图1：这是美国国家太阳能热能测试实验室在新墨西哥州阿尔伯克基市安装的一处碟式太阳能装置，该装置由美国斯特林能源系统公司设计。它收集的热量能够为高效的斯特林引擎(Stirling Engine)加热，然后带动机械装置发电。
优点：能够自动追踪并对准太阳能，热能转换效率非常高，还能够在790度的高温下运转。此外，该装置组装和拓展非常简单，对水的使用要求也不高。
缺点：目前还没有进行大规模商业化推广，不能储存热能，在光线较弱和晚上的时候无法工作。
图2：这座发电能力为900兆瓦的太阳能热发电站位于西班牙塞维利亚。这座PS10型太阳能塔高110米，由西班牙Abengoa Solar公司投建。该太阳能塔的发电原理与普通的太阳能装置有一定区别，它并不是通过光电电池来产生电流的。该塔是利用624面镜子做成的阵列来反射并聚焦光线的。通过该阵列，光线被聚焦到位于塔顶部的能量收集点。 该装置是这个地区正在建设中的众多PS10型太阳能塔中的第一座。其发电量可达到3亿瓦特。更为难能可贵的是，PS10的功效比普通的光电技术所产生的功效大25%左右。
优点：能够在高温环境下运行，而且还能储存热能。如果大规模运用的话将极大的降低能源使用成本。
缺点：对水的需求量比较大，投资成本较高。
图3：这座名为Kimberlina的太阳能热电站位于美国加州贝克斯菲尔德市，由Ausra公司负责建造并运营。
该太阳能热电站工作的原理是利用管道上方的太阳能反射板收集热能为管道内的水加热，产生水蒸气后带动涡轮机发电，其产能可达到500兆瓦。
优点：建造成本相对低廉，发射板紧凑的结构可提高土地利用率，而且升级之后还可以储存热能。
缺点：反射率较低，导致热能转换率也比较低，缺乏商业开发前景，对水的使用要求较高。
英国《新科学家》杂志报道 太阳能是一种取之不尽的清洁能源，但目前人类对该能源的利用率还不高。最近有媒体报道，德国12家大公司有意成立联合企业，在非洲撒哈拉大沙漠地区投资建设世界上规模最大的太阳能发电站 ，以向欧洲地区的家庭和企业提供清洁能源。若这项计划得以实现，那么上述现状就会得到巨大的改变。
据悉，这项名为Desertec的项目早在去年就已经趋于成熟，今年10月德国主要的大企业会宣布成立联合企业，投资4000亿欧元在非洲北部建立太阳能发电站。这些大企业包括德国能源巨头E.ON能源集团、REW能源集团以及西门子公司、德意志银行、慕尼黑再保险公司等。
整个计划是由德国航空航天中心（German Aerospace Centre ，DLR）进行草拟。根据该计划，这项工程到2050年的时候，所产生的电能产量顶峰值将达到100吉瓦，相当于100座火力发电厂的发电量，届时将满足欧洲地区15%的用电需求。另外，计划还指出电能的输送将采用高压直流输电技术，可以使电能在传输过程中的损耗降低至10%以下。整个送电工程会横跨地中海，而主要的线路穿越直布罗陀海峡，由摩洛哥至西班牙、经由巴利阿里群岛，由阿尔及利亚至法国、突尼斯至意大利、利比亚至希腊、经由塞浦路斯，由埃及至土耳其。
此外，Desertec计划还包括建设一个覆盖范围更广的欧洲超级电网，涵盖北海风力涡轮发电、斯堪的那维亚半岛水力发电、冰岛地热发电、东欧地区生物能发电以及太阳能发电。这样就能为欧洲提高足够的清洁能源。
反对派质疑：不该如此掠夺非洲资源
有反对者已经就该计划提出了质疑。
他们认为，首先这项工程很有可能使欧洲的能源供应系统成为一些政治不稳定国家的威胁对象；其次欧洲不应该以这样的方式掠夺非洲的资源；第三，从投资角度来看，这项工程同铺设太阳能光伏板相比并不划算；最后，尽管沙漠地区拥有充足的太阳能，但是却缺少建设发电站所需的水资源。那么，Desertec计划会依照支持者们所想的那样，成为未来能源发展的新模式，亦或是成为浪费钱的政治臆想？
