光热发电创新大会

10月25-26日，西安

核心话题之

“塔式太阳能光热发电系统传动装置优化方向”

定日镜传动装置对塔式电站效率至关重要

塔式光热电站中，数万面定日镜将太阳辐射聚集到吸热塔端的吸热器上，以便汇集高温，收集热量。为了保证持续、稳定的搜集热量，定日镜应该时刻跟踪太阳的位置，通过传动装置在水平方位和俯仰方向进行运动（双轴）。

众所周知，光场系统占光热电站总投资的比例很大，而考虑到定日镜庞大的数量，配套的传动装置在塔式电站中投资也可见一斑。

塔式定日镜常见传动部件---回转减速机

目前在定日镜系统上最常见的传动部件就是下图这个叫做回转减速机的装置。

图1. 双轴回转减速器（来源：华方）

回转减速机一般通过电机驱动来带动定日镜在双轴方向上的旋转。作为一种精密机械，回转减速机在光热发电行业中应用需要将跟踪精度控制在1mrad以内。双包络结构蜗轮与齿面啮合面积大，传动精度更高，抗冲击能力强，其低磨损率可保证长期使用工况下的精度和寿命，更适应于国内光热电站所处的西北地区的严苛环境。

在塔式电站中，水平方位的驱动部件多采用回转减速机，但俯仰角度可选择推杆或者回转减速机。

美国亮源公司的Ivanpah塔式电站一共有173,500面定日镜，据说仅水平方位就采用减速机约18万套左右。而其他光热塔式电站（如西班牙Gemasolar电站，美国新月沙丘电站）则更偏向于65~140平方米的大尺寸定日镜，因此所需的减速机数量相应也大大降低。

塔式定日镜常见传动部件---推杆

推杆则是一种线性驱动装置，相对于同级别其他传动方式，推杆成本优势明显，结构设计简单、高效，安装方便，满足项目进度需求。因此在一些小型定日镜的项目中（如中控德令哈50MW塔式电站），电动推杆被用来控制定日镜在俯仰角上的运动，节省光场的投资成本。而哈密50兆瓦光热项目直接采用Stellio定日镜双推杆结构设计, 定日镜系统成本接近100欧元/平方米。

当然，电动推杆也有着功率密度不大、推杆角度受限等一些问题。

图2. 不同型号的电动推杆（来源：无锡宏霸）

塔式定日镜常见传动部件---液压传动装置

无论是电动推杆还是回转减速机，他们都属于电传动装置，在面对大尺寸定日镜时受到风载、镜自重等原因，输出功率密度不够。特别是有的塔式电站中的定日镜数量很少，但尺寸很大，需要很大的推力，因此广泛使用的液压传动装置成为了新的解决方案。液压的优势在于功率密度大，能够轻松推动大尺寸定日镜，而缺点是传统的液压在精确性控制这块还需要提高。

图3. 液压缸（来源：川润液压）

需根据塔式项目特点选择不同的驱动机构装置

对于电站投资方，则需要根据自身项目特点来选择合适的驱动机构装置。

若采用小型定日镜方案：驱动机构可选择电传动方式，通过采用回转减速机+电动推杆来节省成本；

而对于大尺寸、重型定日镜来说：可根据设备的采购数量、产品单价、后续维护成本来综合考虑采用双回转减速机或者液压传动系统，或者其他系统。

塔式传动装置可能的成本下降方案

根据IRENA的报告，相比2015年，塔式电站的光场投资成本预计到2025年可下降28%，而其中很大一部分就是传动装置，可能的成本下降方案包括：

• 用推杆类线性传动装置替换回转减速器类型的传动装置，从而节约成本；

• 另一种方案则是新型的传动设计，比如数字化液压系统等等可能的方案；

• ……

图4. 2015-2025年塔式电站光场成本下降潜力（来源：IRENA，DLR，2016）

* 由CSP Focus光略咨询根据公开资料研究整理，如有纰漏，欢迎指正。

光热发电相关活动：2018 CSP Focus光热发电创新大会（10月25-26日 西安）