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太阳能的阴暗面.pdf

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上传者: 学乐 2012-04-02 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《太阳能的阴暗面pdf》,可适用于工程科技领域,主题内容包含世纪商业评论年月号新知芝加哥南部远郊的废弃工业用地看起来不太可能成为一个大型太阳能发电厂的所在地。这块土地已被空置了年现在是一个由破旧老房组成的简易符等。

世纪商业评论年月号新知芝加哥南部远郊的废弃工业用地看起来不太可能成为一个大型太阳能发电厂的所在地。这块土地已被空置了年现在是一个由破旧老房组成的简易社区而且芝加哥也不是一个阳光非常充裕的城市。但是美国最大的电力公用事业企业之一Exelon公司表示它希望今年年底前能将这英亩的空地变成全国最大的城市太阳能发电厂。在这个城市转变规划中有一个大大的“假如”。它能够实现的前提是:Exelon能获得慷慨的可再生能源项目贷款担保。在距离芝加哥市中心约英里的Exelon公司楼的办公室里公司负责新业务发展的高级副总裁托马斯奥尼尔(ThomasO’Neal)对太阳能发电厂非常依赖政府支持的问题直言不讳:“如果我们不能获得贷款担保我们的项目就无法推进。”许多物理学家和化学家认为找到更有效地利用太阳能的方式将提供唯一长期可行的能够替代化石燃料及大大减少温室气体产生的选择。“我们正沐浴在从太阳落下的这些量子粒子中每一个都携带了大约电子伏特的能量”加州劳伦斯伯克力国家实验室临时主任及其太阳能研究中心主任保罗阿利维撒托斯(PaulAivisatos)说“那是能源所在。”但是目前太阳能在美国总计千兆瓦的发电能力中只占首要的阻碍就是成本。Exelon使用的硅电池是与计算机芯片使用的高纯度硅一样的材料代表了已安装的光电池的能力。但是要与传统来源的电力竞争它仍然贵了倍。更先进的太阳能电池用半导体薄膜替代单晶硅可能制作起来更便宜但却比较低效。浓缩的太阳能热电是以大型的阵列反射镜来收集太阳光并产生蒸汽驱动涡轮机可能在成本上更接近化石燃料但建造设备很昂贵而且要求在阳光极为充裕的地方有一大片土地。事实上如果没有政府的补贴现有的太阳能技术就没有竞争力。这意味着太阳能的命运极易受到变幻莫测的政府政策以及政策制定者选择的影响。抓住一线光辉阿诺德戈德曼(ArnoldGoldman)了解州和联邦政府的能源决策对于太阳能行业有着怎样深远的影响。上世纪年代早期他的公司绿舟国际(LuziInternational)在加州中部的莫哈韦沙漠建造了个大型太阳能热电厂总发电量兆瓦。当时绿舟国际的设备提供了世界上的太阳能电力。他们的技术基于一个巧妙的设计:成千上万的镜子散布在地上将阳光集中到架空管子组成的网络上管内有合成油热油加热了水后产生蒸汽从而驱动涡轮机发电。但这些太阳能设施在经济上成为可行是由于联邦和州政府的慷慨奖励。年卡特总统定下目标到年美国的电力应来源于可再生能源(目前实际数字仅为左右)卡特政府和国会给了可再生能源项目投资者们高额的课税津贴。太阳能的阴暗面文大卫罗特曼年月号世纪商业评论Technology卡特政府实行的课税津贴在里根执政期间被大大削减。后来州政府免除了可再生能源设备的财产税。但在年底加州州长否决了延长免除财产税而绿舟国际正以每个月万美元的成本建造第个装置。后来的新州长也没有立即恢复免税曾经辉煌一时的绿舟国际于是只能宣告破产。现在加州和联邦政府再次为可再生能源提供了高额奖励戈德曼又回来了这次他有更宏大的抱负。年他筹集了亿美元的风险资本和企业投资在加州的奥克兰创立了BrightsourceEnergy计划建立总发电量超过千兆瓦的一系列发电厂。它将采用更新版本的绿舟技术能达到更高的温度而且不再加热装有油的管子而是用成千上万的镜子将太阳光聚集到一个中央锅炉上它位于米高的塔顶。Brightsource预期它的第一个商业设备(总发电量兆瓦世界最大的太阳能装置之一)到年底能在加州的爱雯帕(Ivanpah)运行。“关键是资金”Brightsource的CFO詹金斯斯塔克(JamesStark)认为自去年秋天商业贷款和债券市场崩溃之后为建造成本找到亿美元的贷款近乎不可能。找到这笔资金唯一可行的方法就是将联邦贷款与政府奖励鼓励的投资者资金相配对。这是一个阿诺德戈德曼乐意接受的挑战他并没有因其早先的太阳能帝国倒闭而动摇仍在想象着更大规模和更大地域跨度的太阳能热电厂。上世纪就在戈德曼在莫哈韦沙漠铺满镜子的时候斯坦福大学电子工程学教授理查德斯旺森(RichardASwanson)也创建了他的公司SunPower两人都预见了在沙漠遍布的大型太阳能装置。不过戈德曼打算将太阳能转化成蒸汽发电而半导体及微电子专家斯旺森则打算使用硅晶片建造的光电池。在位于圣何塞的尘土飞扬的SunPower总部后面斯旺森骄傲地展示了这项Exelon将建在芝加哥的技术。一排大型太阳能电池板装在一个跟踪仪器上每隔几分钟便微微倾斜以使电池板能跟踪着太阳每块电池板装有许多高效的太阳能电池这是斯旺森在斯坦福大学研发的类型。