太陽能塔，又稱太陽能發電塔，是一種將太陽能集中起來，使其成為更強大的能源的方式。太陽塔有時也被稱為定日鏡發電廠，因為它們使用分佈在一個領域的一組可移動的鏡子（定日鏡）來收集和集中太Sunny在塔上。

圖注：以色列比爾舍瓦市南部內蓋夫沙漠的阿沙利姆發電站。

太陽能塔集太陽能於一身，被認為是一種可再生能源。太陽塔是一種太陽能技術（包括拋物線槽或碟形發動機系統），可以構成一個集中太陽能發電（CSP）系統。根據太陽能工業協會的資料，美國CSP工廠的能源產能約為1815兆瓦。

太陽塔的工作原理

當太陽照射到太陽塔的定日鏡上時，每一面計算機控制的鏡子都會在兩個軸上跟蹤太陽的位置。定日鏡的設定使得在一天的時間裡，它們能有效地將光線聚焦到塔頂的接收器上。

圖注：被稱為定日鏡的大而平的太陽跟蹤鏡將Sunny聚焦到塔頂的接收器上。 在接收器中加熱的傳熱流體被用來產生蒸汽，而蒸汽又被用在傳統的渦輪發電機中以發電。

在第一次迭代中，太陽能塔利用太陽的聚焦光線加熱水，產生的蒸汽驅動渦輪發電。較新的型號現在使用液體鹽的組合，包括60%的硝酸鈉和40%的硝酸鉀。這些鹽比水具有更高的熱容，所以在用它們來煮沸水（驅動渦輪機）之前，其中一些熱能可以被儲存起來。

這些較高的工作溫度也允許更高的效率，並意味著一些電力可以產生，即使在陰天。再加上某種儲能裝置，這意味著太陽能塔可以24小時提供可靠的能源。

環境影響

太陽能塔具有明顯的環境優勢。與煤炭或天然氣等化石燃料發電廠相比，在能源生產過程中不會產生空氣汙染、水汙染或溫室氣體。（就像在另一種型別的發電廠一樣，在太陽能塔的建築中也會產生一些排放物，因為材料必須轉移到該位置並建造，所有這些都需要能源，通常是化石燃料的形式。）

負面的環境影響與其他發電廠類似：一些有毒物質被用來製造發電廠的部件（在這種情況下是光伏電池）。當你為一種新植物清理土地時，生活在那裡的動物和植物會受到影響，它們的棲息地也會被破壞——儘管選擇一個對當地植物和動物影響最小的地點可以減輕一些這種影響。太陽塔通常是在沙漠中建造的，因為沙漠本身生態系統就有些脆弱，所以在選址和建造時必須特別小心。

一些太陽能塔是風冷式的，但另一些利用地下水或可用的地表水進行冷卻，因此雖然水不像其他電廠那樣受到有毒廢物的汙染，但水仍在使用，這可能會影響當地的生態系統。一些太陽塔可能還需要水來清潔定日鏡和其他裝置。根據美國能源資訊中心（US Energy Information Center）的說法，“太陽能熱系統利用潛在的有害液體來傳遞熱量。”確保這些化學物質在暴風雨或其他異常情況下不會進入環境非常重要。

太陽能發電塔特有的一個環境問題是鳥類和昆蟲的死亡。由於定日鏡是如何將光和熱集中起來的，任何在光束傳輸到塔中時飛過光束的動物都會被高溫（高達538攝氏度）燒死。減少鳥類死亡的一個簡單方法是確保同時瞄準塔的鏡子不超過四個。

太陽塔的歷史圖注：這兩個太陽能塔PS20和PS10在西班牙安達盧西亞的塞維利亞附近運營。

第一座太陽能塔是由美國能源部桑迪亞國家實驗室進行的國家太陽能熱測試。作為對能源危機的迴應，它於1979年建成，至今仍作為一個試驗設施執行，供科學家和大學研究。

國家太陽能熱測試設施 （NSTTF） 是美國唯一此類測試設施。據Sandia網站介紹，NSTTF的主要目標是為擬建的太陽能發電太陽能熱電廠中獨特元件和系統的設計、建造和執行提供實驗工程資料。

