伊万帕太阳能光热发电站（Ivanpah Solar Electric Generating System）坐落在美国加州莫哈韦沙漠，装机392兆瓦（包括三座装机分别为133MW、133MW和126MW的塔式电站），占地面积约14.16平方公里，由NRG能源、谷歌与亮源能源（BrightSource）合作开发，总投资22亿美元，其中包括美国能源部16亿美元贷款担保。
图：美国伊万帕392MW水工质塔式光热电站（图片来源：Michael Wagner）
伊万帕电站采用水作为传热工质，173500面定日镜反射阳光至三座140米高的吸热塔，加热吸热器内的水，产生的高温高压蒸汽直接进入汽轮机组发电。一塔配一台汽轮机组，相互独立。项目于2010年10月破土动工，2013年底并网，2014年2月正式投运。项目建设阶段用工超1000人，投运后为当地社区创造了80余个运维固定岗位。它是全球规模最大的水工质塔式光热电站，被奥巴马政府视作美国清洁能源转型的标志性样板。
图：运行中的伊万帕光热电站（图片来源：David McNew/Getty Images）
然而，从建设到运营的十余年间，这个项目持续深陷生态争议、发电能力不达标、天然气消耗超标、经济性不足等多重挫折。2025年，在购电方和业主达成提前关停两台机组的协议后，加州公用事业委员会（CPUC）最终否决关停方案，要求电站继续维持运行。目前，伊万帕光热电站进入了一个特殊状态：发电不达标、燃气消耗高于预期、电价缺乏竞争力、生态争议持续存在，而且只能像光伏一样白天发电，但因为电网安全需求，仍可以继续留在电力系统中运行。
一直背负“生态争议”
项目从规划阶段就背负“生态争议”。场址地处莫哈韦沙漠原生荒漠，是受威胁物种莫哈韦沙漠陆龟的核心栖息地。开发商投入大量资金对陆龟进行捕捉、迁地安置并配套栖息地补偿，但塞拉俱乐部等环保组织始终批评项目选址本身就破坏了珍贵荒漠生态，从源头就不该获批。投运之后，更轰动的争议来自“流光（streamers）”现象：定日镜将太阳光汇聚到140米高的吸热塔，局部通量区温度极高；强光吸引昆虫，食虫鸟类追逐昆虫飞入高温区域，在空中被灼烧，拖着青烟坠落。联邦生物学家在2016年《洛杉矶时报》报道中估算，每年约有6000只鸟类死于灼烧或撞击；而电站首年自行监测报告给出的估算为每年约3500只，死亡数字长期存在巨大分歧。运营方不认可偏高估算，但鸟类被强光灼伤这一事实本身没有争议。后续行业陆续测试了高频声驱、优化定日镜瞄准策略、非杀伤性驱离等缓解手段，同行评审监测数据显示，鸟类死亡率逐步下降，2022年降至约0.34只/吉瓦时，接近风电水平、低于常规化石能源电站，但早期“烤鸟电站”的标签已经牢牢贴在伊万帕身上。
图：昆虫（也可能是飞鸟）一旦飞得过近，就会坠入巨型吸热器的高温区域，伴随着一缕缕青烟坠落到地面，电站工作人员将这一现象称作“streamers（飘带）”。 （图片来源：马克・博斯特/《洛杉矶时报》）
图：伊万帕光热电站利用声波驱避装置，防止蝙蝠靠近凝汽器。 （图片来源：马克・博斯特 / 《洛杉矶时报》）
图：电站内的音箱播放特定声波，用以驱离鸟类。（图片来源：马克・博斯特/《洛杉矶时报》）
设计的“缺陷”——没有储热的直接蒸汽电站
在目前光热发电几乎全部配置储热系统的时代，生态争议更早暴露的是工程设计与运行短板。伊万帕采用直接蒸汽发生技术、没有配置储热系统被看成是除了“生态争议”之外的另一个“设计缺陷”，这一选择埋下所有经济与运行难题。设计预期年发电量940吉瓦时，但电站投运后长期难以达标：多数年份仅达到设计值70%-80%，2024年实际发电量约726吉瓦时，仅为设计目标的77%。
