【微小太阳辐射变化促地球进入冰河期】大西洋径向翻转环流（Atlantic meridional overturning circulation，AMOC）是南北半球物质与能量的主要传送带，但南半球的过程如何影响AMOC冰期间冰期的形态变化尚不明确。1月14日，英国卡迪夫大学、兰州大学等有关这一问题的新发现以《南极冰山重构大洋环流》为题，发表在《自然》上。
南大西洋东南侧的厄加勒斯洋流对大西洋的温盐平衡起到至关重要的作用；同时南极绕急流附近表层海水温盐变化和西风带强度变化对北大西洋底层水（North Atlantic Deep Water，NADW）和富含无机碳的南极底层水（Antarctic Bottom Water，AABW）的形成也具有重要影响。但目前为止，这些南半球的过程如何影响AMOC冰期间冰期的形态变化尚不明确。厄加勒斯海底高原（水深在2500—3000米）位于南大西洋的东南部（非洲好望角南部），可以很好地记录冰期—间冰期海底水团性质以及AMOC空间形态的变化—— 资料显示在现代该地水团主要受控于NADW，而在冰期主要受AABW的影响。
为解答上述问题，由英国、中国、德国、美国等国的科学家组成的科研团队，通过利用“国际海洋发现计划（IODP）” 361航次从厄加勒斯海底高原采集的海洋沉积物，重建了160多万年以来南大西洋的底层水团性质和南极冰携碎屑量（反映冰山可漂流至此的可能性）的变化。值得注意的是，这两类重建指标因来自同一根海洋岩心，具有一致的年龄框架，为分析不同周期上水团性质和冰携碎屑变化的相位关系提供了难得的机会。
该研究发现，过去160万年以来，无论是在冰期—间冰期旋回周期上（即地球倾角4万年和偏心率10万年周期），还是在地球岁差（2万年）周期上，厄加勒斯海底高原出现南极冰携碎屑的时间都明显早于水团性质的变化，这说明南大洋水文循环对AMOC冰期空间形态的形成有重要作用。
该研究结合数值模拟进一步指出，当地球进入一个合适的轨道背景（例如偏低的地球倾角），将有利于更多的南极冰山向北输送至南大西洋东南部的厄加勒斯洋流区域，使得融化在南大洋的冰山数量减少，而在南大西洋的数量增多。这一方面淡化了回流至北大西洋的表层海水的盐度，引起NADW形成速率的降低；另一方面，盐化了南大洋表层海水，加快AABW的生成速率，两者的协同作用促进了AMOC从间冰期向冰期空间形态的转变。
此外，在向冰期环流态转变的过程中，随着AABW水体体积的增大，会导致更多的大气二氧化碳封存在海洋底部，导致全球气温的下降，这将进一步促进海洋对二氧化碳的吸收（低温海水可溶解更多的二氧化碳）以及北半球大陆冰盖的形成。
“这一新发现让我们对冰期发育的动力过程有了进一步的认识。”张旭说，“地球轨道引起的微小的太阳辐射变化，可通过南极冰冻圈激发地球系统内部各圈层间（即海洋大气圈—冰冻圈—碳循环）的正反馈过程，促进地球气候进入冰河期。未来我们需要利用可模拟多圈层耦合过程的地球系统模型重现冰期旋回的演变特征，评估各圈层过程对其的贡献，届时将会对这一历史难题有更深入理解。
据悉，该研究由英国卡迪夫大学教授Ian Hall和博士生Aidan Starr牵头，兰州大学西部环境教育部重点实验室/泛第三极生态环境与气候变化前沿科学中心教授张旭是该研究团队的参与者之一，主要负责数值模拟和动力解释，为该研究提供了关键的数值模拟支撑和动力解释。
相关论文信息：https://t.cn/A65zFZQS
https://t.cn/A65zFZQ9
