独一无二的电站 在神州 5 号飞船进入轨道后，伸出了四只太阳能电池板，这是飞船的电力系统。用硅板吸收太阳能进行光伏发电，不产生废物，但造价很高，每 KW 电力的成本在 50000 元人民币上下。只适合在飞船、卫星、边远地区光伏照明、一些特殊的探测仪器上使用。为了利用阳光这种干净又取之不尽的能源，减少投资成本，早在 1978 年，有一位德国科学家就设计了一种全新概念的太阳能电站，革除了硅板，用传统的技术组合，得到了洁净的电力。

    海拨 600~800 米的西班牙梅塞塔高原，四周群山环绕，阳光充足，是欧洲唯一有荒漠的地方。 1982 年，德国和西班牙的科学家合作，在高原东部的沙荒地带，建起了一座特殊的发电厂。它的主要建筑是直径 250 米、近圆形的全透明玻璃房，在房的中央，耸立着一个 200 米高的烟囱。走近电厂，只见到涡轮机在急速地转动，烟囱里没有一丝烟气，也没有油污的气味。工人们端坐在操纵台前，红红绿绿的仪表指示灯有规则地闪烁， 100KW 的电流从发电机源源不断地流向电网。这是一座新型的太阳能热气流小型试验电站，它不用水，不用煤，只用太阳光，但又没有庞大的太阳能电池板。建厂 20 余年来，一直在平稳地运行，显示着设计者的科学思想。

    太阳热气流的威力 万物生长靠太阳，绿色植物用叶绿素捕捉光能，通过光合作用，将太阳能转化为化学能，贮存在有机物中，动物才有了物质和能量的供应。埋藏在地层的古植物和动物，变成煤、石油和天然气，人类开采后，地球历史积淀的太阳能得到释放。但是，生物积累的太阳能只是很少的一部分。据科学家研究，太阳普照大地 40 分种，就能满足全球一年能量的消耗，太阳一天照在地球的能量，相当于全球所有发电厂运行 250 年的发电量。因此，太阳能应是人类能源利用的主流能量。

    当前的太阳能利用，有集热的太阳能热水器、硅太阳能电池等，集热效率不是很高，规模也不大。科学家设想，如果在阳光充足处建造面积足够大集热装置，再用热对流原理，制造出强大的气流，用它去推动涡轮机发电，不就能省去昂贵的硅材料，大大节省发电成本了吗？基于这样的科学思想，科学家设计出太阳热气流发电系统。此系统由太阳能集热棚、导流烟囱和涡轮发电机组三部分组成。集热棚用透光和隔热的材料，能高效吸收太阳能，使棚内的温度升高，里边的蓄热箱能吸收大量的热，以保证夜间或阴天仍有热释放，使向上的气流不间断。烟囱由水泥、钢筋、沙石制成，也可用新型的合成材料。为了生成大的上下压力差和抽吸能力，烟囱设计很高，随发电功率一般达数百米，最高可达千米，烟囱上下的压力差有几百帕。在烟囱的低部安装有涡轮机和发电机组，由叶轮带动发电机发电。如果是 200MW 的发电站，集热棚的直径得 5000 米，烟囱高为 1000 米。高大的烟囱是太阳热气流电站的显著特点，所以科学家又叫它太阳能烟囱电站。

