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塔式定日鏡規(guī)格不一大小鏡孰優(yōu)孰劣？

發(fā)布者：本網(wǎng)編輯部 | 來源：CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng) | 7評(píng)論 | 26878查看 | 2013-09-26 14:46:00

CSPPLAZA光熱發(fā)電網(wǎng)報(bào)道：定日鏡一詞來源于英文單詞“heliostat’”，而heliostat一詞又是希臘單詞helios (太陽) 和stat (固定的)的組合，其意即“固定住太陽”，形象地詮釋了太陽能定日鏡依托支撐結(jié)構(gòu)和跟蹤控制系統(tǒng)時(shí)刻追蹤太陽的特點(diǎn)。

塔式定日鏡由跟蹤控制器、機(jī)械支撐結(jié)構(gòu)和反射鏡三大組件構(gòu)成，和槽式集熱系統(tǒng)不同，槽式集熱器已經(jīng)形成了較為統(tǒng)一的國際慣例，如槽式RP1~RP5的反射鏡規(guī)格伴隨多種槽式集熱器的設(shè)計(jì)變化而更迭，最成熟的RP3反射鏡的大規(guī)模應(yīng)用。塔式定日鏡的規(guī)格因設(shè)計(jì)方的不同而不同，不同的設(shè)計(jì)方有不同的尺寸設(shè)計(jì)，甚至于會(huì)因項(xiàng)目的不同而有不同的定日鏡規(guī)格設(shè)計(jì)。可以說，塔式定日鏡完全不是標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，而是定制化產(chǎn)品。

不同規(guī)格的定日鏡

塔式定日鏡的主體即反射鏡，反射鏡的制造由反射鏡廠商負(fù)責(zé)，但反射鏡的規(guī)格，如長度、寬度及面積則由項(xiàng)目設(shè)計(jì)方設(shè)計(jì)。從1980年代的solar one塔式電站開始，塔式定日鏡開始走向規(guī)模化的實(shí)際電站應(yīng)用。到今天30余年過去了，塔式定日鏡的規(guī)格設(shè)計(jì)依然因不同的項(xiàng)目開發(fā)商而各具特色。

圖：solar one電站定日鏡

圖：solar two電站新型定日鏡

Solar One和Solar Two是美國能源部主導(dǎo)建設(shè)的一個(gè)科研性的10MW大規(guī)模塔式電站，Solar One采用的定日鏡大小為40平方米，單套定日鏡共配置12面小反射鏡；Solar Two在Solar One的鏡場基礎(chǔ)上增加了108套新型定日鏡，新增定日鏡的面積大小為95平方米，由64面反射鏡按每16面（4*4）組成一個(gè)正方形布置。

圖：SEDC項(xiàng)目的定日鏡

圖：Coalinga項(xiàng)目的定日鏡

圖：Ivanpah項(xiàng)目的定日鏡

BrightSource作為塔式光熱電站的領(lǐng)先開發(fā)商，其定日鏡的規(guī)格設(shè)計(jì)也經(jīng)歷了多次變化。2007年，其在以色列建設(shè)的首個(gè)6MWth的SEDC光熱發(fā)電示范項(xiàng)目采用的定日鏡的面積為78平方英尺（約7.25平方米），一套定日鏡系統(tǒng)由一面反射鏡和一個(gè)雙軸跟蹤系統(tǒng)及支架構(gòu)成。2009年，其位于加州的29MWth的Coalinga光熱輔助石油熱采項(xiàng)目采用了新的定日鏡設(shè)計(jì)，一套定日鏡系統(tǒng)由兩面反射鏡組成，反光面積增加到155平方英尺（約14.4平方米）。2011年，BrightSource在其開始建設(shè)的全球最大的塔式電站Ivanpah項(xiàng)目中采用的定日鏡設(shè)計(jì)沿用了這種雙面鏡設(shè)計(jì)，但尺寸略有增加，增至163平方英尺（約15.1平方米）。

圖：PS10&20的定日鏡

阿本戈開發(fā)的PS10和PS20塔式電站采用的定日鏡的尺寸均為1291平方英尺（120平方米），一套定日鏡系統(tǒng)共配裝28面反射鏡，按4*7順序布置。單面反射鏡面積約為4.25平方米。其目前在南非開發(fā)的Khi塔式電站將采用Rioglass生產(chǎn)的新型超薄微弧反射鏡，具體的定日鏡設(shè)計(jì)可能會(huì)因之改變。據(jù)NREL的資料，其南非電站的定日鏡面積將增大至140平方米。