第一個商業太陽能發電塔是“太陽一號”，從1982年到1988年在莫哈韋沙漠執行。雖然它能在晚上儲存一些能量（足夠在早上啟動），但效率不高，這就是為什麼它被改裝成太陽能二號。第二次迭代將石油作為傳熱材料轉換為熔鹽，熔鹽還可以儲存熱能，並且具有無毒和不易燃的附加好處。

2009年，塞拉太陽塔在加州莫哈韋沙漠建成，其5兆瓦的發電能力使其執行時的二氧化碳排放量每年減少7000噸。它是作為一個模型建造的，但在2015年被關閉，因為它被認為運營成本高昂。

在美國以外，太陽能塔專案包括西班牙塞維利亞附近的PS10太陽能發電廠，該廠生產11兆瓦的電力，是一個更大的系統的一部分，該系統旨在生產300兆瓦。它建於2007年。德國的實驗性的尤利希（Jülich）太陽能塔建於2008年，是德國唯一使用這項技術的工廠。它在2011年被出售給德國航空航天中心，目前仍在使用。其他美國和歐洲專案詳情如下。

2013年，智利向Cerro Dominador CSP專案投入了13億美元，這是拉丁美洲第一個太陽能塔專案。它的開始是希望到2040年逐步淘汰燃煤發電，到2050年完全實現碳中和。但由於該專案的出資人破產而導致的延期意味著，在該工廠恢復建設時，其技術已經被來自中國的廉價太陽能電池板和廣泛採用的可再生技術所超越。Cerro Dominador CSP的電費價格已經是其他可再生能源價格的三倍。這個專案現在無限期地擱置。

世界各地的太陽能塔

一個理想的太陽能塔位置是一個平坦，乾燥，不太多風或暴風雨。電廠運營商將需要獲得一些供水（如果僅用於清潔定日鏡），應避免出現大量降雨或降雪的區域。當然，Sunny充足的日子和儘可能多的太陽直接輻射是最好的，所以最小的雲量是目標。這是由一個稱為太陽直接法向強度（DNI）的數字來測量的，這些資訊可以透過美國國家可再生能源實驗室獲得。

任何符合這些標準的地方都是太陽能發電塔的好位置，包括中東、美國西南部、智利、西班牙南部、印度、南非和中國。

太陽能塔挑戰

一些太陽能塔專案已經取消或退役。挑戰的範圍從投資的財務問題，到與其他可再生能源在價格上的競爭，到建造塔樓所需的時間，再到環境問題。

取消的太陽能塔專案

智利的Cerro Dominador CSP專案雖然動工建設，但由於專案背後的融資人破產而沒有完工。

世界上關閉太陽塔專案Eurelios是1981年至1987年在西西里島運營的太陽能塔試點工廠。獅子山太陽塔（Sierra Sun Tower）從2009年至2015年在莫哈韋沙漠中執行。莫哈韋沙漠中的太陽一號和太陽二號分別於1982年至1986年以及1995年至1999年執行。SES-5於1985年至1989年在前蘇聯運作。亞利桑那州的Maricopa Solar建於2010年，但於2011年退役並出售。

1982年，西班牙在曼沙那列士地區建造了一個小型太陽能塔，這座塔高度為195米，被一個透明溫室遮篷圍繞著，該透明遮篷覆蓋直徑為244米。它起初是作為一個測試原型，最大輸出電能僅50千瓦。為了使成本最低，這個小型太陽能塔採用便宜的材料建成，但是1989年在一場暴風中這座太陽能塔最終被吹垮。福特告訴美國生活科學網說，"與之對比，澳洲能源任務公司設計的太陽能塔採用混凝土結構，可持續使用至少50年。"

