不知不觉，这已经是USA的第三篇文章了……正文开始之前，先在度娘身上捉个虫……
有一个极易搞错的英文专业词汇问题（比如说度娘就又搞错了）……如一下截图所示
上图红线标记部分有词汇使用错误……
（1）太阳能光伏发电系统的英文不应该是Solar Power System，而应该是Photovoltaic System，回忆一下英文文献或者外国公司的PPT：一般在说光伏发电系统的时候，经常会简写为PV-System，如果原文正确，那简写岂不应该是SP-System……这是啥……Windows操作系统补丁么……
（2）Solar Power System可以指代太阳能发电系统，但不能等同于光伏发电系统（PV-System），因为Solar Power System不但包含Photo-voltaic（光伏发电），还应该包含Solar-thermal（光热发电），两者是真子集的关系。
当然，以上问题在国内我觉得无所谓，毕竟说sun-power的都大有人在……日常交流没必要吹毛求疵，但如果就职于跨国公司，或者要准备国际会议发言稿，我劝大家最好还是按照我说的来，老老实实的写Photovoltaic （或缩写为PV）。
原因就一个：专业。（黑墨镜+金链子.jpg）
好了，进入今天的正题：美国新能源中的太阳能。
新能源这个东西吧，概念的确很火，在全球都很火，哪怕是中国，各种新能源公司和股票如同雨后春笋，资本蠢蠢欲动，股民热血沸腾，但就电力工业领域而言，它简直就是李时珍的皮……
为什么这么说，先来回顾一下新能源规划的两条基本原则：
（1）就地消纳，避免远距离大容量输送；
（2）分布式开发为主，视具体条件再考虑搞大……大项目
明确了以上两个原则，接下来就以美国为例告诉大家什么叫做理想总是美好的……
如下图所示：
上两个图中，前者是美国光热资源分布图（聚焦式太阳能资源分布图），后者是美国光伏资源分布图，因为使用目的差异，因此特性图不太一致（电源类型差异，后文再说），但总体规律都是一样的。
从这两张图上，我们能看到以下几个问题：
（1）美国东部的太阳能资源比西部差着一大截，然而现实里东部却比西部发达。
（2）阿拉斯加州作为孤立地区，因为联网困难、因此最需要新能源来作为主流能源供应的地区，然而对不起，太阳能资源情况真的很差。实在不爽，极光，了解一下。
（3）夏威夷地区阳光灿烂，非常适合太阳能开发，但是请把沙滩和绿岛留给游客。
（4）加利福尼亚州的阳光真的nice。
回想我们刚才说的两个开发原则，那么问题来了：
（A）美国太阳能资源分布和其经济状况恰好相反，若要大规模开发光伏发电，存在布局矛盾，不易就地消纳。
（B）资源地域在空间尺度上太大，如果要大规模开发，远距离送电也无法避免。
（B）日照条件比较好的区域，集中在美国西南部加利福尼亚州、亚利桑那州和新墨西哥州等地区，资源都挤成了一窝，和”分布式开发”的理念从八字上就是不合的。
至此，我们来思考一个非常现实的问题：如果你是美国总统，要如何解决它们呢？
思路一：研究大规模光伏并网技术，间歇式发电远距离输送的功率控制问题，可控太阳能发电系统，etc.
——在这个情况下，相当于把问题交给了工科。
但是还有一个更牛逼的思路……
思路二：大力发展美国西部经济，使得东西部经济发展格局持平甚至是对调。届时，本地消纳能力和资源分布相匹配，远距离送电的必要性也被消除了。
——在这个情况下，相当于把问题交给了商科。
你看，这个世界就是如此奇妙，八竿子打不到的两个专业领域，做到极致的时候，却可以解决同一个问题。大部分同学想到的应该是思路一，想到思路二的人应该寥寥无几……
如果有同学思路一和思路二都想到了，那么你可能天生具有做规划的天赋，是一个搞宏观规划不可多得的人才……甚至是天才……
但是（注意我的但是），你依然当不了美国总统，因为接下来我要跟大家说的是最牛逼的思路三……
思路三：退出巴黎协定。
——不是不好搞吗，川爷我不搞新能源不就得了？别说太阳能的难题了，连其他新能源的毛病都给你一并解决了hhhhhh……
看到这里，有的同学不禁又要问了……美国的太阳能资源有毒，风电如何呢？
emmmm……上两张美国风资源分布图给大家看一下……
上图是美国陆地风电（on-shore）资源分布图，这一来可好，加利福尼亚州和华盛顿州连风都没了（太阳又大又没风，夏天怕不是要热死哦）……全挤到中部一些经济不发达和经济不怎么发达的州去了，比太阳能也好不到哪里去……
再看海上风电（off-shore）资源分布图：
如果1/2以上资源地区具备海上风电的开发可能……大家觉得可以修几个海上风电场？更何况夏威夷还得占据一大部分——当然，这是不可能的，毕竟夏威夷的近海还要用来游泳和开游轮……
如果故事就这么结束了，那么未免显得太无趣，以美帝的习性……没玩够的东西一般来说是不会轻易丢下的，因此太阳能发电的故事远没有结束……
我们再回到之前的问题之上：为啥光伏等新能源发电需要“分布式开发”和“避免远距离输电”？