图：伊万帕光热电站的年发电量 [来源：现任及曾任落基山国家实验室（原美国国家可再生能源实验室 NREL）的资深太阳能研究人员Jeffrey Gifford, Alexander Zolan, Guangdong Zhu, Mark Mehos & Steve Schell联合在《Nature》合作期刊《npj Thermal Science and Engineering》发表的简报文章。依据美国能源信息署（EIA）统计得到的伊万帕光热电站三台机组仅太阳能工况下的历史累计发电量数据（绿色区域）。出力不足部分（黑色区域）由实际发电量减去修正后预期发电量计算得出。修正后预期发电量，基于公开的设计预期发电量、历史法向直接辐照度（DNI）代表的实际光照气象条件以及典型气象年法向直接辐照度计算得到。白色部分代表太阳能实际出力占修正后预期发电量的百分比。注：2014年电站处于逐步爬坡至满负荷的运行阶段，出现出力不足属于预期现象。]
落基山国家实验室热能系统研究组资深研究人员发文表示，采用直接蒸汽方案是伊万帕诸多难题的根源，最突出的短板就是直接蒸汽系统无法实现有效储热。因此伊万帕的出力曲线完全跟随太阳辐照；午后云层飘过，就可能造成热力循环停机，直到光照条件恢复。因为没有储热系统，机组启动与待机阶段必须燃烧辅助燃料（天然气）。频繁的热力启停循环，带来大量运行难题。在午间光伏电力大量涌入市场、电价持续走低，电网开始青睐傍晚可调电力的新环境下，这座无储热直接蒸汽塔式电站的竞争处境愈发被动：它只能在全天电价最低、甚至负电价时段发电，同时背负高昂固定投资成本。
在最初的许可方案中，运营方预估辅助锅炉日均仅需燃烧1小时天然气完成启动。但试运行数月后，运营方发现实际工况下锅炉日均运行时长达到5小时，于是在2014年3月向加州能源委员会提交许可变更申请，提出稳定运行需要日均4.5小时燃气，同时申请废除天然气消耗不超过太阳能能量5%的约束条款。2014年8月27日，加州正式批准上调单台机组年度天然气限额，由3.28亿立方英尺提升至5.25亿立方英尺，涨幅约60%。同时允许清晨开机预热、夜间维持系统温度、停机保管道温度的燃气，不计入5%的核算基数之内。上调用气限额之后，电站天然气燃烧对应的二氧化碳年排放最高可达92200吨，这与其他光热电站“零碳清洁”的定位形成强烈反差。根据我国生态环境部2024电力碳足迹因子（全生命周期）数据，我国光热发电碳足迹因子仅为0.0312 kgCO₂e/kWh，在主要发电类型中仅次于核电和水电，是光伏的60%——光热发电不仅是“绿色电力”，更是“超低碳电力”。
然而，一位不便透露姓名的资深研究人员表示，伊万帕是第一个百兆瓦级塔式光热电站，设计的初衷应该是积累经验。电站的建设运行，促进了之后商业塔式电站的成功开发。
并非一无是处
——定日镜场的表现近乎达到设计预期
伊万帕光热电站虽然没有达到设计出力，但并不代表项目所有环节都是失败的。太阳能集热系统，包括定日镜场控制系统、太阳跟踪算法、镜面定位精度与镜场布局优化，在技术层面取得了近乎圆满的成功。
Jeffrey Gifford等在简报中写道：“尽管伊万帕饱受舆论争议，规模庞大的定日镜场可以满足热力循环的设计工况需求，这是行业一项重要技术成果，也证明定日镜技术具备规模化落地潜力。多年来，伊万帕数万面定日镜均可独立自动跟踪太阳。镜场可用率稳定维持在92%–94%，多数日子里汽轮机能够按照设计工况运行。”也就是说，定日镜镜场本身运行效果接近预期。真正的问题，出在热量的利用方式上。
经济性不足，购电方的关停申请被驳回
2010年伊万帕规划阶段，光伏平准化度电成本超过30美分/千瓦时，伊万帕光热电站接近20美分/千瓦时的购电价格具备可比较空间；到2024年，新建公用光伏购电均价跌至6美分/千瓦时，伊万帕电价显著高于市场主流选择，经济竞争力彻底丧失。2025年1月，两家购电企业提出，伊万帕出力不足、运行成本高昂，希望提前终止1号、3号机组合计约250兆瓦的购电合同，合同于2013 年签署，2039 年到期。