每次移动电池板太阳能发动机就要发出轻微的喘息声。夜里发动机将电池板转向东方等待第二天的太阳升起。斯旺森的电池是光电池技术中最有效可行的商业形式:它们将大约收集到的太阳能转化成了电力。现在有了的投资税抵免后在一个阳光充裕地方的高峰时段光电池能源的成本就能与化石燃料电力竞争。但这是为太阳能假定的最好情况在阳光不那么充裕的地方一天中除了正午那是电力价格很高而且太阳能电池最高效的时候SunPower公司生产的电池板可以全天追踪太阳的方向驱动力来源是太阳能电力世纪商业评论年月号新知其他时间光电池电力仍然太贵。随着行业的迅速发展硅光电池电力的成本每年会下降至。“我们不需要突破”斯旺森说“等待光电池的下一个重大突破毫无用处只会让你的脚下长出苔藓。”他补充道:“我们有一个指导图可以清楚地看到如何将我们当前的成本减少一半,这足以引发爆炸性的行业增长。”市场还是政府?也许太阳能行业真的不需要一个突破来继续健康的增长率但是许多科学家表示如果没有显著的进步太阳能将永远不能提供大量的、逐步取代化石燃料所需的能量。大多数研究聚焦于克服光电池技术的根本困境:成本与效率间的平衡。传统的太阳能电池是高效的因为制成它们的硅是单晶体产生了完美有序的分子结构当半导体吸收太阳光时光的能量刺激了能够通过不受阻的晶体结构的电子使其逃逸并创造出电流。但是用单晶硅制造设备相对困难也较昂贵。新的光电技术使用了结构不那么有序的材料并且能以薄膜的形式存放它们制作起来可能更简单便宜但是它们也更低效。“对于光电池你要么拥有高效要么拥有低成本但是我们迫切需要的是拥有两种特性的(光电池)”加州理工学院的物理及材料科学教授哈利阿特沃特(HarryAtwater)说“太阳能的挑战之一是如何以一种成本上高效的方式将亿兆瓦变成太瓦的能源。”实现这一点他说可能需要“与我们现在使用的完全不同的”技术。阿特沃特将担任加州理工学院一个由能源部资助的能源研究中心主任科学家们将致力于研发能使薄膜光电池更有效地吸收太阳光的材料。这些材料的微观结构被设计成能以一种新的方式与光产生反应使用不同类型的半导体可以制造出这些材料。阿特沃特说光碰到由这些材料制成的电池板能被迫“转弯”并与薄膜表面平行移动。结果与光垂直通过表面相比电池有可能吸收更多的光。其他地方的研究人员希望克服为光电池使用无序材料的挑战。当光击中这些材料中混乱的分子受激发的电子以及它们自由碰撞时留下的电子“洞”形成了叫做激子的类粒子对。麻省理工学院的电气工程教授马克巴尔多(MarkBardo)说在这一过程中激子发挥的作用与植物用来获取能量的光合作用类似另外有机发光二极管用这一方式来产生光。而且他说有可能在纳米量级操控这些BrightsourceEnergy公司正在以色列耶路撒冷城外测试他们的太阳能热点技术片玻璃镜将阳光聚集在一个米高的中心塔中年月号世纪商业评论Technology激子以改善无序材料的光电特性。巴尔多领导着一个由能源部资助的激子学研究中心其中包括来自麻省理工学院、哈佛大学和布克海文国家实验室的研究员们。然而使用太阳光产生的电力永远无法提供我们所需要的能量毕竟现有的太阳能技术仅仅在白天发电而电力无法轻易地储存。有鉴于此我们必须找到一种使用太阳光制造如氢这样的燃料的方法才能简便而廉价地储存到需要它们的时候。如何高效地直接用太阳光制造出这样的燃料(这个过程被称为人工光合作用因为本质上其目标是模仿绿色植物的自然光合作用过程)“还有到年的路要走”哈里格雷(HarryGray)说他是加州理工学院的化学家也是一项多所大学科学家参与的太阳能合作项目的主任。尽管他们在人工光合作用的某些方面取得了“非常不错的结果”但仍有许多难题要解决。“在很长时间里”硅光电池都将是占主导地位的太阳能技术格雷说:“如果一切顺利我们会进展到更廉价的不是单晶硅组成的太阳能电池如有机光电池。但向更廉价的光电池的转变肯定不会来得那么快。”在最近的一篇文章中卡耐基梅隆大学(CarnegieMellonUniversity)工程和公共政策系的研究员就光电技术的未来调查了主要的太阳能专家得出的结论是这项技术不仅比其他可再生能源的来源昂贵如风能甚至是太阳热电站而且在未来的年它“可能很难在经济上有竞争力”。结果是“令人沮丧的”卡耐基-梅隆大学工程学教授格兰杰摩根(GrangerMorgan)说。许多专家相信现有的光电技术对推进新形式的太阳能发电技术有很重要的作用。大规模地部署光电技术将会“为之后的技术铺平道路”哈里格雷说“我们现在需要的技术上的投资那就是硅光电我们应当在所有地方都安装(太阳能)那么人们就能看到它能带来变化。我们不能坐视不理等待突破。我们需要向人们展示太阳能是有效的。”美国能源部可能很快就会对Exelon在芝加哥建造太阳能发电厂的贷款申请做出决定。格雷对这一点确信无疑:位于该国最大城市之一的太阳能发电厂对于许多人来说将是太阳能利用方面的样板。我们很难忽视政治对Exelon在芝加哥南面建立太阳能发电厂的决定作用,当地政治家几年来都致力于重振该地区周围的社区。政治总是在决定国家能源未来上发挥重要的作用尤其是在涉及太阳能的时候。

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