公元前212年左右，偉大的古希臘哲學家、物理學家、數學家阿基米德也進入了暮年，回到了叙拉古準備安度晚年。但是天不遂人願，叙拉古和羅馬之間發生了戰争。羅馬軍隊的最高統帥馬塞拉斯率領羅馬軍隊包圍了他所居住的城市，還占領了海港。

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在後世的傳說中，阿基米德發明了諸多新式戰争兵器來抵抗羅馬的入侵。這些兵器包括強化版本的床弩、投石機和可以吊起戰艦的大型起重機。其中最有神秘色彩的當然是“阿基米德死光”了。

當時羅馬艦隊駛向叙拉古港口，叙拉古艦隊已經傷亡殆盡。千鈞一發之際，阿基米德召集全城人口，使用自己家中的鏡子将陽光反射到敵艦的主帆上，順利點燃了羅馬艦隊。羅馬艦隊不知所措，倉皇逃離，到處宣傳叙拉古的阿基米德發明了可怕的“死光武器”，将太陽上的火借了下來。

雖然阿基米德是否真的使用鏡子聚光燒毀戰艦一事目前還有争議，但是聚集陽光産生高熱的原理卻沒有絲毫問題。當年恐怖的“死光武器”在數千年後的今天卻有了新的玩法。

随着人類對化石能源的消耗日漸增長，化石能源總量飛速下降，并且燃燒石油産生的廢氣污染環境問題也是愈發嚴峻。在此背景之下風能、潮汐能和太陽能等0污染清潔能源逐漸興起，被認為是解決目前能源危機和全球變暖的不二之策。

在人口密集地區的太陽能利用方式一般是太陽能闆，這些利用太陽光直接發電的光電半導體薄片占地小，布局靈活，是目前鄉鎮太陽能的主力。但是太陽能闆發電效率低、平均成本高、發電時間受日照時間影響嚴重，這些缺陷大大限制了太陽能闆發電方式的大規模使用。

結合“死光武器”原理，科學家提出了一種新的利用太陽能的方法——直接使用鏡子将太陽光聚集在中心吸熱塔的吸熱器上。這種裝置的聚光倍數可達到500～1000，中心吸熱塔溫度超過600攝氏度。吸熱塔内的吸熱工質吸熱氣化驅動汽輪機完成發電任務。由于塔式太陽能具有聚光倍數高、蒸汽參數高和發電效率高等特點，特别适合大規模和大容量的商業化應用。

目前看來塔式太陽能關鍵技術存在于以下幾點：

吸熱工質通常包括導熱油、水和熔鹽。導熱油和水在工業上應用廣泛，但較低的工作溫度（＜400 ℃）制約了其在光熱領域的應用。下圖為早期的水工質塔式光熱發電系統。該技術回路簡單，技術相對成熟且成本較低，但也存在工作壓力高和儲熱困難等問題。

使用熔鹽工質就可以有效解決這些問題，熔鹽具有性質穩定、液相範圍寬、儲熱能力強和成本低廉等優勢。在日落西山之後，熔融狀态的鹽可以緩慢而持久得繼續釋放熱量，保證發電站24小時連續發電。雖然熔鹽凝固點高，可能會由于溫度過低固化堵塞循環管道，但可通過管路伴熱等方式加以解決。所以随着科技的發展， 熔鹽在塔式中應用越來越多。

常規鍋爐受熱面與煙氣（除水冷壁外）為對流換熱，換熱管四周換熱；而塔式吸熱管是受光 面單側輻射換熱，換熱面積不及管周的一半，受光側和背光側壁溫差可高達數百度。同時，吸熱系統為随着日升日落啟動停止的運行模式，對吸熱管承受溫差應力、熱膨脹應力和低周疲勞等方面的能力提出了更高要求。

目前國内已經提出雙層吸熱器結構，外層結構直接接受陽光加熱，外殼與内殼之間設置混合器，幫助内殼均勻加熱，保證吸熱工質的加熱效率。目前該技術已經通過審核，利用在敦煌10MW塔式熔鹽電站中，使得發電成本繼續下降。

另外一個方面，吸熱器安裝在數百米高的塔上，因此在設計中要盡量減小吸熱器重量和尺寸，以節約項目材料和安裝成本。故吸熱管的設計熱流密度遠比常規鍋爐大，管壁也更薄。再考慮到熔鹽的腐蝕特性，所以吸熱管普遍采用的是進口鎳基合金材料。進口鎳基合金材料定貨周期較長，是影響項目進度的關鍵因素之一，這也是未來國産塔式太陽能需要着力突破的方向之一。

不僅如此，鍋爐中常用的閘閥就由于存在無法避免的積鹽結構，在熔鹽系統中幾乎不使用，而通常采用三偏心蝶閥代替。熔鹽系統中有良好應用業績的三偏心蝶閥品牌全部為進口，價格十分昂貴，這也是亟需突破的技術難關。

2017 年9月，ACWA Power與上海電氣的聯合體以 7.3 美分/（kW·h）[約0.48元每度 ] 的最低價斬獲了迪拜 Mohammed bin Rashid Al Maktoum 太陽能園區第四階段的700 MW光熱發電項目，成功刷新迪拜光熱發電項目最低電價記錄。

國内光熱發電尚處于起步階段，成本遠高于常規電廠。未來随着示範項目投運成功，光熱項目規模化和大型化後，成本有望和國際市場持平。

國外塔式光熱電站主要有：西班牙GemaSolar電站（20MW，全球首個可 24h持續發電熔鹽工質電站）、美國Ivanpah電站（392 MW，3 個塔式水工質電站構成，全球最大規模光熱電站）、美國 Crescent Dunes 電站（110 MW，全球首個百MW級塔式熔鹽電站和摩洛哥 NOOR3電站（150MW，全球最大單機容量塔式光熱電站）。

摩洛哥NOOR3電站

北京延慶 1MW塔式水工質實驗示範電站是我國首座自主研發、設計和建造的MW級塔式光熱電站。2013年投運的中控德令哈 2 × 5 MW 水工質示範電站是我國首套投入商業運行的光熱電站。該項目具有完整自主知識産權，批複上網電價1.2元/度。2016年又完成了#1塔的熔鹽回路改造并帶2h儲熱，驗證了塔式熔鹽技術。首航敦煌一期10MW塔式熔鹽電站是全球第三座、亞洲第一座實現24h連續發電的光熱電站。

敦煌一期10MW塔式熔鹽電站

但是值得注意的是，2016年國家發展與改革委員會核定全國統一的太陽能熱發電（含4h以上儲熱功能）标杆上網電價為1.15元每度，并且明确該電價僅适用于納入國家能源局 2016年組織實施的、且在 2018年底前全部投運的示範項目。高成本和長成本收回問題，成了限制我國太陽能發電技術的主要問題。

截至2018年底，共有3大項目（合 200MW） 建成并網，仍在建設的有350MW，建設終止的有50MW，尚未全面啟動的有749MW。首批光熱示範項目整體進度未及預期，其中 3 個項目均未能如期開建。可以說在短期之内，咱們主要的發電方式還是基于煤炭的火力發電機組，大型太陽能技術發展緩慢。

但是從世界角度來看，太陽能這種清潔能源的前景還是遠遠高于火力發電的。屢創新低的國際光熱電價給國内光熱發電成本的降低帶來了希望。而且示範項目的投運驗證，也有望使得發電成本快速降低，真正做到成果惠及萬民。

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