然而，加州公用事业委员会于2025 年 12 月驳回了购电方提出的伊万帕1 号、3 号机组购电协议提前终止的申请。监管机构表示，需要维持现有清洁电源持续并网运行，加州用电需求不断上涨；仅配套输电工程投入的数亿美元沉没成本，就已经超过电力公司所称的损失。CPUC同时担忧，联邦政策近期变动抬高了新建可再生能源项目的审批门槛：税收抵免政策不确定性、进口设备新增关税、大型风光项目土地管控收紧，都让新建替代项目充满变数。与此同时加州仍坚持 2030 年可再生能源占比 60% 的目标，距离该目标仅剩四年。综合以上因素，相比直接放弃项目，寻找方案让伊万帕这类早期塔式光热的特殊案例实现经济可行，具备更高价值。
改造为熔盐储热电站
——一个兼顾持续运行和盈利双重诉求的解决方案
和后续美国本土以及海外建成的绝大多数光热发电项目不同，伊万帕建设时没有配置储热系统，限制了它适应电网条件变化的能力。缺少储热能力，缺乏调节能力，使得伊万帕在加州电价最低（部分时段甚至为负电价）的时段输出高价电力。
依托NLR的系统顾问模型SAM，落基山国家实验室Jeffrey Gifford等对伊万帕电站经济性进行了分析，并提出了备选发展方案，原文详见参考来源12。
研究结果显示，对照 2014 年的测算情景（即采用固定分时电价 TOD），按照当前电网电价来看，电站收益已经跌入负值区间。当前的分时电价系数，是通过对加州独立系统运营商（CAISO）下属 SP‑15 电力区块的小时节点边际电价做归一化处理得出，伊万帕电站就坐落于该区块。分时电价系数会作为乘数，作用于基准购电协议（PPA）电价，以此纳入真实电网工况、以及上网电能的时间价值：日间中段电力供给充足、电价更低；而傍晚至晚间时段电力供给偏少、用电需求更高，电价更贵。
与之形成对比：一座设想中建于伊万帕场址、配套 12 小时储热的熔盐塔式系统，在当前电网电价下，内部收益率（IRR）比伊万帕原电站在 2014 年电价水平下（同等购电协议条件）高出 30%。
如果购电协议终止（文章写于2025年7月，那时终止与否尚未出结果），研究人员提出了两种发展方案。
方案一：保留伊万帕现有仍可正常工作的太阳能镜场（合计拥有超过 17 万台可用定日镜），在吸热塔上加装全新熔盐吸热器并配套储能系统。按照 2024 年分时电价机制测算，一套设想中的改造型熔盐塔式光热电站（配备12小时储热系统TES），在假定塔体与定日镜几乎无新增成本的前提下，购电协议电价可低至 6.99 美分 / 千瓦时。由于改造成本（例如为承载更重换热介质而对塔体进行改造）存在高度不确定性，本分析针对预备金成本设置了敏感性分析；若额外增加 50% 预备金，该设想项目的购电协议电价将上涨 33%。
方案二：拆除这套聚光光热设施，替换为光伏阵列搭配 4 小时时长的锂离子电池储能系统 —— 这是加州目前十分普遍的配置。
这套“光伏 + 锂电储能”系统的供电成本，会比上述熔盐改造方案高出 40%–80%；在内部收益率相同、占地规模相近的条件下，其成本也比全新建设一套带 12 小时储热的熔盐塔式光热电站高出 20%。
根据测算，该光热改造方案的容量因子可超过60%，而“光伏 + 锂电” 方案容量因子不足 30%。
关于从水工质改为熔盐储热，我国早有成功案例。青海中控德令哈10MW塔式光热电站就是由水工质改为熔盐工质的项目，电站于2013年7月并网发电，2016年熔盐吸热、储热、换热系统改造投运，至今平稳运行。伊万帕建成之后十余年里，几乎所有新建商业化光热电站都标配熔盐储热；即便是同样采用BrightSource塔式定日镜控制系统的摩洛哥努奥项目、迪拜塔式光热项目，也都配置了储热系统。我国建设的太阳能热发电示范项目均配置了不同储热时长的的熔盐储热系统。如果谷歌及其合作方选择为伊万帕加装储热改造，落实 CPUC持续运行的要求，中国拥有多年塔式熔盐光热商业化运营经验，恰好可以提供改造所需的成熟工程技术支撑。