南大西洋东南侧的厄加勒斯洋流对大西洋的温盐平衡起到至关重要的作用；同时南极绕急流附近表层海水温盐变化和西风带强度变化对北大西洋底层水（North Atlantic Deep Water，NADW）和富含无机碳的南极底层水（Antarctic Bottom Water，AABW）的形成也具有重要影响。但目前为止，这些南半球的过程如何影响AMOC冰期间冰期的形态变化尚不明确。厄加勒斯海底高原（水深在2500—3000米）位于南大西洋的东南部（非洲好望角南部），可以很好地记录冰期—间冰期海底水团性质以及AMOC空间形态的变化—— 资料显示在现代该地水团主要受控于NADW，而在冰期主要受AABW的影响。
为解答上述问题，由英国、中国、德国、美国等国的科学家组成的科研团队，通过利用“国际海洋发现计划（IODP）” 361航次从厄加勒斯海底高原采集的海洋沉积物，重建了160多万年以来南大西洋的底层水团性质和南极冰携碎屑量（反映冰山可漂流至此的可能性）的变化。值得注意的是，这两类重建指标因来自同一根海洋岩心，具有一致的年龄框架，为分析不同周期上水团性质和冰携碎屑变化的相位关系提供了难得的机会。
该研究发现，过去160万年以来，无论是在冰期—间冰期旋回周期上（即地球倾角4万年和偏心率10万年周期），还是在地球岁差（2万年）周期上，厄加勒斯海底高原出现南极冰携碎屑的时间都明显早于水团性质的变化，这说明南大洋水文循环对AMOC冰期空间形态的形成有重要作用。
该研究结合数值模拟进一步指出，当地球进入一个合适的轨道背景（例如偏低的地球倾角），将有利于更多的南极冰山向北输送至南大西洋东南部的厄加勒斯洋流区域，使得融化在南大洋的冰山数量减少，而在南大西洋的数量增多。这一方面淡化了回流至北大西洋的表层海水的盐度，引起NADW形成速率的降低；另一方面，盐化了南大洋表层海水，加快AABW的生成速率，两者的协同作用促进了AMOC从间冰期向冰期空间形态的转变。
此外，在向冰期环流态转变的过程中，随着AABW水体体积的增大，会导致更多的大气二氧化碳封存在海洋底部，导致全球气温的下降，这将进一步促进海洋对二氧化碳的吸收（低温海水可溶解更多的二氧化碳）以及北半球大陆冰盖的形成。
“这一新发现让我们对冰期发育的动力过程有了进一步的认识。”张旭说，“地球轨道引起的微小的太阳辐射变化，可通过南极冰冻圈激发地球系统内部各圈层间（即海洋大气圈—冰冻圈—碳循环）的正反馈过程，促进地球气候进入冰河期。未来我们需要利用可模拟多圈层耦合过程的地球系统模型重现冰期旋回的演变特征，评估各圈层过程对其的贡献，届时将会对这一历史难题有更深入理解。
据悉，该研究由英国卡迪夫大学教授Ian Hall和博士生Aidan Starr牵头，兰州大学西部环境教育部重点实验室/泛第三极生态环境与气候变化前沿科学中心教授张旭是该研究团队的参与者之一，主要负责数值模拟和动力解释，为该研究提供了关键的数值模拟支撑和动力解释。
相关论文信息：https://t.cn/A65zFZQS
https://t.cn/A65zFZQ9
电厂逆流湿式冷却塔水损失分析
在电力生产中，逆流湿式冷却塔是使用最多的，其耗水量占全厂耗水量的一半以上，可见逆流湿式冷却塔的节水是电厂节水的关键。
