塔式定日鏡規格不一 大小鏡孰優孰劣？
發布者：本網編輯部 | 來源：CSPPLAZA光熱發電網 | 7評論 | 24200查看 | 2013-09-26 14:46:00
CSPPLAZA光熱發電網報道：定日鏡一詞來源于英文單詞“heliostat’”，而heliostat一詞又是希臘單詞helios (太陽) 和stat (固定的)的組合，其意即“固定住太陽”，形象地詮釋了太陽能定日鏡依托支撐結構和跟蹤控制系統時刻追蹤太陽的特點。
塔式定日鏡由跟蹤控制器、機械支撐結構和反射鏡三大組件構成，和槽式集熱系統不同，槽式集熱器已經形成了較為統一的國際慣例，如槽式RP1~RP5的反射鏡規格伴隨多種槽式集熱器的設計變化而更迭，最成熟的RP3反射鏡的大規模應用。塔式定日鏡的規格因設計方的不同而不同，不同的設計方有不同的尺寸設計，甚至于會因項目的不同而有不同的定日鏡規格設計。可以說，塔式定日鏡完全不是標準化產品，而是定制化產品。
不同規格的定日鏡
塔式定日鏡的主體即反射鏡，反射鏡的制造由反射鏡廠商負責，但反射鏡的規格，如長度、寬度及面積則由項目設計方設計。從1980年代的solar one塔式電站開始，塔式定日鏡開始走向規模化的實際電站應用。到今天30余年過去了，塔式定日鏡的規格設計依然因不同的項目開發商而各具特色。
圖：solar one電站定日鏡
圖：solar two電站新型定日鏡
Solar One和Solar Two是美國能源部主導建設的一個科研性的10MW大規模塔式電站，Solar One采用的定日鏡大小為40平方米，單套定日鏡共配置12面小反射鏡 ；Solar Two在Solar One的鏡場基礎上增加了108套新型定日鏡，新增定日鏡的面積大小為95平方米，由64面反射鏡按每16面（4*4）組成一個正方形布置。
圖：SEDC項目的定日鏡
圖：Coalinga項目的定日鏡
圖：Ivanpah項目的定日鏡
BrightSource作為塔式光熱電站的領先開發商，其定日鏡的規格設計也經歷了多次變化。2007年，其在以色列建設的首個6MWth的SEDC光熱發電示范項目采用的定日鏡的面積為78平方英尺（約7.25平方米），一套定日鏡系統由一面反射鏡和一個雙軸跟蹤系統及支架構成。2009年，其位于加州的29MWth的Coalinga光熱輔助石油熱采項目采用了新的定日鏡設計，一套定日鏡系統由兩面反射鏡組成，反光面積增加到155平方英尺（約14.4平方米）。2011年，BrightSource在其開始建設的全球最大的塔式電站Ivanpah項目中采用的定日鏡設計沿用了這種雙面鏡設計，但尺寸略有增加，增至163平方英尺（約15.1平方米）。
圖：PS10&20的定日鏡
阿本戈開發的PS10和PS20塔式電站采用的定日鏡的尺寸均為1291平方英尺（120平方米），一套定日鏡系統共配裝28面反射鏡，按4*7順序布置。單面反射鏡面積約為4.25平方米。其目前在南非開發的Khi塔式電站將采用Rioglass生產的新型超薄微弧反射鏡，具體的定日鏡設計可能會因之改變。據NREL的資料，其南非電站的定日鏡面積將增大至140平方米。
圖:新月沙丘電站定日鏡
熔鹽型塔式電站開發商SolarReserve在其在建的110MW的新月沙丘電站中采用的定日鏡設計為115平方米大小，一套定日鏡配35面反射鏡，按5*7順序排列，單面反射鏡的面積約為3.3平方米。
圖：Gemasolar電站的定日鏡