目前，能源任務公司不僅計劃建造更堅固結實的太陽能塔，還計劃將太陽能塔建的更高，這可以實現地面和塔頂部產生更大的溫差，溫差較大可提供煙囪結構更強大的抽吸能力。最理想的設計是太陽能塔的高度為800-1000米，其周圍圍繞一個直徑1.5英里的溫室遮篷。福特說，"這才是理想的太陽能塔結構，隨著碳燃料的價格上漲，太陽能塔將更具商業化優勢。"

太陽能塔是一種最新的能源生產概念，看上去它就像一個巨大的煙囪，但並不釋放有害濃煙氣體，而是透過太陽能加熱空氣，並轉換成為電能。一般可高達1000米。首先，這個大溫室的頂蓋對Sunny來說必須是透明的，白天Sunny的直射和漫射，加熱了被約束在溫室內的空氣。溫室內的土壤等物質的溫度因吸收太陽輻射能而上升，再向溫室內輻射遠紅外線從而加熱溫室內的空氣。其次，這個大溫室的頂蓋像一個“天棚”，它必須能不讓溫室內物體輻射的遠紅外線逃逸，儘量不讓溫室的熱量散失，起隔熱保溫的作用。另外，根據需要，溫室內還將放置一些“儲熱材料”。這些儲熱物質的溫度因白天接受太陽輻射而上升，從而儲存了Sunny的熱能；到了夜間，這些儲熱物質透過輻射遠紅外線向室內緩慢釋放它白天所吸收的熱量，一定程度上維持著溫室內空氣的溫度，以便維持夜間也有相當的發電能力。熱空氣上升的現象、煙囪的抽吸作用，生活中最常見不過了。多個世紀以來，北方農村那些燒炕取暖的民房，就是用煙囪來改善炕內煙道熱氣流的流通的。由於空氣受熱後體積膨脹，就是說室內的熱空氣變輕了，它要上升可又無處可去，此時如果溫室中部建造一座大煙囪，變輕了的熱空氣將瞬即透過煙囪上升至溫度低的煙囪出口，而溫室外部相對“較冷”的空氣將從溫室邊緣不斷補充進來，必然會在煙囪內形成一股強大的、向上的熱氣流。設想如果塔身設計得很矮,它的抽吸作用就不明顯。要使煙囪內的熱氣流流動速度大，塔身就得高，它的抽吸作用也就越強。因為煙囪設計得既高又大，我們就稱它為“上升氣流塔”。

風力渦輪機

把熱氣流轉換成電能在煙囪底部的氣流通道上安置多組風力渦輪發電機，強大的熱氣流透過時，它驅動渦輪機的葉片旋轉，熱氣流的動能轉換為機械能，從而帶動發電機發電轉換為電能。這與水力發電站用的軸流式水輪機工作原理完全一樣。

由此可見，由於Sunny及其所帶來的吸熱物體的熱輻射，溫室內空氣被加熱，在煙囪的幫助下產生上升的抽吸氣流，它的動能驅動渦輪發電機組發電，變成電能輸出，這三個古老而又成熟的技術組合，就是太陽塔的發電原理。

不用燃料不用水

實現真正的零排放。太陽塔的執行不需要用水，這意味著它可以用在乾旱的環境中，在大片荒漠上應用，同時還能改善環境。例如大片荒漠沙地將得以覆蓋，切斷沙源。如果溫室內能生長植物，種樹綠化，太陽塔內將會有帶溼氣的熱氣流上升至高空，能形成雷雨雲，增加降雨機會，這對改良沙漠的生態條件、降低沙塵暴很有幫助。