对于逆流湿式冷却塔，水损失是循环冷却用水消耗的主要原因，水损失主要包括蒸发损失、风吹损失和排污损失三个方面。蒸发损失是指循环水与空气进行热质交换时，循环冷却水由于蒸发变为水蒸气散发到空气中的水量。蒸发损失水量为循环冷却水量的1.2% -1.6%，是冷却塔水损失中最大的一项损失。风吹损失是指循环水在塔体内与空气进行热交换时，以小液滴形式被空气带走并排出塔外的水量。排污损失是循环水与空气换热时，水分蒸发，水中的盐度升高，为了使循环水的盐度降低，需要排出的循环冷却水量。
由于蒸发损失、风吹损失和排污损失是湿式冷却塔的主要水损失，当前冷却塔节水技术的研究以增加装置、改进运行方式等方面来减少这三项损失为主。
（1）蒸发损失是冷却塔水损失中最大的部分，对饱和湿空气降温，可以减少或回收部分由于蒸发损失而失去的循环冷却水。
（2）通过安装旋转流动收水装置，可以减少风吹损失，冷却塔的节水效果较好。
（3）提高浓缩倍数是当前冷却塔节水中使用最多手段，但是浓缩倍数的提高不是没有限制的，需要对浓缩倍数进行合理的分析。
在电力生产中，逆流湿式冷却塔是使用最多的，其耗水量占全厂耗水量的一半以上，可见逆流湿式冷却塔的节水是电厂节水的关键。
对于逆流湿式冷却塔，水损失是循环冷却用水消耗的主要原因，水损失主要包括蒸发损失、风吹损失和排污损失三个方面。蒸发损失是指循环水与空气进行热质交换时，循环冷却水由于蒸发变为水蒸气散发到空气中的水量。蒸发损失水量为循环冷却水量的1.2% -1.6%，是冷却塔水损失中最大的一项损失。风吹损失是指循环水在塔体内与空气进行热交换时，以小液滴形式被空气带走并排出塔外的水量。排污损失是循环水与空气换热时，水分蒸发，水中的盐度升高，为了使循环水的盐度降低，需要排出的循环冷却水量。
由于蒸发损失、风吹损失和排污损失是湿式冷却塔的主要水损失，当前冷却塔节水技术的研究以增加装置、改进运行方式等方面来减少这三项损失为主。
（1）蒸发损失是冷却塔水损失中最大的部分，对饱和湿空气降温，可以减少或回收部分由于蒸发损失而失去的循环冷却水。
（2）通过安装旋转流动收水装置，可以减少风吹损失，冷却塔的节水效果较好。
（3）提高浓缩倍数是当前冷却塔节水中使用最多手段，但是浓缩倍数的提高不是没有限制的，需要对浓缩倍数进行合理的分析。
#聚焦科技馆# 【同样是太阳能发电，为什么光热发电一直“默默无闻”】
在已知的清洁能源中，太阳能无疑是目前地球上可以开发的、储量最多的可再生能源。提起太阳能利用，大家首先会想到的是光伏发电，毕竟，太阳能汽车、太阳能充电宝等我们在平常生活中就可以看到。其实，太阳能还有另一种利用方式，太阳能光热发电。
了解光热，记住光热
光伏发电、光热发电，都是利用太阳能发电，差别在于，利用的原理不同。
光生伏特效应是太阳能光伏发电的基本原理，而太阳能电池是完成太阳能到电能转换的载体。太阳能电池是一种含有P-N结的半导体材料，P-N结可以吸收太阳光，并在内部建立电场，当在电场两侧接入一定的负载时，负载上就会产生电流，整个过程就是太阳能光伏发电的基本原理。
而太阳能光热发电的原理是，通过反射镜将太阳光汇聚到太阳能收集装置，利用太阳能加热收集装置内的传热介质（液体或气体），再加热水形成蒸汽带动或者直接带动发电机发电。
简要来说，太阳能光热发电分为三个环节，集热环节、利用太阳能加热导热介质、最后通过导热介质带动发动机发电。而相应的针对各个环节，都有不同的方法进行科学的不断尝试来形成最优设计，如：集热环节主要有槽式、塔式、碟式、涅菲尔式等4种；导热工质一般采用水、矿物油或者熔盐；最后可通过水蒸汽朗肯循环、CO2布雷顿循环或者斯特林发动机等发电。
那么太阳能光热发电究竟是怎么运行的呢？我们将用一个已经投入运作的示范项目进行详细说明。
（图1）
图片来源：参考资料1
