适宜在高纬度地区建造，只适合在南北纬40°以内建造。为减少土方量，建在平坦地区较为有利。如对天然浅盐湖加以改造，可建设大型太阳池电站。2