其次，建造太陽塔所用的原材料都是十分普通的，建造它並不需要高技術裝置。再加上整個系統除了發電機組之外沒有其它運動部件，因此可靠性高，維修簡便。

如果太陽塔專案商業化執行成功，它不需要消耗地球資源、零排放、零汙染的優點決定了它將是能源與環境協調發展的最好的清潔能源方式。

太陽能塔的概念

太陽能塔是一種最新的能源生產概念，看上去它就像一個巨大的煙囪，但並不釋放有害濃煙氣體，而是透過太陽能加熱空氣，並轉換成為電能。一般可高達1000米。太陽能塔的物理設計非常類似於大氣層旋渦發動機，一種人造旋渦煙囪裝置加熱空氣進入空中，即使該渦旋將延伸超過一個固體結構，但太陽能塔的結構設計能夠實現電能轉換生成。

太陽能塔的工作原理

說起太陽能發電，更容易聯想到太陽能電池板、太陽能反射鏡之類的裝置，而那麼一個巨大的煙囪，是如何實現太陽能發電的呢？

太陽能塔，較為科學的名稱是“太陽能熱氣流式發電系統”。它不燒任何燃料，不需用水，因而絕不排放任何溫室氣體，也不排放廢水或其他任何汙染物，是一個典型的碳排放為零的清潔發電廠。

之所以能夠如此，是因為它巧妙地組合了三個為人熟知的科學原理：溫室效應、煙囪效應和風力渦輪，使太Sunny的熱能被利用來製造強大的上升氣流，驅動渦輪發電機發電。

1、溫室效應，加熱大量空氣

實施太陽能塔專案，首先要建設一個巨大的“熱空氣收集器”，類似於我們常見的大溫室。

首先，這個大溫室的頂蓋對Sunny來說必須是透明的，白天Sunny的直射和漫射，加熱了被約束在溫室內的空氣。溫室內的土壤等物質的溫度因吸收太陽輻射能而上升，再向溫室內輻射遠紅外線從而加熱溫室內的空氣。

其次，這個大溫室的頂蓋像一個“天棚”，它必須能不讓溫室內物體輻射的遠紅外線逃逸，儘量不讓溫室的熱量散失，起隔熱保溫的作用。第三，根據需要，溫室內還將放置一些“儲熱材料”。這些儲熱物質的溫度因白天接受太陽輻射而上升，從而儲存了Sunny的熱能；到了夜間，這些儲熱物質透過輻射遠紅外線向室內緩慢釋放它白天所吸收的熱量，一定程度上維持著溫室內空氣的溫度，以便維持夜間也有相當的發電能力。2、煙囪效應，形成強大的熱氣流

熱空氣上升的現象、煙囪的抽吸作用，生活中最常見不過了。多個世紀以來，北方農村那些燒炕取暖的民房，就是用煙囪來改善炕內煙道熱氣流的流通的。

由於空氣受熱後體積膨脹，就是說室內的熱空氣變輕了，它要上升可又無處可去，此時如果溫室中部建造一座大煙囪，變輕了的熱空氣將瞬即透過煙囪上升至溫度低的煙囪出口，而溫室外部相對“較冷”的空氣將從溫室邊緣不斷補充進來，必然會在煙囪內形成一股強大的、向上的熱氣流。設想如果塔身設計得很矮,它的抽吸作用就不明顯。要使煙囪內的熱氣流流動速度大，塔身就得高，它的抽吸作用也就越強。

因為煙囪設計得既高又大，我們就稱它為“上升氣流塔”。

3、風力渦輪機，把熱氣流轉換成電能

在煙囪底部的氣流通道上安置多組風力渦輪發電機，強大的熱氣流透過時，它驅動渦輪機的葉片旋轉，熱氣流的動能轉換為機械能，從而帶動發電機發電轉換為電能。這與水力發電站用的軸流式水輪機工作原理完全一樣。

綜上，由於Sunny及其所帶來的吸熱物體的熱輻射，溫室內空氣被加熱，在煙囪的幫助下產生上升的抽吸氣流，它的動能驅動渦輪發電機組發電，變成電能輸出，這三個古老而又成熟的技術組合，就是太陽塔的發電原理。