首先，这种太阳能电厂由定日镜组成。定日镜受电脑的控制，跟随太阳转动，可以将一天的日光都反射到中心点。定日镜占地面积小，可以被单独放置，并且无需深固的地基就可以适应地形。发电厂包括成百上千的定日镜，它们可以通过WIFI互相连接以提高效率，将阳光反射聚集到塔顶上一个叫做接收器的大型热交换器上。
（图2）
图片来源：参考资料1
在接收器内，熔盐流体可通过管道的外壁吸收聚集在此处的阳光中的热量。在此项技术中，熔盐能从500华氏度被加热到1000华氏度以上。因为熔盐在熔融态下可保持较宽的工作温度范围，允许系统在低压工况下，出色、安全地实现能量的吸收和存储，所以它是一种理想的吸热介质。
（图3）
图片来源：参考资料1
经过吸热器后，熔盐沿着塔内的管道向下流动，然后进入储热罐。
（图4）
图片来源：参考资料1
之后，能量以高温熔盐的形式被存储下来以备不时之需。该技术的优点是液态熔盐既可以收集能量，还可以将能量收集与发电分离。
（图5）
图片来源：参考资料1
当白天或晚上需要用电时，水箱中的水和高温熔盐分别流入蒸汽发生器，从而产生蒸汽。
（图6）
图片来源：参考资料1
一旦熔盐用于产生蒸汽后，冷却的熔盐经管道回冷储罐，然后再次流回吸热器，随着过程的继续重新被加热。
（图7 8）
图片来源：参考资料1
蒸汽在驱动汽轮机之后，会被冷凝回水，然后返回储水箱，必要时它将流回蒸汽发生器。
（图9 10）
图片来源：参考资料1
这样高质量的过热蒸汽驱动汽轮机以最高效率运行，以便在用电需求高峰时段产生可靠持续的电力。蒸汽产生的过程与常规火电或核电厂中的过程相似，不同点是完全可再生的且废料和有害排放为零。即使天黑了，电厂仍可按需从可再生的太阳能中提供可靠的电力。
（图11）
图片来源：参考资料1
以上就是一组太阳能光热发电系统整个的运作过程，不知道大家有没有对光热发电有更深入的了解呢？
那么，同样是太阳能发电，为什么光热发电一直“默默无闻”？光热发电明明在科学界中具有一定的探索价值，为什么在人类的日常生活中却没有得到广泛的应用呢？
光热发电vs光伏发电，二者孰优孰劣？
同一种能源的利用，却产生了不一样的亲民性，这是与光热发电和光伏发电各自的优劣势是分不开的。
从集热环节思考，光热发电对于应用地域的要求是高于光伏发电的。光热发电顾名思义就是以热度为标准，需要高温度的辐照，而光伏发电对热度一般没有那么高的要求。我们所适应居住的地点，太阳能辐射强度不足以用于建设光热电站。因此在日常生活中，我们对于光热发电并不熟悉。
从导热介质环节思考，光热发电所使用的熔盐等物质，成本低、价值高、可持续利用，是优于高成本、低寿命的光伏电池的。因此，光热发电的能量储存能力远高于光伏发电。同时，光热发电由于储能效果好，在接入电网时，受到天气环境因素的影响就会小，对电网负荷波动的响应会低。因此，在发电的可调度性上，光热发电更优于光伏发电。
从导热介质带动发动机发电环节思考，光伏发电只需要进行光电转化，而光热发电是经过光电转化后还要进行光热的转化，可见光热的发电步骤更复杂。
不过，光热发电多出的一个环节可应用于其他方面。例如光热发电产生的热度可以降低海水盐度，淡化海水，同时也可以应用于工业生产中。这说明光热发电比光伏发电的应用领域更广。
但同时，多经历一个环节，对科学技术掌握的要求也就更高，运用到实际工程领域的难度也就越大。光热发电难度高于光伏发电，且我国的光热发电研发起步也晚于光伏发电，因此，光热发电的技术仍然在不断健全和完善中。