写在最后
伊万帕的挫折，不是单一技术选择的失败，而是多重选择叠加的结果：直接蒸汽无储热路线的先天局限、低估荒漠运行复杂性、早期许可对天然气需求判断失误、恰逢光伏成本断崖式下跌、荒漠生态保护和新能源开发的尖锐冲突共同造就了它充满争议的命运。
它同时提供了正反两方面的经验：一方面，聚光光热发电的价值核心在于储能和可调度能力，无储热的光热电站在光伏+电池的竞争下难以独立生存，这也是此后全球新建大型光热发电项目普遍配套6–17.5小时熔盐储热的原因；另一方面，荒漠地区大型新能源项目必须前置评估野生动物风险，简单的事后补救措施很难消除长期舆论与生态争议。而加州最终否决关停的决定也揭示一个现实：电力系统决策并不只看经济性指标，电网可靠性、资源多元性有时会“战胜”单纯的成本算账。伊万帕可以看作一次成本高昂的产业示范试验：作为清洁能源示范工程，它在展现塔式光热技术潜力的同时，也警示开发者需要充分权衡荒漠生态保护、电力市场周期以及电网运行约束等因素。
参考来源：
[1]https://edition.cnn.com/2025/02/13/climate/ivanpah-desert-solar-closing
[2]https://www.energy.gov/sites/prod/files/2014/05/f15/2014_csp_report.pdf
[3]https://www.energy.ca.gov/powerplant/solar-thermal/ivanpah-solar-electric-generating-system
[4]https://docs.house.gov/meetings/II/II15/20160714/105244/HHRG-114-II15-20160714-SD002.pdf
[5]https://www.pbssocal.org/redefine/ivanpah-solar-plant-owners-want-to-burn-a-lot-more-natural-gas
[6]https://www.latimes.com/local/california/la-me-solar-bird-deaths-20160831-snap-story.html
[7]https://energiesmedia.com/ivanpah-solar-mirrors-energy-failure-sun/
[8]https://www.cnn.com/2025/02/13/climate/ivanpah-desert-solar-closing
[9]https://docs.house.gov/meetings/II/II15/20160714/105244/HHRG-114-II15-Wstate-KreutzerD-20160714.pdf
[10]https://www.latimes.com/local/california/la-me-solar-bird-deaths-20160831-snap-story.html
[11]https://www.solarpaces.org/solar-experts-offer-a-solution-to-satisfy-both-sides-in-ivanpah-decommissioning-battle/
[12]https://www.nature.com/articles/s44435-026-00007-4?error=cookies_not_supported&code=cd117ead-fa5f-4f70-9b5d-783eca2fa582