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浩瀚无垠的沙丘上，高耸的烟囱在阳光的照耀下熠熠生辉，而在烟囱的底部，面积可观的集热棚内产出的优质蔬果源源不断。这个未曾冒出一缕青烟的烟囱，却能为附近的城市、乡村提供日常所需的电力。这到底是一种什么样的奇异装置?让西部连绵的黄土地如此受益？
这样的场景或许就在不远的将来真实地展现在世人面前。这就是太阳能热气流发电系统（Solar Chimney Power Plant System,简称Solar Chimney或SC）。它所采用的集能源替代、环境保护、生态重建于一体的太阳能热气流发电技术将更好地调和目前能源利用与环境之间的矛盾，实现能源与环境的协调发展。而大规模太阳能热气流发电系统的利用则成为可再生能源发电的一种新方式。
太阳能热气流发电技术发展始末
最早将太阳能烟囱技术应用于发电的构想起源于德国的Schlaich教授，这位杰出的建筑工程大师在建设高大建筑时认识了烟囱效应，并于1978年提出了著名的太阳能热气流发电技术。太阳能热气流发电系统主要由烟囱、集热棚、蓄热层和涡轮发电机组等4个重要部件组成。透光隔热的集热棚相当于一个巨大的玻璃温室，其内的地表蓄热层吸收太阳短波辐射后温度升高，并加热棚内的空气，空气受热膨胀，密度下降，在高大的烟囱内造成一股向上的动力，从而形成热气流驱动涡轮发电机组发电。
1981年，世界上第一所太阳能热气流电站在西班牙Manzanares附近的沙漠中建成。这座实验性电站开创了将此项技术应用于实际的先河。在过去的几十年里，太阳能烟囱技术得到了广泛的应用，但主要局限于通风和谷物干燥方面。在国际上，澳大利亚千米太阳塔工程尤为引人瞩目，他们准备在新南威尔士州建造一个规模庞大的太阳能热气流发电系统。总高达1000米的烟囱，发电容量达到200MW，足够20万户家庭使用，更重要的是投入运行后的太阳塔每年能减少90万吨温室气体CO2的产生。
近几年来，我国也加大了在这一领域的研究力度。据悉，国内第一个太阳能烟囱已于2002年12月在华中科技大学建成，它负责对有关项目进行实验及数值模拟研究。该校负责此项目的明廷臻博士及其团队也在太阳能热气流系统的热力学理论、HAG效应（即系统驱动力）、系统的传热与流动特性方面进行了深入研究，并根据透平运行原理进行设计优化，还设计了新型的集热棚。
太阳能热气流发电技术
与传统的发电方式相比，新型的太阳能热气流发电系统具有设计简单、取材方便、运行可靠、运动部件少、维修方便、维修及运营成本低廉、无环境污染、昼夜运行连续稳定、使用周期长等特点。具体体现在以下几个方面：
能量收集稳定。能量密度低、日照波动大是太阳辐射的基本特征，同样也是人类在大规模开发和利用太阳能时难以逾越的障碍，如太阳能光伏发电。太阳能热气流发电系统的大尺度温室则容易实现对低密度太阳能的大面积、低成本收集；集热棚底铺设的土壤、沙、石等蓄能材料也可在日照变化条件下，或是在夜间向集热棚内的空气传热，从而保持系统持续稳定地发电。如能与光伏发电互补，既提高了系统效率，还能克服光伏发电的这一弱点。
技术简洁廉价。整套太阳能热气流发电系统仅以涡轮和发电机为运动部件，不需要太先进的技术；系统的工作介质仅为空气，无需冷却装置；简单的设计构造与施工方法，加上玻璃、水泥、钢材等可在当地获得的建材，这一切都大大降低了系统的复杂性，也使得建成后的电站无论是在运营上还是在维护费用上都具有很大的优势。从社会角度讲，此套系统还可以解决大量的劳动力问题，这也是发展中国家建设此类电站最独特的优势。
荒漠环境改善。无污染的太阳能热气流发电技术替代相同的火电厂可大量减少CO2、SO2、以及氮氧化物的排放，还可以利用其集热棚内的温室效应，有效利用温室内的土地，与农业相结合，改善温室内空气的品质，从而形成系统发电和农作物种植与栽培互补综合利用系统，产生良好的社会效益。
然而，这里也存在一个无法回避的问题，即目前太阳能热气流发电系统的能量转换效率不高，这正是导致大装机容量的此类系统建筑规模过大的原因。例如：一座功率为10～100MW的太阳能热气流发电系统，集热棚直径约为1～6km，烟囱高度约为400～1000m。同时，这个问题也困扰着众多的新能源发电技术。从另一个角度看，所有的新能源发电技术几乎都不耗费化石燃料，良好的生态效应和环境优势使其无需辅以大量的废气洁净技术设备和措施，这就使得系统的总发电成本降低。也就是说，“能量转换效率低”这个问题可以通过新能源发电技术的其他优点来弥补。
期待太阳塔现身西部
我国西部的太阳能资源十分丰富，平均日照时间高达2800～3300个小时，又有大量可供选址用的荒地、戈壁滩和沙漠，因而特别适合建造大型太阳能热气流电站。基于西部大部分地区同时拥有丰富的季节互补型、气候互补型和昼夜互补型风能资源，若实施太阳能热气流发电与风力发电的联合开发，势必产生更大的资源利用效益，提高供电质量与供电能力，应用前景十分广阔。
荒漠化问题是影响我国西部大开发的核心问题，也是威胁人类生存和发展的环境问题。我国西部大部分地区亦属沙漠化脆弱生态环境。应用太阳能热气流发电技术，还有地下水地区使用电力抽水灌溉，可使荒漠化得到更为有效的治理。同时，还可利用电站集热棚这一巨大的温室，在自其入口至出口的大部分区域沿程种植各种适合不同温度特性的农作物。
太阳能热气流发电系统已然跳出了仅仅用于发电的意义和范畴，它让人们认识到对洁净能源的利用不仅对环境无害，还能够治理荒漠、建立绿洲。它所完成的化石能源替代、环境改善、生态重建这三大目标将普惠千秋万代！
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