光热发电关键设备和组件的创新方向(3)

四、塔式定日镜篇

定日镜是塔式光热电站必不可少的关键设备，其制造成本和安装成本约占电站总体投资的50%以上，同时其聚光性能也直接影响着电站的发电效率及经济收益。因此，众多国内外厂商多年来不断从材料、整体设计及安装施工方式等多方面进行创新，以实现定日镜的进一步优化和升级。

创新方向1：独特的镜面设计

塔式定日镜由跟踪控制器、机械支撑结构和反射镜三大组件构成，与槽式集热系统大规模应用最成熟的RP3反射镜不同，其规格因设计方的不同而不同，不同的设计方有不同的尺寸设计。因此可以说，塔式定日镜不是标准化产品，而是定制化产品。但是，虽然尺寸设计各有不同，但大多数定日镜的形状一般呈方形或矩形，其它多边形状的较少。

2013年，Schlaichbergermannpartner（SBP）领导的联合小组开发出了创新型的Stellio定日镜，其采用独特的五边形设计，呈中心对称结构，用料少，材质坚固，且聚光均匀，抗风性能佳，净采光面积47.5平方米。该定日镜曾在SolarPaces2015大会上获得了技术创新大奖，并在西班牙PSA进行了相关测试，在距离集热塔400米外验证了其聚光精度。中电工程哈密50MW熔盐塔式电站将采用此款定日镜，开启该定日镜的首次商业化应用。

创新方向2：更大的定日镜设计

单块定日镜的面积从1.2平方米至120平方米不等，业内对定日镜的大小问题一直以来存在不少争论，但直到今天，仍没有人能百分百地确定大定日镜更好还是小定日镜更优。一般来讲，镜子越大，集热效率就会越高，但同时要做到毫弧度级别的精度就越困难。

在建中的摩洛哥NOORIII塔式光热电站采用的单台定日镜面积达178㎡，是Sener设计的最新一款定日镜，是目前已商业化应用的定日镜的最大尺寸。

图：NOORIII电站的定日镜（单台定日镜由6*9共54面子镜组成）

创新方向3：定日镜支架结构创新

传统的定日镜装置多是“蘑菇型”，仅由一根独立的立柱撑起镜面，这种设计虽然广泛应用于全球大多数塔式光热电站中，但具体到某个国家，却常常需要针对不同的地理气候条件做出创新以适应当地的独特情况。深圳市智康新能科技有限公司（简称深圳智康）推出了一种中国特色的“中式树型定日镜”，该公司称，与蘑菇型镜架相比，其镜架结构非常稳，抗风性能强，安装维护方便，精度可与机床媲美。今年4月份，第二代树型定日镜已经通过了中科院延庆太阳能基地的测试，测试结果显示，在11m/s风速下其跟踪准确度达到3.5mrad的概率为93.7%。但目前该技术还没有实际应用案例。

图：深圳智康创新树型定日镜

美国创业公司Skysun最新研发的“联动定日镜”则突破了这一传统设计结构，其将多个定日镜集中固定在同一个支架上，利用共享的驱动电机和支架。据悉，采用该设计电站的总体安装成本有望降低一半左右，该项目目前正在美国能源部SunShot计划的基金支持下进行模拟优化，进一步走向市场仍需时日。

图：安装在桑迪亚国家实验室的联动定日镜样机

创新方向4：定日镜无线控制系统

定日镜要充分发挥自身作用离不开一个关键设备——定日镜控制系统，它对定日镜的精度和聚光效率起着至关重要的作用。随着新技术的发展，控制系统的创新也是降低成本的主要环节。

据悉，今年年初，BrightSource位于以色列的装机121MW的Ashalim1塔式光热电站使用了一种无线太阳岛传输与控制系统。这种新型控制系统的应用在太阳能光热发电行业中尚属首次。以色列TadiranBatteries（塔迪兰电池公司，法国SaftGroup下属公司）将为该项目供应50000组电池，用以驱动定日镜。Tadiran为此设计的这批电池环境适应性强，寿命为期25年。

BrightSource企业通讯高级总监JenniferRigney曾表示：“我们的太阳能集成控制系统主要是通过运用实时定日镜追踪数据来控制集热器上的太阳能分布。Ashalim电站太阳岛上的50600套定日镜均采用该套太阳能集成控制系统与集热器实现无线传输。该无线控制系统减少了整个太阳岛85%的电缆使用量，大大降低了太阳岛的建设成本。”

创新在任何产业的发展历程中都扮演着不可或缺的角色，光热产业也不例外。无论是技术创新还是关键设备的创新都在不断推动着整个行业的良性发展。我们上文总结的关键设备创新方向大多是以提高设备的精度和效率为目标，但与此相对应的成本控制不可忽略，否则就很难拥有市场竞争力。实现成本和性能的最佳平衡才具有发展的可持续性。