不同于光伏板可以将太阳光直接转化为电能，太阳热能发电技术首先需要收集太阳热能，然后像常规发电技术那样利用热能来发电。太阳热能发电站主要有四种模式，其中有三种模式是利用镜子收集太阳热能给油、水或者熔盐加热，从而产生蒸汽推动汽轮机发电。镜子一般呈大规模阵列抛物线形或碟形排放。一般在镜子上方都装有管道，太阳光反射到官道上时，管道内的流动液体就会被加热。加利福尼亚州莫哈维沙漠里就拥有9座这样的太阳能热电厂。在过去的20多年里，这些发电站总计产生了300兆瓦的电能。还有一种模式是利用跟踪太阳的定日镜群，将阳光聚集到固定在它顶部的接收器上。西班牙就拥有此类发电厂，占地2.1万平方米的镜群可以使接收器的温度升高至1000多摄氏度，并且产生1兆瓦的电能。在这种发电模式中，接收器收集的热能给斯特林引擎（Stirling engine）加热，斯特林引擎通过气体在冷热环境转换时的热胀冷缩做功从而产生电能。
由于太阳热能发电与光伏板相比具有许多优点，目前这种方式已越来越受到人们的重视。太阳热能发电的优点包括：它能够如同发电站般生产大量电能，产生规模效应，并且通过白天储存热能，太阳热能发电站在夜间也能发电，而光伏板要存储电能就需要大容量的蓄电池—该项技术大规模推广仍需时日。另外，在成本花费上，太阳热能发电模式也具有优势。要建成相同发电量的太阳热能发电站和光伏发电站，前者的成本要远远小于后者，因此该项技术目前正在中国、美国、澳大利亚和以色列等国推广。
但是，光伏电池板也具备一个明显的优势。太阳热能发电要求直射阳光，而在云量较多的时候几乎就无法发电了。相比之下，在傍晚来临之前，光伏电池板不管在何种天气情况下，都能或多或少产生电能。然而，撒哈拉沙漠的强烈阳光正好可以弥补太阳热能发电的这一不足之处。每年撒哈拉沙漠一平方米的面积所吸收的热能，至少相当于燃烧两桶石油所获得的热能。Desertec计划表明，按照目前人类消耗电能总量来计算，在撒哈拉沙漠地区，不足600平方公里的面积所吸收的热能就能为地球提供足够的电能，而250平方公里的面积吸收的热能就能为整个欧洲提供电能。
今年12月世界各国首脑将在丹麦首都哥本哈根召开气候会议。直到最近，光伏发电仍被认为是减少温室气体排放的最佳途径。光伏发电呈小型模块化，并且在多云天气也能工作。由于光伏板成本高，因此光伏发电的支持者们提倡在屋顶上铺设太阳能光伏板，这样可以为建筑自身提供足够电能。
撒哈拉地区发电问题：如何解决缺水难题
在撒哈拉沙漠地区发展太阳热能发电，还必须解决另外一个问题。太阳热能发电同以煤或者石油作为燃料发电的常规火力发电一样，在蒸汽通过汽轮机后需要大量的冷却水使蒸汽凝结。以莫哈维沙漠的太阳热能发电厂为例，每生产1兆瓦时的电能就需要消耗3000公升水，而在沙漠地区要找到这么多水不是件容易的事。如果要在撒哈拉沙漠中建设一座这样的太阳热能发电厂，预计每年每平方公里面积能够生产约12万兆瓦时的电能，但也相当于需要3.5亿公升水。
在撒哈拉沙漠底下蕴藏着水资源，巨大的努比亚地下蓄水层（Nubian aquifer）是世界上最大的蓄水层，大约蕴藏着6万立方千米水。但是地下蓄水层的水源是在地质构造时形成，属于非再生资源，无法通过雨水补给，并且利用这些水资源的成本十分高。去年，利比亚政府投资270亿美元用于抽取该蓄水层的水输送到滨海城市。如此大的成本是Desertec计划无法承受的。
图4：“内华达太阳能一号”太阳能电厂位于美国内华达州柏德市，其产能64兆瓦，可为14000个家庭提供足够的电能。该发电厂由西班牙阿希奥纳集团负责建造，占地面积250英亩，拥有18.2万块凹面镜。凹面镜组成的太阳能槽式设备将太阳的能量聚焦在位于镜子焦点线上的不锈钢接收器管，而钢管内装有可流动的油等传热液体，在高温作用下油的温度升高至391摄氏度，巨型的散热器吸收其中的热量给水加热产生蒸汽，蒸汽带动高压驱动涡轮机和发电机运转，从而产生电能。
优点：有很好的开发和商业前景，能够储存热能，可在无太阳光的条件下工作。此外还可以和燃气发电结合使用。
缺点：空间利用率不高，对水的使用要求较高。