太陽能塔能源利用設施的特點：不用燃料不用水，實現真正的零排放

太陽塔的執行不需要用水，這意味著它可以用在乾旱的環境中，在大片荒漠上應用，同時還能改善環境。例如大片荒漠沙地將得以覆蓋，切斷沙源。如果溫室內能生長植物，種樹綠化，太陽塔內將會有帶溼氣的熱氣流上升至高空，能形成雷雨雲，增加降雨機會，這對改良沙漠的生態條件、降低沙塵暴很有幫助。

其次，建造太陽塔所用的原材料都是十分普通的，建造它並不需要高技術裝置。再加上整個系統除了發電機組之外沒有其它運動部件，因此可靠性高，維修簡便。

它不需要消耗地球資源、零排放、零汙染的優點決定了它將是能源與環境協調發展的最好的清潔能源方式。

延伸閱讀

太陽能巨塔相當於小型火電站

美國亞利桑那州計劃建造的太陽能塔是澳洲一家上市公司EnviroMission設計的，它幾經評估選定並取得美國一間工程管理公司支援，投資7.5億美元來建設世界上第一個大尺寸的太陽塔。

據報道，上升氣流塔高約800米，僅次於全球最高的位於阿聯酋的迪拜塔(826米)。塔身將選用輕質鋼筋混凝土材料建成，塔的內部除了用鋼筋做加強筋之外是空心的。塔基將覆蓋大約1平方公里的地面。根據設計，32臺大型渦輪發電機組就安裝在這裡，形成一圈環繞放置。

氣流塔外圍是佔地37平方公里的巨大溫室，選用玻璃或具有足夠強度、耐紫外線照射的聚碳酸酯等聚合物薄膜製成能透光的頂部，堪稱一個其大無比的天棚。據測算，其溫室效應可令困在溫室中心處的空氣溫度比溫室外的環境溫度高出約35℃。

在這樣的設計條件下，塔底的風力渦輪機迎風面處的熱氣流流速可達每秒 15米，32個旋轉的渦輪將產生20萬千瓦的清潔電力，能供15萬至20萬戶家庭用電。而與同樣可以輸出這麼多電力的小型火電站相比，相當於每年減排了75萬至83萬噸的溫室氣體。

中國首個百兆瓦級光熱電站——敦煌100MW熔鹽塔式光熱電站併網發電

首航節能敦煌100MW熔鹽塔式光熱電站是首批國家太陽能熱發電示範專案之一，位於甘肅省敦煌市七里鎮西光電產業園，毗鄰首航節能10MW熔鹽塔式光熱電站。專案由北京首航艾啟威節能技術股份有限公司自主研發及投資建設，佔地面積近8平方公里，總投資超過30億元，可實現24小時連續發電，年發電量可達3.9億千瓦時。專案已於2018年12月28日成功實現併網發電，為中國首個百兆瓦級大型商業化光熱電站，也是繼中廣核德令哈50MW槽式電站之後第二座併網的光熱發電示範專案。

“太陽能塔，較為科學的名稱是“太陽能熱氣流式發電系統”。它不燒任何燃料，不需用水，因而絕不排放任何溫室氣體，也不排放廢水或其他任何汙染物，是一個典型的碳排放為零的清潔發電廠。

之所以能夠如此，是因為它巧妙地組合了三個為人熟知的科學原理——溫室效應、煙囪效應和風力渦輪，使太Sunny的熱能被利用來製造強大的上升氣流，驅動渦輪發電機發電，很有創意！

溫室效應：加熱大量空氣

這個專案首先要建設一個巨大的“熱空氣收集器”，它實際上就是我們常見的大溫室。

首先，這個大溫室的頂蓋對Sunny來說必須是透明的，白天Sunny的直射和漫射，加熱了被約束在溫室內的空氣。溫室內的土壤等物質的溫度因吸收太陽輻射能而上升，再向溫室內輻射遠紅外線從而加熱溫室內的空氣。