说白了，最根本的毛病就是这类型发电的出力不可调节，导致输出功率不受调度。
因此，研究开发出力可控的太阳能发电，说不定就能解决这个问题……这就回到了文章一开始就说的那个词汇之上：
Solarthermal——光热发电。
什么叫做光热发电，一分钟给大家讲明白……
上图中，红圈部分就是光热发电系统的核心……其余的东西看都不用看，因为和任何一个火电厂都是一样的原理。
因此，这种发电系统和火电厂的唯一区别就在于——热源的不同。火电厂用的是煤or气，光热电厂用的是太阳。
但是，请务必注意，光热发电和光伏发电的物理原理是完全不同的，光热发电用的是热效应，光伏发电用的是光伏效应（再往前追溯一下，本质上就是高中物理的光电效应）
搞清楚以上问题，接下来就只有一个难题了
——热源如何搜集？
上一张光热电站的图给大家看看。
上图是美帝最大的光热电站——伊万帕光热电站（Ivanpah，不是伊万卡，做人要正直一点hhhh），这张图看起来比较小，其实这个电站超级壮观，具体可以看看这篇文章：图赏美国Ivanpah塔式光热电站 – 北极星太阳能光伏网
和之前我们分析的一样，该电站位于阳光充足人民富有的加利福尼亚州……发光部分就是太阳能聚焦点，下面有成千上万个反光镜，这些镜面会随着日照角度而不断自我调整，持续向铁塔顶点“行注目礼”。
这种发电方式，称之为“点聚焦式”光热发电，或又根据设备外形称之为“塔式”光热发电。
当然，就工程实现而言，这里面还有很多更牛逼的知识，譬如被加热并用于热交换的工质就有熔盐，导热油等，但这些限于文章篇幅我们都不提了……只要记住一点：
这种电站的出力是可以调节的，并且白天加热的工质可以储热一段时间，因此它是一个：出力可调节且晚上也能发电的太阳能发电站。
除此之外还有啥呢？
还有另一种，叫做“线聚焦式”光热发电，根据设备外形又称之为“槽式”光热发电，基本原理都是一样的，差异在于聚焦方式相对分散，被加热部分不是一个点，而是一个条状的长槽，因此可以平铺布置。具体的图找不到了……美帝也有好几个，但应用最多最广的还是塔式光热发电。
美帝最有科技感的光热发电是什么样子的呢？
是这个样子的：
我曾今拿上图去问别人，基本所有人都说这是雷达hhhh，其实这叫做碟式光热发电……发电功率很小，属于“点聚焦式”光热发电。
这种发电装置的核心设备是像电脑机箱一样的那台斯特林发电机……斯特林发电机是一种很神奇的存在，基本都是用于宇航领域，目前而言民用领域用它成本太高太高……空间斯特林发电_百度百科，大概和烧货币发电没啥区别……（当然，面值不能太大2333）
总的来说，美帝在玩太阳能发电上，基本也是操碎了心，虽然投入商业运行的光伏、光热电站也不少，但光伏的毛病就是文章开始讲的那个，而光热电站的毛病就更大了……具体来说大概有以下几个：
（1）造价高，发电成本高，电价高——简称“美三高”，伊万帕光热电站装机30多万千瓦，投资了22亿美元(google公司也投资了1个多亿，估计赚不到啥钱，就是图个新鲜)……在2012年前后美元汇率没有崩之前，这接近130多亿人民币的投资就修了一个30万千瓦的电站……而且其出力恐怕只相当于6万千瓦的火电，搞造价的同学就明白了，这恐怕是50倍以上的投资差距……
（2）热效率低，塔式光热发电作为比较好的光热发电，热转换效率只有15%左右……本来搜集点太阳能就不容易，现在这热效率还那么低……头皮都要麻了。
（3）工程选址还是有很大的限制性，注定了这种电站甚至都不能在城市周边建设——什么光污染咯，烧死鸟咯，影响环境咯……美帝人民都是扯过的……
伊万帕电站的厂址在哪里呢——在加州莫哈韦沙漠，也就是这个样子的：
——这么漂亮的地方， 大概更适合带家人、女朋友兜兜风，修个电站，还是挺煞风景的……
最后再唠叨一句：我国的光热示范项目也追上来啦，如何评价纪录片《创新中国》第二集《能源》？，这个问题链接中的视频，就给我国光热项目来了个专题采访，有兴趣大家可以看看，知乎萌编邀请我回答这个问题的时候，我感觉核电和其他的成果更出彩……所以没答。（瑟瑟发抖.jpg）
OK，本期文章到此结束……下……下期……呃哦啊额嗯嗯呃呃（敷衍.AVI）
后记
PS：本专栏从开通到现在，陆陆续续写文章也快一年之久了，文章更新的不多，但是关注度还可以……我有一个憋了快一年的疑惑，不禁想要弱弱的问下：
目前知乎上还有在发电企业工作的同学吗……
昨晚写文章懒得码字……想在知乎上搜几个发电相关的回答直接引用下……一搜之后头皮发麻，感觉发电企业真的是凉了啊，寥寥无几的问题，不是辞职就是转行……五大里面只有两家还有个话题标签，另外三家连标签都搜不到了2333，和国家电网完全不在一个level啊
电力系统中发输配售用，少了发电环节那是万万不科学的……有发电企业的同学，冒个泡撒……好歹也给发电话题添一点热度，不然电气工程真要变电网工程了（笑哭.jpg）
来源：知乎 www.zhihu.com
作者：七匹喵
【知乎日报】千万用户的选择，做朋友圈里的新鲜事分享大牛。
点击下载