圖:新月沙丘電站定日鏡

熔鹽型塔式電站開發(fā)商SolarReserve在其在建的110MW的新月沙丘電站中采用的定日鏡設(shè)計(jì)為115平方米大小，一套定日鏡配35面反射鏡，按5*7順序排列，單面反射鏡的面積約為3.3平方米。

圖：Gemasolar電站的定日鏡

已建成的Gemasolar塔式電站的定日鏡設(shè)計(jì)規(guī)格也為120平方米，由Sener公司設(shè)計(jì)，其與阿本戈P(guān)S10和PS20采用的定日鏡大小相同，與SolarReserve的定日鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相似，也是由35面反射鏡組成，按5*7順序排列，但單面反射鏡的面積增大為3.4平方米左右。

圖：eSolar公司設(shè)計(jì)的定日鏡

另外一些企業(yè)也開發(fā)了不同的定日鏡設(shè)計(jì)，如模塊化塔式光熱發(fā)電技術(shù)公司eSolar的定日鏡大小僅僅1.1平方米左右，中控太陽能公司設(shè)計(jì)的定日鏡規(guī)格大小僅2平方米。

大小定日鏡孰優(yōu)孰劣？

定日鏡的設(shè)計(jì)歷經(jīng)多年變遷，大小從1平方米到100多平方米不一，業(yè)內(nèi)對(duì)定日鏡的大小問題一直以來存在不少爭論，但直到今天，仍沒有人能百分百地確定大定日鏡更好還是小定日鏡更優(yōu)。這主要是因?yàn)檫@很可能是一個(gè)沒有標(biāo)準(zhǔn)答案的問題，塔式光熱電站的系統(tǒng)性很強(qiáng)，定日鏡的設(shè)計(jì)要根據(jù)項(xiàng)目地的實(shí)際環(huán)境和項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求，依托整體系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，一切應(yīng)以最小化電站投資成本和度電成本為準(zhǔn)則。

上海晶電新能源有限公司總經(jīng)理陳煜達(dá)在接受CSPPLAZA記者采訪時(shí)表示，對(duì)于定日鏡的尺寸，不能武斷的說大的好還是小的好。大定日鏡和小定日鏡各有利弊。他從以下幾個(gè)方面詳盡地解釋了大定日鏡和小定日鏡的區(qū)別。

第一，就定日鏡本身的生產(chǎn)制造來看，塔式定日鏡由于焦距都很遠(yuǎn)，對(duì)精度要求較高，一般都要求控制在0.1毫弧度~2毫弧度之間。因此，大定日鏡的研發(fā)難度要高些，因?yàn)殓R子越大，要做到毫弧度級(jí)別的精度就越困難。在實(shí)際項(xiàng)目中，大定日鏡往往用在大塔項(xiàng)目中，對(duì)精度的要求會(huì)很高。而小定日鏡在設(shè)計(jì)和制造方面的難度要大大降低。

第二，從定日鏡的驅(qū)動(dòng)控制角度來看，小定日鏡意味著有更多的控制節(jié)點(diǎn)，也意味著需要更多的電機(jī)和電氣控制系統(tǒng)，更多的電氣控制意味著更多的線纜和更加復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。比如，eSolar的一個(gè)5MW的塔式系統(tǒng)需要4萬多個(gè)控制節(jié)點(diǎn)，必須分層控制，更多的節(jié)點(diǎn)就會(huì)帶來更多的網(wǎng)絡(luò)問題，大定日鏡相對(duì)要好些。總的來看，小定日鏡的最大難點(diǎn)是控制節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，以及在控制網(wǎng)絡(luò)中對(duì)控制信息的處理方面難度較大。

工程實(shí)踐中，小定日鏡用于小塔不需要實(shí)時(shí)追日，可以較長時(shí)間間隔性追日；而大定日鏡基本用在大塔上，要求實(shí)時(shí)或者秒級(jí)的追日間隔。如果同一個(gè)子網(wǎng)擁有同樣多的鏡子，那么大定日鏡系統(tǒng)的追日命令將是小定日鏡系統(tǒng)的幾倍~幾十倍。網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定和防擁塞問題會(huì)是一個(gè)比較棘手的問題，在實(shí)際操作中不能寄希望于把追日計(jì)算放到定日鏡控制器上。（在零下20攝氏度~零上80度的溫度區(qū)間，在需要防塵、防水、防鹽堿的條件下，符合經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算機(jī)都是不可能做到的。）

