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何开浩:瞄准聚光系统 突破塔式太阳能热发电瓶颈

北极星太阳能光伏网  来源:《中国科技财富》    2011/9/19 14:55:46  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯:当今科技日益先进,生活丰富多彩,人类文明达到前所未有的高度,相对地,地球环境却日益被破坏,资源也在慢慢枯竭,寻找新的能源延续人类的生存,成为全球科学家共同的课题。于是科学家将眼光投向了地球的希望之光--太阳。

传说中,太阳之神驱使四匹全身发出金光的骏马,坐在黄金打造的战车上,每天早出晚归,将光和热洒向人间。出于对神明的敬畏,人们自古对太阳充满了崇敬。太阳能资源丰富,既经济又可循环使用,于是太阳能发电就成为了一种新兴的与生态环境相和谐的可再生能源。

1969年,法国建成世界上第一个太阳能发电站--奥德约太阳能电站,虽然当时发电功率才64千瓦,却为后来的太阳能电站的研究与设计奠定了基础。1982年美国建成了一座1000万千瓦的塔式太阳热中间试验电站,美国计划2000年~2020年,生产的电量占总能量的百分比达到7%和25%。但是由于光热转换器(聚光器)需要占据较大的空间采光受热,设备偏大,另外太阳能发电站还需要有应付晚上和阴天用电需要的蓄电器,而所需的聚光器造价也较昂贵,发电经济性差,据估计,大型太阳能发电站效率仅为30%左右,因此严重影响了广泛地推广和应用。

现有的太阳能利用技术中,成本最低的太阳能利用方式应该是美国和以色列上世纪70年代开始研发的塔式太阳能热技术。它所用的材料只是玻璃平面镜,材料的成本极低,要超大规模利用太阳能是完全有条件的。但是30多年来,由于聚光瞄准技术一直没有解决,使得这么好的塔式太阳能热利用技术到现在还停留在科学研究阶段,一直没有很好利用而造福人类。面对这一问题,何开浩经过二十多年潜心研究,打破传统理念,研发了一个对低碳经济非常有用的专利--“塔式太阳能热发电系统的聚光瞄准装置”并且已经申请了专利号(200910155646.6),突破了塔式太阳能热发电系统规模化的瓶颈。

塔式太阳能热发电系统主要有聚光系统,吸、换热系统,储热系统和发电系统四部分组成。其中聚光系统包括反射镜、支撑结构、传动装置和跟踪控制系统。一个大型塔式太阳能发电站需要成千上万套定日镜,其成本要占据发电站建设总成本的一半以上,而传动装置是定日镜中最关键也是成本最高的部件。定日镜和跟踪控制系统的效率及其成本很大程度上影响热电站的性价比,是构建太阳能热电站中需要着重考虑的因素。

无论从聚光系统的效率、集热效率方面考虑,还是从整个电站的成本角度考虑,在塔式太阳能热电站中的核心部分,就是如何使定日镜精确地自动跟踪太阳转动,使辐射到其表面的太阳能量最大化,这也是塔式太阳能热发电系统中技术中着重要解决的问题。

何开浩介绍说“我的专利就是用来解决塔式太阳能热利用里面聚光瞄准技术问题的,有了这一专利技术,仅仅利用现在广泛使用的数码相机或者数码摄像头就可以来实现精确的聚光瞄准了。”(方法如图1)为了进一步降低成本,也可以利用取光投射机构把大量需要检测的光线投射到一处,用一个检测装置来检测大量定日镜的聚光瞄准。(方法如图2)何开浩这项专利所采用的技术方案为:塔式太阳能热发电系统的聚光瞄准装置,包括激光束发生器、取光投射机构和投射驱动机构。激光束发生器固定设置在围绕高塔的太阳能聚光器上,且位于太阳能聚光器的反射镜的转动中心,各个太阳能聚光器上的激光束发生器依次发出对准高塔太阳能灶的激光束。取光投射机构和投射驱动机构设置在激光束光路附近,取光投射机构由投射反射镜或折射镜组成,在激光束发生器发出激光束时,投射驱动机构驱动取光投射机构运动到激光束的光路上,通过取光投射机构将激光束反射或折射到检光屏上。

据何开浩介绍说,这项专利的技术原理是根据数学中作辅助线来解几何题目的方法。其中的几何辅助线就是一条从各个定日镜中心射向聚光塔目标的激光束。有了这一条激光束作为辅助线,判断经定日镜反射后的太阳光是否对准目标就变得非常简单。(图2)虽然原理非常简单,但它对人们以极低成本超大规模利用太阳能有非常重要的意义。

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