很多讀者感到好奇——說起太陽能發電，更容易聯想到太陽能電池板、太陽能反射鏡之類的裝置，而那么一個巨大的煙囪，是如何實現太陽能發電的呢？
太陽能塔，較為科學的名稱是“太陽能熱氣流式發電系統”。它不燒任何燃料，不需用水，因而絕不排放任何溫室氣體，也不排放廢水或其他任何污染物，是一個典型的碳排放為零的清潔發電廠。
之所以能夠如此，是因為它巧妙地組合了三個為人熟知的科學原理——溫室效應、煙囪效應和風力渦輪，使太陽光的熱能被利用來制造強大的上升氣流，驅動渦輪發電機發電，很有創意！
溫室效應
加熱大量空氣
這個項目首先要建設一個巨大的“熱空氣收集器”，它實際上就是我們常見的大溫室。
首先，這個大溫室的頂蓋對陽光來說必須是透明的，白天陽光的直射和漫射，加熱了被約束在溫室內的空氣。溫室內的土壤等物質的溫度因吸收太陽輻射能而上升，再向溫室內輻射遠紅外線從而加熱溫室內的空氣。
其次，這個大溫室的頂蓋像一個“天棚”，它必須能不讓溫室內物體輻射的遠紅外線逃逸，盡量不讓溫室的熱量散失，起隔熱保溫的作用。
另外，根據需要，溫室內還將放置一些“儲熱材料”。這些儲熱物質的溫度因白天接受太陽輻射而上升，從而儲存了陽光的熱能；到了夜間，這些儲熱物質通過輻射遠紅外線向室內緩慢釋放它白天所吸收的熱量，一定程度上維持著溫室內空氣的溫度，以便維持夜間也有相當的發電能力。
煙囪效應
形成強大的熱氣流
熱空氣上升的現象、煙囪的抽吸作用，生活中最常見不過了。多個世紀以來，北方農村那些燒炕取暖的民房，就是用煙囪來改善炕內煙道熱氣流的流通的。
由于空氣受熱后體積膨脹，就是說室內的熱空氣變輕了，它要上升可又無處可去，此時如果溫室中部建造一座大煙囪，變輕了的熱空氣將瞬即通過煙囪上升至溫度低的煙囪出口，而溫室外部相對“較冷”的空氣將從溫室邊緣不斷補充進來，必然會在煙囪內形成一股強大的、向上的熱氣流。設想如果塔身設計得很矮,它的抽吸作用就不明顯。要使煙囪內的熱氣流流動速度大，塔身就得高，它的抽吸作用也就越強。
因為煙囪設計得既高又大，我們就稱它為“上升氣流塔”。
風力渦輪機
把熱氣流轉換成電能
在煙囪底部的氣流通道上安置多組風力渦輪發電機，強大的熱氣流通過時，它驅動渦輪機的葉片旋轉，熱氣流的動能轉換為機械能，從而帶動發電機發電轉換為電能。這與水力發電站用的軸流式水輪機工作原理完全一樣。
由此可見，由于陽光及其所帶來的吸熱物體的熱輻射，溫室內空氣被加熱，在煙囪的幫助下產生上升的抽吸氣流，它的動能驅動渦輪發電機組發電，變成電能輸出，這三個古老而又成熟的技術組合，就是太陽塔的發電原理。
不用燃料不用水
實現真正的零排放
太陽塔的運行不需要用水，這意味著它可以用在干旱的環境中，在大片荒漠上應用，同時還能改善環境。例如大片荒漠沙地將得以覆蓋，切斷沙源。如果溫室內能生長植物，種樹綠化，太陽塔內將會有帶濕氣的熱氣流上升至高空，能形成雷雨云，增加降雨機會，這對改良沙漠的生態條件、降低沙塵暴很有幫助。
其次，建造太陽塔所用的原材料都是十分普通的，建造它并不需要高技術設備。再加上整個系統除了發電機組之外沒有其它運動部件，因此可靠性高，維修簡便。
如果太陽塔項目商業化運行成功，它不需要消耗地球資源、零排放、零污染的優點決定了它將是能源與環境協調發展的最好的清潔能源方式。
大功率電站尚無先例
需要實踐進行檢驗
雖然太陽能熱氣流式發電技術提出較早，理論也是成熟的，但除西班牙的一個小型實驗電站外，至今還沒有大功率電站運行的實踐，因此很多問題的解決還要經過實踐檢驗。例如，如今的材料能否確保近千米高太陽塔的穩定性和抗風能力，連續的陰天如何有效地維持電站運行，暴雪過后如何迅速清除阻擋陽光的積雪等等。
設計者聲稱太陽塔的使用壽命至少50年以上甚至可達80年；項目建成后，只需50個工作人員維持運轉，20萬千瓦峰值輸出時的運行效率可達60%(如果確實如此，那將是其它可再生能源發電方式所無法比擬的)等提法仍需實踐檢驗。
然而可以相信，隨著研究的深入，相關技術會越來越成熟。新材料的突破將使人們有可能選用既便宜可靠又長壽耐用的材料來建造高塔。
延伸閱讀
太陽能巨塔
相當于小型火電站
美國亞利桑那州計劃建造的太陽能塔是澳洲一間上市公司EnviroMission設計的，它幾經評估選定并取得美國一間工程管理公司支持，投資7.5億美元來建設世界上第一個大尺寸的太陽塔。
據報道，上升氣流塔高約800米，僅次于全球最高的位于阿聯酋的迪拜塔(826米)。塔身將選用輕質鋼筋混凝土材料建成，塔的內部除了用鋼筋做加強筋之外是空心的。塔基將覆蓋大約1平方公里的地面。根據設計，32臺大型渦輪發電機組就安裝在這里，形成一圈環繞放置。
氣流塔外圍是占地37平方公里的巨大溫室，選用玻璃或具有足夠強度、耐紫外線照射的聚碳酸酯等聚合物薄膜制成能透光的頂部，堪稱一個其大無比的天棚。據測算，其溫室效應可令困在溫室中心處的空氣溫度比溫室外的環境溫度高出約35℃。
在這樣的設計條件下，塔底的風力渦輪機迎風面處的熱氣流流速可達每秒15米，32個旋轉的渦輪將產生20萬千瓦的清潔電力，能供15萬至20萬戶家庭用電。而與同樣可以輸出這么多電力的小型火電站相比，相當于每年減排了75萬至83萬噸的溫室氣體。
背景資料
西班牙曾建造
試驗型太陽能塔
早在百年以前的1903年，就有一位名叫IsidoroCabanyes的上校在一本名為《電能》的雜志上提議過要利用煙囪效應發電。
1982年，德國技術部門與西班牙電力公司union Fenosa攜手合作，出資在西班牙馬德里南部150公里的曼沙那列士地區建設了一個可以發電的小型太陽塔樣板裝置。煙囪的高度為195米，直徑為10米，溫室的集熱面積為46000平方米(溫室直徑244米)，獲得最大輸出功率為50千瓦。
這個試驗電站于1986年7月開始運行，記錄了大量的運行數據，驗證了太陽能熱氣流式發電的可行性。小型太陽能塔采用便宜的材料建成，目的是使用最低的建造成本，但不幸由于一場風暴，靠近塔的地方遭遇旋渦氣流，致使這個小型試驗電站遭到嚴重損壞，遂于1989年退役。（陳賀能作者為中國科學院原新技術開發局高級工程師、中國科學院老科學家科普演講團成員）
作者:陳賀能
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