第三，對(duì)于定日鏡的安裝與調(diào)試問題。小定日鏡的安裝調(diào)試更加簡便，而大定日鏡要相對(duì)復(fù)雜很多。小定日鏡依靠人力和一臺(tái)小鏟車就可以安裝，而大定日鏡則可能需要40噸的汽吊，這就涉及到大量的機(jī)施費(fèi)用。大定日鏡對(duì)地樁的要求較高，需要打5~8米深的地基，澆筑鋼筋混凝土樁基，小定日鏡采用光伏發(fā)電類似的細(xì)樁即可，甚至于eSolar的小定日鏡都不需樁基，直接采用浮地設(shè)計(jì)。另外，無論哪種定日鏡在安裝中都需進(jìn)行調(diào)試。大定日鏡數(shù)量少，可以采用人工方式調(diào)試，而小定日鏡如果沒有很好的自動(dòng)校正補(bǔ)償機(jī)制，基本沒有可能進(jìn)入到工程化階段。

第四，從土地利用率的角度來看，同等裝機(jī)下，大定日鏡的土地利用率要小于小定日鏡。理想的定日鏡設(shè)計(jì)應(yīng)是寬度大于高度，呈扁長型。

第五，從吸熱器的角度考慮，小塔的吸熱器吸熱面較小，考慮到光斑大小，必須采用小定日鏡，大塔的吸熱器吸熱面較大，只要解決吸熱器局部過熱的問題，大小定日鏡都可以使用。我們可以由此引申來探討一下采用大塔還是小塔的問題。從熱工角度看，大塔比小塔更合理，比如只有一個(gè)吸熱節(jié)點(diǎn)，熱工管道短，沒有多個(gè)小塔的熱平衡和調(diào)配問題。但是大塔一般在120米以上，鏡場半徑可能超過1公里，而超過750米的定日鏡的光學(xué)效率就非常非常低了，可能太陽的盤角造成的光斑就遠(yuǎn)大于吸熱器的截面積，并且余弦效率等關(guān)鍵指標(biāo)都會(huì)較低。同時(shí)，塔越高，越接近內(nèi)圈的定日鏡光斑就越不容易控制，而理論情況是靠近內(nèi)圈的定日鏡由于焦距短，應(yīng)該是最容易控制的。

陳煜達(dá)最后表示，直接比較大定日鏡和小定日鏡的優(yōu)劣可能并不合理，必須納入到系統(tǒng)中去，從造價(jià)、工程、運(yùn)維等多個(gè)方面進(jìn)行比較。最關(guān)鍵的還是要看LCOE。他同時(shí)呼吁，雖然塔式技術(shù)目前的應(yīng)用還少，但塔式是方向，也更適合我國的情況。國內(nèi)廠商特別是機(jī)械制造廠商、電氣控制廠商等應(yīng)合作起來共同推動(dòng)適合我國實(shí)際電站開發(fā)環(huán)境的定日鏡技術(shù)的研發(fā)。我們應(yīng)當(dāng)學(xué)習(xí)槽式集熱器技術(shù)發(fā)展初期的經(jīng)驗(yàn)，多個(gè)廠商發(fā)揮各自特長，進(jìn)行聯(lián)合開發(fā)，確定2~3個(gè)形制，不要搞百花齊放，先整合出幾個(gè)完整的方案和產(chǎn)品鏈條來，才能使塔式定日鏡技術(shù)盡快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

評(píng)論

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7人參與

GSHHONG

造價(jià)只是成本的一部分。就我國而言，光電塔只能建在陽光充足的北方，但伴隨著陽光的是大風(fēng)和砂塵，會(huì)造成鏡面乃至支架的振動(dòng)和搖擺，鏡面越大控制其穩(wěn)定越困難，而且鏡面也難以進(jìn)行保潔等日常維護(hù)（除非具備鏡面自動(dòng)保潔裝備）。這些也是必須面對(duì)的全壽命周期的成本壓力。

2021-12-27 23:20:52

GSHHONG

2021-12-27 23:20:47

GSHHONG

2021-12-27 23:04:58

jiangssli

目前主流是小鏡面和大鏡面的，50-60左右的中型鏡面商業(yè)化應(yīng)用不多，不知道是因?yàn)槭裁丛颉BP的也不知道能不能落地到商業(yè)化電站上。

2017-12-05 15:00:47

JimSu

小鏡子連續(xù)生產(chǎn)，間隙造成的原料浪費(fèi)，勢必造成成本的增加，這個(gè)是最關(guān)鍵的瓶頸。

2013-12-20 15:36:30

suntos

porpeis這位朋友是哪位高人啊？廣核的嗎？

2013-10-10 18:08:15

porpeis

還有很重要的一點(diǎn)就是小鏡子單位面積的造價(jià)肯定高一些。

2013-09-25 16:52:06

馬上參與