Siemens turbine axles are forged in a single piece, and then given their final form in a high-precision lathe.

Siemens涡轮轴被逐个锻造出来,在高精度车床上成型。

利用太阳能进行大规模发电的最有效办法是:设法将太阳热能转化为动能,再用于驱动发电机。其中,技术含量最高、最经济的方式要数太阳能涡轮机了。

太阳能涡轮机的工作原理与所有蒸汽机一样——利用蒸汽驱动涡轮机,区别在于两者的蒸汽产生方式不同。与燃烧化石燃料不同,太阳能涡轮机利用许多抛物面反射镜捕获阳光获取热能,并借助一种传动液使水沸腾。太阳能涡轮机也和化石燃料发电机一样,利用蒸汽驱动涡轮机发电。

这项技术的发明建立在涡轮机近百年发展成果的基础上。Siemens Industrial Turbomachinery公司是STAL(Svenska Turbinfabriks AB Ljungström)公司的前身,由瑞典兄弟Birger Ljungström和Fredrik Ljungström创立于1913年。

高投入,低运营成本

太阳能涡轮机有明显的经济和环保优势:它无需消耗化石燃料。

但太阳能发电装置的前期投入很高。一座五千万瓦特的发电厂造价约为三亿欧元,仅涡轮机的成本就达一千五百万欧元。而申请执照、建造工厂、购买土地都需要大笔开销——仅镜场的占地面积就需两平方公里。

基础设施建设也增加了电厂造价。通常,要让电厂得以与电网连接,需要铺设道路。但另一方面,电厂的经营成本非常低。太阳能涡轮机可以运转七、八年无需维护。此外,设备材料的高温承受能力往往高于太阳能发电厂的实际温度,因此更加可靠。

虽然太阳能发电行业起步不久,但潜在市场十分巨大。该技术适用于中东、澳大利亚北部、美国西南部及北非绝大多数地区。

在利用太阳能涡轮机发电方面,西班牙处于世界领先地位。西班牙已建成和待建的太阳能发电厂超过40座,其中多数发电厂采用瑞典芬斯蓬市Siemens制造厂生产的涡轮机。

截至2008年底,该制造厂已售出涡轮机43台,其中37台应用到了太阳能发电厂。而现有订单让生产计划排到了2011年夏天。

Mirrors in the shape of parabolic troughs track the sun throughout the day.

抛物线形镜面全天候追踪太阳轨迹

技术难点

太阳能涡轮机是工程师们几千个小时的研究成果。和其它工业技术一样,能源转换效率、造价、运营成本等都是决定一座太阳能发电厂经济效益的关键因素。而技术品质决定了一家电力工程公司的竞争力水平。

位于芬斯蓬市的制造厂是Siemens公司在轮机工程方面的根基,但现在的太阳能涡轮机起初完全是用在其它领域。上世纪70年代,全球造船业受到了原油危机的冲击,蒸汽轮机的销量一落千丈,而当时蒸汽轮机是Siemens公司最重要的产品。随着柴油引擎逐渐成为大型船舶的主要动力源,Siemens位于芬斯蓬的制造厂开始利用自身的技术实力和设备,将船舶轮机改装,以用于地面设施。

化石燃料驱动与太阳能驱动的蒸汽轮机最大的区别在于运行周期。因为太阳辐射会随着太阳运行轨迹而变化,同时还受到天气的影响,因此太阳能涡轮机必须在反复开关的过程中尽可能高效运转。这和船舶轮机的要求类似。

蒸汽轮机由两个主要部分构成:一台高速旋转的高压轮机,它通过齿轮箱与发电机连接;一台与发电机转速相同的低压轮机。在两边涡轮都达到最佳转速时,合理配置这两大组件可以增加电力输出。

太阳能的未来

Lars-Göran Sjöberg shows how the turbine blades are attached to the axle.

Lars-Göran Sjöberg向大家展示涡轮叶片是如何固定在轮轴上的

在可预见的未来里,涡轮机技术将主宰五千万至一亿五千万瓦特的太阳能发电厂市场,几项引人注目的研发工作正在筹备阶段。目前,涡轮机技术的难点在于:如何使涡轮机达到最高运转效率,以缩小镜场规模,减少前期投入。

这项技术的一个缺点在于:目前可用的传动液的加热温度始终无法突破400° C。出于安全考虑,现在大多数太阳能发电厂的运营温度约为380° C。但是涡轮机可以承受的蒸汽温度高达540° C,若能达到这个标准,发电量有望进一步提高。

解决该问题的办法之一:将涡轮机放置在装有镜面的高塔上,使阳光直接汇集在蒸汽锅炉上,而不再需要传动液和管道系统。

若想挖掘北非沙漠地区太阳能的巨大潜力,就必须将电网互联互通。太阳能爱好者们梦想着有一天,地中海的电网能将非洲、中东的太阳能发电厂与欧洲电网连接起来。甚至有人建议欧盟研究出一个可行的投资项目。

这项技术的优点很多。首当其冲的是能源安全政策的考虑:地中海电网有助于减少欧洲、北非对石油、燃气及原油的依赖。其次,北非和欧洲之间经济一体化加深,可以减少双方的冲突,促进环保技术的传播。太阳能对于欧洲的重要意义在于:它有助于实现欧盟的二氧化碳减排目标。

文章发布于2009年6月