据美国国会一项调查表明，美国能源部在今年2月就已经指出水是沙漠地区发展太阳热能发电的主要瓶颈。美国国家公园管理局也赞 成这一观点。4月，美国国家公园管理局发出警告称莫哈维沙漠的太阳热能发电计划可能会破坏其有限的地下水资源。
如果太阳热能发电厂采用空气冷却的方法，那么用水量就可以减少90%，但是这么做却存在另一个问题。因为空气冷却的效率要远远低于水冷却，这 样一来发电站就需要更大的面积和更多的镜子才能弥补资金和运营上的损失。戴维.米尔斯的公司Ausra位于加州帕罗奥多市，该公司计划在 内华达沙漠里建造一座空气冷却的太阳热能发电厂。据戴维.米尔斯称，空气冷却的成本会使发电厂的效率提高10%。
不过，德国航空航天中心的报告并没有涉及Desertec计划对水资源的要求。相反，它只片面强调发电站生产的电能可以用来淡化海水，并试图从以此来说服北非国家允许在其土地上生产电能然后出口欧洲。报告声称北非国家可以利用其中的一部分电能来淡化海水，灌溉庄稼，从而为不断增长的人口提供粮食。德国航空航天中心的这份报告还预计在未来40年里，北非国家的水需求量将会增长三分之二，要远远高于目前水量的供应。目前，北非地区每年 都要过度地抽取35万亿公升地下水，而到了2050年Desertec计划能使该地区的淡水供应量翻翻。
尽管海水淡化听起来很诱人，但是实际上不可能将太阳热能发电厂建在海边，因为海边多云天气较多。报告中的地图显示北非地区大 西洋沿岸和地中海沿岸的大部分地区的太阳辐射量都低于报告中制定的商业盈利门槛——即每年每平方米生产电能2千度。
发电站投资成本过高 运输成为难题
赫曼·希尔（Hermann Scheer）是德国议会议员，他是该计划反对这者之一。赫曼.希尔曾经制定了要为德国10万家庭铺设光伏太阳能板的计划。他认为 Desertec计划是不可能实现的，而且会转移德国国内投资，况且光伏太阳能发电也能满足欧洲自身的能源需求。而支持者们则认为太阳热能发电和光伏发电可以优势互补。
争议的另一焦点是成本。大规模的太阳热能发电站在这方面显得更加突出。西班牙的太阳能热发电站每年生产1千度电能的成本是1670欧元。总部设在英国伦敦的太阳能世纪公司主要从事太阳能电池板生产，其首席执行官杰里米·莱格特认为光伏板的安装成本就使生产1千度电能的成本翻了一倍多，到达4000欧元。另一方面，太阳热能电厂需要员工24小时上班，而光伏板的安装大部分用户自己都能 完成。而且光伏板一旦安装完毕就能投入使用，而太阳热能发电厂的镜子必须在整个发电厂完成后才能使用。对于Desertec计划来讲 ，还有一个问题是如何将电能从非洲输送到欧洲。
安东尼·波特（Anthony Patt）在位于奥地利拉克森堡的国际应用系统分析研究所工作，他目前正在致力于太阳能热发电厂建设可行性的研究。他认为 Desertec计划至少在20年内与火力发电相比没有竞争力，而在此20年间该计划就需200亿至500亿欧元的投入，这与德国政府20年内在全国铺设光伏板的成本大致相同。
此外，该计划中涉及利用非洲国家甚至亚洲国家的土地为欧洲国家发电容易引起棘手的政治问题。Desertec计划中称北非地区和中东 地区三分之二的太阳能资源位于阿尔及利亚、利比亚和沙特阿拉伯。欧洲国家像美国一样，都希望未来都能减少对遥远地区的能源依 赖，他们希望通过该计划能减少从沙特、伊朗和伊拉克的石油进口。
尼日利亚可再生能源公司Nkubadorf首席执行官Ifeanyi Amajuoyi已经建立一个名为Desertec-非洲的组织。该组织以促进利用非洲的太阳能为 非洲国家造福为目的。他计划在非洲国家间游说以确保非洲的太阳能资源能留在非洲。
虽然Desertec计划面临着诸多技术上和政治上的障碍，但是如果该计划成功实施，那么效益将会是巨大的，它将促使化石燃料退出历史舞台，而可再生资源也将成为欧洲的主要能源；如果该计划失败了，那么各方面的影响和损失也都是巨大的。
本文译自/新科学家 译/金明
