太阳池发电

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。

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1所示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。

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。

太阳池热能发电的工作原理是利用高温盐溶液在蒸发器内使低沸点介质蒸发产生蒸汽，推动汽轮机并带动发电机发电，从汽轮机排出的蒸汽进入冷凝器冷凝，冷凝液用循环泵抽回蒸发器，重新被太阳池的热盐溶液蒸发，开始新的循环。太阳池热发电方式的最突出优点是构造简单、生产成本低，它几乎不需要价格昂贵的不锈钢、玻璃和塑料一类的材料，只要一处浅水池和发电设备即可。另外它能将大量的热储存起来，可以常年不断地利用阳光发电，即使在夜晚和冬季也照常可以利用。因此，有人说太阳池发电是所有太阳能应用中最为廉价和便于推广的一种技术。