在塔式光熱發(fā)電系統(tǒng)中，占整體造價約50%的定日鏡系統(tǒng)如果不能精確對準則會嚴重影響電站性能。對于大型塔式光熱電站來說，由于定日鏡與吸熱塔間距較遠，其校準問題則顯得更加重要。
以美國知名光熱電站、裝機377MW的Ivanpah塔式電站為例，自2014年投運以來，由于污垢和風暴引發(fā)的定日鏡聚焦問題導致該電站在投運前兩年沒有達到發(fā)電目標。2016年，因為定日鏡聚焦失誤甚至曾引起一座吸熱塔發(fā)生火災，并嚴重影響該電站當月發(fā)電量。
為了解決定日鏡聚焦問題，來自歐洲和美國的一些海外相關研發(fā)團隊正在通過使用最新的攝像機和自動化技術與產品來開發(fā)可自動校準的定日鏡系統(tǒng)，部分產品有望在一年內實現(xiàn)商業(yè)化應用。
相關科研人員表示，采用自動校準定日鏡系統(tǒng)將可以帶來多重好處，可以有效降低光熱發(fā)電成本、縮短鏡場施工周期并擴大選址范圍。
1 有效降低光熱系統(tǒng)成本
據(jù)悉，耗費220萬美元、由西班牙Tewer Ingenieria主導的歐洲PHOTON項目目前已成功將自我校準技術集成到一個新的定日鏡設計中。
Tewer和ACCIONA Industrial、Aalborg CSP和現(xiàn)代電子技術公司等合作伙伴聯(lián)合開發(fā)了一種定日鏡復合材料，該復合材料包含一種彎曲的球形玻璃泡沫夾層，該夾層可有效緩解阻塞問題和溫度引起的校對失準問題。
與目前定日鏡系統(tǒng)可達到2mrad偏差的較先進水平相比，Tewer等研發(fā)的定日鏡系統(tǒng)實現(xiàn)了0.6mrad偏差。同時，研發(fā)團隊還將該技術與由光伏電池供電的自主無線通信系統(tǒng)相結合，可實現(xiàn)自我校準功能。
Tewer項目工程師Jose M.Blazquez-Serrano表示，定日鏡可以通過內置傳感器來記錄其跟蹤太陽的合適運動軌跡，同時因采用光伏供電，該系統(tǒng)去掉了定日鏡區(qū)域大量基礎制作、溝渠挖掘和線纜布置工作，大大降低了系統(tǒng)成本。
Jose M.Blazquez-Serrano補充道，根據(jù)建模數(shù)據(jù)，ACWA電力公司在南非開發(fā)的裝機100MW的Redstone項目若采用該技術，定日鏡系統(tǒng)可減少29.7%資本支出，減少8.8%運營支出，整體LCOE(平準化度電成本)可減少11.9%。
2 可配套較低成本的定日鏡產品
同時，西班牙集團CENER和IK4-TEKNIKER則聯(lián)合開發(fā)了一種可擴展的定日鏡校準系統(tǒng)，該系統(tǒng)可在“不到一小時”內識別聚焦偏差并重新校準。
該系統(tǒng)將攝像機連接在一個低成本的定日鏡上，并指向幾個放置在已知位置的目標，使攝像機能夠比較實際位置和預期位置。這個過程在幾個位置重復，以產生數(shù)據(jù)，使定日鏡能夠修改跟蹤命令。該程序可以自動化，因此不需要人工交互。
據(jù)了解，采用自動校準方案后，系統(tǒng)可降低對定日鏡產品的要求，以便開發(fā)商采購相比目前成本更低的定日鏡產品，因此將大大節(jié)約費用。
據(jù)IK4-TEKNIKER方面介紹，經(jīng)測試該校準系統(tǒng)精度可實現(xiàn)優(yōu)于0.25mrad，加上所需硬件最終造價將低于目前同類產品。目前該系統(tǒng)已經(jīng)在幾個定日鏡上得到了驗證，相關合作伙伴希望與供應商合作，進一步開發(fā)出商業(yè)化和集成化的解決方案。
無獨有偶，在比爾·蓋茨的支持下，來自美國的初創(chuàng)公司Heliogen也成功開發(fā)出一種基于“閉環(huán)”算法的自動定日鏡校準系統(tǒng)，即使配套低成本的定日鏡系統(tǒng)，也可以使系統(tǒng)整體性能達到最優(yōu)。
據(jù)介紹，該技術使用攝像機和先進的計算機視覺軟件，以更精確地校準定日鏡，提高聚光效率。測試表明，定日精度提升后可以實現(xiàn)1000℃以上的系統(tǒng)溫度。
Heliogen公司業(yè)務開發(fā)和產品副總裁Fatimah Bello表示：“因為閉環(huán)控制器可以校正開環(huán)控制器難以或不可能校正的非線性和其他制造缺陷，我們可以通過一個相對低成本的驅動系統(tǒng)實現(xiàn)高跟蹤精度。”
3 大大縮短建設周期
智能的自我校準技術可以通過同時校準大批定日鏡來實現(xiàn)大幅縮短鏡場建設周期并降低建設成本的目標。
Fatimah Bello表示，我們的系統(tǒng)消除了定日鏡場的長期校準過程——啟動和運行定日鏡場僅需要幾個小時到幾天，而非幾個月。
此外，自動校準解決方案還使定日鏡安裝速度更快，安裝成本也大幅降低。在土建工程要求較大，勞動力價格較高的的地區(qū)效益則更加明顯。
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