正所谓原理产生差异，因此各有优劣。那就更需要相互努力，光热发电和光伏发电还有很长的路要走。
道阻且长，未来仍需努力
对于当前能源、资源和环境等问题来说，太阳能源是一种十分有效的解决途径。自太阳能被发现利用以来，能源短缺的现象得到了一定程度的缓解，太阳能的各种优点特性使其在众多能源领域中具有无可替代的地位。
作为两种主要的太阳能利用方式，太阳能光热发电技术与太阳能光伏发电技术优势不同，应用领域也不同，有各自的优势和发展前景。在太阳能发电发展比较好的地方，应该既有光热发电系统，又有光伏发电系统。长期来看，两者是互补关系。
虽然光热发电技术由于某些原因的限制不被大家所熟知，但是在成本、能源的消耗、应用范围、存储状况这些方面，光热发电都是相对较优选择。我们有理由相信，总有一天，无论是太阳能光伏发电技术还是太阳能光热发电技术都将会成为人类科技持续、协调，稳定发展的支柱。
参考资料：
1、https://t.cn/A6qIyppt
（内容转自科普中国）
在已知的清洁能源中，太阳能无疑是目前地球上可以开发的、储量最多的可再生能源。提起太阳能利用，大家首先会想到的是光伏发电，毕竟，太阳能汽车、太阳能充电宝等我们在平常生活中就可以看到。其实，太阳能还有另一种利用方式，太阳能光热发电。
了解光热，记住光热
光伏发电、光热发电，都是利用太阳能发电，差别在于，利用的原理不同。
光生伏特效应是太阳能光伏发电的基本原理，而太阳能电池是完成太阳能到电能转换的载体。太阳能电池是一种含有P-N结的半导体材料，P-N结可以吸收太阳光，并在内部建立电场，当在电场两侧接入一定的负载时，负载上就会产生电流，整个过程就是太阳能光伏发电的基本原理。
而太阳能光热发电的原理是，通过反射镜将太阳光汇聚到太阳能收集装置，利用太阳能加热收集装置内的传热介质（液体或气体），再加热水形成蒸汽带动或者直接带动发电机发电。
简要来说，太阳能光热发电分为三个环节，集热环节、利用太阳能加热导热介质、最后通过导热介质带动发动机发电。而相应的针对各个环节，都有不同的方法进行科学的不断尝试来形成最优设计，如：集热环节主要有槽式、塔式、碟式、涅菲尔式等4种；导热工质一般采用水、矿物油或者熔盐；最后可通过水蒸汽朗肯循环、CO2布雷顿循环或者斯特林发动机等发电。
那么太阳能光热发电究竟是怎么运行的呢？我们将用一个已经投入运作的示范项目进行详细说明。
（图1）
图片来源：参考资料1
首先，这种太阳能电厂由定日镜组成。定日镜受电脑的控制，跟随太阳转动，可以将一天的日光都反射到中心点。定日镜占地面积小，可以被单独放置，并且无需深固的地基就可以适应地形。发电厂包括成百上千的定日镜，它们可以通过WIFI互相连接以提高效率，将阳光反射聚集到塔顶上一个叫做接收器的大型热交换器上。
（图2）
图片来源：参考资料1
在接收器内，熔盐流体可通过管道的外壁吸收聚集在此处的阳光中的热量。在此项技术中，熔盐能从500华氏度被加热到1000华氏度以上。因为熔盐在熔融态下可保持较宽的工作温度范围，允许系统在低压工况下，出色、安全地实现能量的吸收和存储，所以它是一种理想的吸热介质。
（图3）
图片来源：参考资料1
经过吸热器后，熔盐沿着塔内的管道向下流动，然后进入储热罐。
（图4）
图片来源：参考资料1
之后，能量以高温熔盐的形式被存储下来以备不时之需。该技术的优点是液态熔盐既可以收集能量，还可以将能量收集与发电分离。
（图5）
图片来源：参考资料1
当白天或晚上需要用电时，水箱中的水和高温熔盐分别流入蒸汽发生器，从而产生蒸汽。