    沙漠电站的高效益 科学家们认为，太阳能热气流发电是常规的技术巧妙组合，所用的材料和设备也是常用的，不外玻璃、保温材料、水泥、钢筋等，因此投资较低。据技术和经济评估，建设太阳能烟囱电站，每 KW 的投资约在 5000~8000 元人民币，同规模相等的水电站相当，每度电的成本在 0.1~0.25 元，是硅太阳能发电成本的 1/6 。唯一不可缺的条件是要有充足的阳光，大片的沙漠荒地和经济实力。水电洁净成本也低，但建大坝会带来一系列的环境和生态问题，如河床抬高淹没土地、造成盐碱化，现在全世界发电建水库已失去了 40 万平方公里的土地；我国的黄河常年断流，给下游的农业带来巨大的损失，主要原因是上游发电筑坝太多；大坝对植物和动物也会造成灾难，加快了物种的绝灭，哥伦比亚的大坝阻断鲑鱼的洄游，使鲑鱼捕获量大减，建坝 20 年来的渔业损失高达 65 亿美元，印度西北部的大坝使进入恒河三角洲的流量减少了 80% ，造成了海岸 25 万亩红树林死亡；如果水库建在地震带，还会引发地震，意大利的韦奥特水库蓄水后三年，一个月记录到的地震就有 60 多次，最终导致水库旁边的大山山崩，挤出的水将下游村镇冲平，造成 2000 人死亡。水力发电还要安置大量的移民，花费也相当可观。而太阳能烟囱发电，只占用沙漠和荒地，不需征用土地，没有移民难题，而且能将大片的沙荒覆盖。电站运行时排出的只是水气，不会产生污染，其产生的温室效应和降水，还能改善当地的生态环境，而且设计的规模越大，效益越显著。

    沙漠电站适合中国国情 太阳能烟囱电站的优点是显而易见的，特别是对一些地处荒漠带的国家犹为实用。美国已建起多个不同型式的太阳热气流模型电站，进行了大量的基础研究。印度已制订了 100MK 的烟囱电站计划，南非对在沙漠之城锡兴建设 200MK 太阳能热气流电站的规划进行了论证，澳大利亚为建 200MK 沙漠烟囱电站，已筹资数亿欧元，建设就要动工。但欧洲国家大多是草原平地，缺乏沙漠和太阳能资源，大多数发展中国家有资源但缺少资金，无力建设沙漠电站，只有中国适合大规模开发太阳能热气流发电。据我国第二次荒漠化调查，我国的沙荒面积占国土面积的 27.9% ，沙化土地有 174.31 万平方公里，主要分布在我国的西北部。新疆的荒漠面积占全疆的一半，青藏高原有 2/3 的永久冻土，太阳能资源极为丰富。据推算， 1 万平方公里的荒漠面积能提供 1 亿 KW 的太阳能烟囱发电，发电量可达 3000 亿度，相当于 5 个半三峡电站。科学家们认为，发展核电、水电、风电是解决能源的好途径，但核电和水电带来的环境问题，对可持续发展的影响很大。同样的投资同样的效益，又大大有利于生态环境的改观，两者相比选其优，发展太阳能热气流发电，应是我国能源战略的必然选择。专家们认为，从现在起应加快太阳能热气流发电的研究速度，尽快建立我国的模型电站，取得可靠数据，在开发大西北中立项太阳能热气流电站的建设。

    一种互利双赢的设计 太阳能烟囱发电虽然提出较早，理论也已成熟，但除西班牙的一个小实验电站外，还没有大功率的电站实践，许多技术问题正等待解决。如高耸上千米的烟囱稳定性和抗风如何解决？遇到连续的阴天怎样有效地维持电站的运行？发电机组的安排与涡轮机的整合怎样才能高效？等等，都要进行研究。

    在荒漠地带风力资源同样丰富，现在风力发电技术已相当成熟，就投资要高些。没有太阳的恶烈气象条件，却是风电的优势，如果将太阳能热气流发电和风力发电并行设计，就能实现两种发电的气候互补和昼夜互补，提高供电的可靠性和稳定性。

    太阳能热气流发电，可以使大片沙荒地得以覆盖，能切断裸露的沙源。热气流的上升与高空冷空气相遇，能形成雷雨云，增加降雨的机会。风力发电机的分层布置，组成立体的风电机组，能有效地降低沙地的风速，再加有计划地种树绿化，对缓和沙化改良沙漠的生态条件，降低沙尘暴有一定的功用。

    太阳能热气流发电同光伏发电一样，适合我国的国情。它投资低，同环境特别友好，还能改善环境，是能源与环境协调发展的最好能源方式。