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定日镜对不准导致光热电站损失惨重!三种新型可自动校准定日镜系统有望成“救星”

2020.03.23 来自:CSPFocus光略咨询


位于美国加利福尼亚的377MW超大型塔式光热电站Ivanpah(伊万帕)自2014年投运以来,由于尘土和暴风雨引起的定日镜聚焦问题导致该电站在投运的前24个月内无法实现发电目标。


而在2016年甚至发生了由于定日镜未对准吸热器,导致其中一座塔部分起火,导致当月发电量减少了三分之一以上。



由此典型案例可以看出,定日镜系统若不能精确对准则会严重影响整个塔式光热电站的性能。而在诸如Ivanpah(173,500个定日镜)以及在建的迪拜950MW Noor Energy 1项目中100MW塔式电站(70,000个定日镜)这种大型项目中,定日镜与吸热塔间距更远,其校准问题则显得更加重要。


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在塔式光热发电系统中,定日镜系统占到整体造价的50%左右。如今,定日镜性能已成为太阳能热发电项目开发商降低成本的关键研究领域。


为了更好地解决定日镜聚焦问题,来自欧洲(由西班牙公司主导)和美国的一些团队已研发出了自动校准定日镜技术。相关科研人员表示,采用自动校准定日镜系统可以购买造价很低的定日镜,有效降低光热发电系统成本、缩短镜场施工周期,并可扩大项目选址范围。


这些系统将很快投放市场,其中部分产品有望在一年内实现商业化应用。



下文将介绍三种典型的已研发成功的自动校准定日镜系统:


1、PHOTON定日镜系统西班牙Tewer主导


欧洲PHOTON项目由西班牙Tewer Ingenieria(特威尔)公司牵头,耗资200万欧元。据悉,该团队目前已成功将自动校准技术集成到其新的定日镜设计当中。



该项目参与方还包括西班牙ACCIONA Energy公司(安迅能)、丹麦Aalborg(奥尔堡)光热发电公司以及立陶宛应用研究所在内的多家企业和研究机构。研究团队开发了一种定日镜用的化合物,该化合物将具有球形曲率的玻璃泡沫及玻璃夹芯集成在一起,可避免玻璃纤维堵塞以及温度引起的校对失准问题。


该系统的光学质量偏差为0.6毫弧度(mrad),明显优于当前定日镜系统可达到2mrad偏差的较先进水平。同时,研发团队已将该技术与由光伏电池供电的独立无线通信系统集成在一起,可提高自动校准功能。



Tewer项目工程师José M.Blázquez Serrano解释说,定日镜可通过内置传感器追踪太阳活动轨迹,此外,该系统还避免了在定日镜场中使用地基、地沟和电缆等,大大降低了系统成本。

Blázquez补充道,若ACWA Power在南非开发的100MW红石(Redstone)塔式项目采用该技术,定日镜系统可减少29.7%资本支出,将运营成本降低8.8%,理论上整体LCOE(平准化度电成本)可减少11.9%。


2、SHORT可扩展定日镜校准系统(西班牙CENER和IK4-TEKNIKER)


西班牙研究机构CENER和IK4-TEKNIKER联合开发一种可扩展的定日镜校准系统(Scalable HeliOstat calibration sysTem,简称SHORT),IK4-Tekniker热工程部主管Cristobal Villasante表示,该系统可在“不到一小时”内自动识别聚焦偏差并重新校准。



在该系统中,摄像机连接到低成本的定日镜上,并对准位于已知位置的各种目标,从而使其可以将实际位置与预期位置进行比较。为了获得允许定日镜修改监视顺序的数据,需要在各个位置重复此过程。该过程可以自动化,不需要人工干预。


随着单机规模的不断扩大,塔式光热电站反射镜场面积也越来越大


Villasante介绍说,测试已经证实了该校准系统准确性“大于0.25 mrad”。目前该系统已经在几个定日镜上得到了验证,相关合作伙伴希望与供应商合作,进一步开发出商业化和集成化的解决方案。


据了解,采用SHORT自动校准方案后,光热发电系统可降低对定日镜产品的要求,以便开发商采购相比目前成本更低的定日镜产品,从而将大大节约光热电站成本。


3、美国Heliogen“闭环”算法定日镜自动校准系统(获比尔·盖茨基金支持)


在比尔·盖茨(Bill Gates)的支持下,美国初创光热发电企业Heliogen开发了一个独立的太阳能发电系统,该系统采用“闭环”算法自动校准定日镜。即使配套低成本的定日镜系统,也可以使系统整体性能达到最优。



该系统使用摄像机和先进的计算机可视化软件来更精确地对准定日镜并提高太阳能聚光效率。经测试,定日镜反射阳光精度提高后系统可实现1000°C以上的温度。

Heliogen公司业务和产品开发副总裁Fatimah Bello表示,由于闭路控制器可以校正开路控制器会遇到的非线性和其他制造差异,我们可以使用成本相对较低的传输系统来实现较高的聚焦精度。



智能校准技术还可以通过同时校准定日镜来大大缩短安装时间和建造成本。Bello补充道,我们的系统避免了定日镜场漫长的校准过程,最终只要花费数小时或数天,而非数月的时间,便可使该镜场投入运行。


此外,自动校准解决方案还使定日镜安装速度更快,安装成本也大幅降低。在土建工程要求较大、劳动力价格较高的的地区效益则更加明显。


Heliogen董事会表示,我们正在研究回收期限仅为两年的项目,争取在2020年第四季度到2021年第一季度之间开展一部分项目的开发建设工作。





相关线下活动:


第十届光热发电中国聚焦大会2020(5月20-21日,中国北京)

第五届光热发电中东北非大会2020(6月23-24日,阿联酋迪拜)


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