（图6）
图片来源：参考资料1
一旦熔盐用于产生蒸汽后，冷却的熔盐经管道回冷储罐，然后再次流回吸热器，随着过程的继续重新被加热。
（图7 8）
图片来源：参考资料1
蒸汽在驱动汽轮机之后，会被冷凝回水，然后返回储水箱，必要时它将流回蒸汽发生器。
（图9 10）
图片来源：参考资料1
这样高质量的过热蒸汽驱动汽轮机以最高效率运行，以便在用电需求高峰时段产生可靠持续的电力。蒸汽产生的过程与常规火电或核电厂中的过程相似，不同点是完全可再生的且废料和有害排放为零。即使天黑了，电厂仍可按需从可再生的太阳能中提供可靠的电力。
（图11）
图片来源：参考资料1
以上就是一组太阳能光热发电系统整个的运作过程，不知道大家有没有对光热发电有更深入的了解呢？
那么，同样是太阳能发电，为什么光热发电一直“默默无闻”？光热发电明明在科学界中具有一定的探索价值，为什么在人类的日常生活中却没有得到广泛的应用呢？
光热发电vs光伏发电，二者孰优孰劣？
同一种能源的利用，却产生了不一样的亲民性，这是与光热发电和光伏发电各自的优劣势是分不开的。
从集热环节思考，光热发电对于应用地域的要求是高于光伏发电的。光热发电顾名思义就是以热度为标准，需要高温度的辐照，而光伏发电对热度一般没有那么高的要求。我们所适应居住的地点，太阳能辐射强度不足以用于建设光热电站。因此在日常生活中，我们对于光热发电并不熟悉。
从导热介质环节思考，光热发电所使用的熔盐等物质，成本低、价值高、可持续利用，是优于高成本、低寿命的光伏电池的。因此，光热发电的能量储存能力远高于光伏发电。同时，光热发电由于储能效果好，在接入电网时，受到天气环境因素的影响就会小，对电网负荷波动的响应会低。因此，在发电的可调度性上，光热发电更优于光伏发电。
从导热介质带动发动机发电环节思考，光伏发电只需要进行光电转化，而光热发电是经过光电转化后还要进行光热的转化，可见光热的发电步骤更复杂。
不过，光热发电多出的一个环节可应用于其他方面。例如光热发电产生的热度可以降低海水盐度，淡化海水，同时也可以应用于工业生产中。这说明光热发电比光伏发电的应用领域更广。
但同时，多经历一个环节，对科学技术掌握的要求也就更高，运用到实际工程领域的难度也就越大。光热发电难度高于光伏发电，且我国的光热发电研发起步也晚于光伏发电，因此，光热发电的技术仍然在不断健全和完善中。
正所谓原理产生差异，因此各有优劣。那就更需要相互努力，光热发电和光伏发电还有很长的路要走。
道阻且长，未来仍需努力
对于当前能源、资源和环境等问题来说，太阳能源是一种十分有效的解决途径。自太阳能被发现利用以来，能源短缺的现象得到了一定程度的缓解，太阳能的各种优点特性使其在众多能源领域中具有无可替代的地位。
作为两种主要的太阳能利用方式，太阳能光热发电技术与太阳能光伏发电技术优势不同，应用领域也不同，有各自的优势和发展前景。在太阳能发电发展比较好的地方，应该既有光热发电系统，又有光伏发电系统。长期来看，两者是互补关系。
虽然光热发电技术由于某些原因的限制不被大家所熟知，但是在成本、能源的消耗、应用范围、存储状况这些方面，光热发电都是相对较优选择。我们有理由相信，总有一天，无论是太阳能光伏发电技术还是太阳能光热发电技术都将会成为人类科技持续、协调，稳定发展的支柱。
参考资料：
1、https://t.cn/A6qIyppt
（内容转自科普中国）
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