其次，這個大溫室的頂蓋像一個“天棚”，它必須能不讓溫室內物體輻射的遠紅外線逃逸，儘量不讓溫室的熱量散失，起隔熱保溫的作用。

另外，根據需要，溫室內還將放置一些“儲熱材料”。這些儲熱物質的溫度因白天接受太陽輻射而上升，從而儲存了Sunny的熱能；到了夜間，這些儲熱物質透過輻射遠紅外線向室內緩慢釋放它白天所吸收的熱量，一定程度上維持著溫室內空氣的溫度，以便維持夜間也有相當的發電能力。

煙囪效應：形成強大的熱氣流

熱空氣上升的現象、煙囪的抽吸作用，生活中最常見不過了。多個世紀以來，北方農村那些燒炕取暖的民房，就是用煙囪來改善炕內煙道熱氣流的流通的。

由於空氣受熱後體積膨脹，就是說室內的熱空氣變輕了，它要上升可又無處可去，此時如果溫室中部建造一座大煙囪，變輕了的熱空氣將瞬即透過煙囪上升至溫度低的煙囪出口，而溫室外部相對“較冷”的空氣將從溫室邊緣不斷補充進來，必然會在煙囪內形成一股強大的、向上的熱氣流。設想如果塔身設計得很矮,它的抽吸作用就不明顯。要使煙囪內的熱氣流流動速度大，塔身就得高，它的抽吸作用也就越強。

因為煙囪設計得既高又大，我們就稱它為“上升氣流塔”。

風力渦輪機：把熱氣流轉換成電能

在煙囪底部的氣流通道上安置多組風力渦輪發電機，強大的熱氣流透過時，它驅動渦輪機的葉片旋轉，熱氣流的動能轉換為機械能，從而帶動發電機發電轉換為電能。這與水力發電站用的軸流式水輪機工作原理完全一樣。

由此可見，由於Sunny及其所帶來的吸熱物體的熱輻射，溫室內空氣被加熱，在煙囪的幫助下產生上升的抽吸氣流，它的動能驅動渦輪發電機組發電，變成電能輸出，這三個古老而又成熟的技術組合，就是太陽塔的發電原理。

不用燃料不用水：實現真正的零排放

太陽塔的執行不需要用水，這意味著它可以用在乾旱的環境中，在大片荒漠上應用，同時還能改善環境。例如大片荒漠沙地將得以覆蓋，切斷沙源。如果溫室內能生長植物，種樹綠化，太陽塔內將會有帶溼氣的熱氣流上升至高空，能形成雷雨雲，增加降雨機會，這對改良沙漠的生態條件、降低沙塵暴很有幫助。

其次，建造太陽塔所用的原材料都是十分普通的，建造它並不需要高技術裝置。再加上整個系統除了發電機組之外沒有其它運動部件，因此可靠性高，維修簡便。

如果太陽塔專案商業化執行成功，它不需要消耗地球資源、零排放、零汙染的優點決定了它將是能源與環境協調發展的最好的清潔能源方式。

雖然太陽能熱氣流式發電技術提出較早，理論也是成熟的，但除西班牙的一個小型實驗電站外，至今還沒有大功率電站執行的實踐，因此很多問題的解決還要經過實踐檢驗。例如，如今的材料能否確保近千米高太陽塔的穩定性和抗風能力，連續的陰天如何有效地維持電站執行，暴雪過後如何迅速清除阻擋Sunny的積雪等等。”

設計者號稱發電效率可以到60%，使用壽命堪比核電，長達50-80年，雖然裝機容量小點，佔地面積大點，可人家亞利桑那地多的是，多好的專案！我第一次看到的時候簡直驚為天人，特別想能在它建成以後一睹芳容。現在是2017年，距離計劃落成的2015年已經過去兩年了，如果你有機會路過亞利桑那州的沙漠，你就會看到，那裡什麼也沒有。