已建成的Gemasolar塔式電站的定日鏡設計規格也為120平方米，由Sener公司設計，其與阿本戈PS10和PS20采用的定日鏡大小相同，與SolarReserve的定日鏡結構設計相似，也是由35面反射鏡組成，按5*7順序排列，但單面反射鏡的面積增大為3.4平方米左右。
圖：eSolar公司設計的定日鏡
另外一些企業也開發了不同的定日鏡設計，如模塊化塔式光熱發電技術公司eSolar的定日鏡大小僅僅1.1平方米左右，中控太陽能公司設計的定日鏡規格大小僅2平方米。
大小定日鏡孰優孰劣？
定日鏡的設計歷經多年變遷，大小從1平方米到100多平方米不一，業內對定日鏡的大小問題一直以來存在不少爭論，但直到今天，仍沒有人能百分百地確定大定日鏡更好還是小定日鏡更優。這主要是因為這很可能是一個沒有標準答案的問題，塔式光熱電站的系統性很強，定日鏡的設計要根據項目地的實際環境和項目設計要求，依托整體系統進行設計，一切應以最小化電站投資成本和度電成本為準則。
上海晶電新能源有限公司總經理陳煜達在接受CSPPLAZA記者采訪時表示，對于定日鏡的尺寸，不能武斷的說大的好還是小的好。大定日鏡和小定日鏡各有利弊。他從以下幾個方面詳盡地解釋了大定日鏡和小定日鏡的區別。
第一，就定日鏡本身的生產制造來看，塔式定日鏡由于焦距都很遠，對精度要求較高，一般都要求控制在0.1毫弧度~2毫弧度之間。因此，大定日鏡的研發難度要高些，因為鏡子越大，要做到毫弧度級別的精度就越困難。在實際項目中，大定日鏡往往用在大塔項目中，對精度的要求會很高。而小定日鏡在設計和制造方面的難度要大大降低。
第二，從定日鏡的驅動控制角度來看，小定日鏡意味著有更多的控制節點，也意味著需要更多的電機和電氣控制系統，更多的電氣控制意味著更多的線纜和更加復雜的網絡。比如，eSolar的一個5MW的塔式系統需要4萬多個控制節點，必須分層控制，更多的節點就會帶來更多的網絡問題，大定日鏡相對要好些。總的來看，小定日鏡的最大難點是控制節點網絡的設計，以及在控制網絡中對控制信息的處理方面難度較大。
工程實踐中，小定日鏡用于小塔不需要實時追日，可以較長時間間隔性追日；而大定日鏡基本用在大塔上，要求實時或者秒級的追日間隔。如果同一個子網擁有同樣多的鏡子，那么大定日鏡系統的追日命令將是小定日鏡系統的幾倍~幾十倍。網絡穩定和防擁塞問題會是一個比較棘手的問題，在實際操作中不能寄希望于把追日計算放到定日鏡控制器上。（在零下20攝氏度~零上80度的溫度區間，在需要防塵、防水、防鹽堿的條件下，符合經濟性的計算機都是不可能做到的。）
第三，對于定日鏡的安裝與調試問題。小定日鏡的安裝調試更加簡便，而大定日鏡要相對復雜很多。小定日鏡依靠人力和一臺小鏟車就可以安裝，而大定日鏡則可能需要40噸的汽吊，這就涉及到大量的機施費用。大定日鏡對地樁的要求較高，需要打5~8米深的地基，澆筑鋼筋混凝土樁基，小定日鏡采用光伏發電類似的細樁即可，甚至于eSolar的小定日鏡都不需樁基，直接采用浮地設計。另外，無論哪種定日鏡在安裝中都需進行調試。大定日鏡數量少，可以采用人工方式調試，而小定日鏡如果沒有很好的自動校正補償機制，基本沒有可能進入到工程化階段。
第四，從土地利用率的角度來看，同等裝機下，大定日鏡的土地利用率要小于小定日鏡。理想的定日鏡設計應是寬度大于高度，呈扁長型。
第五，從吸熱器的角度考慮，小塔的吸熱器吸熱面較小，考慮到光斑大小，必須采用小定日鏡，大塔的吸熱器吸熱面較大，只要解決吸熱器局部過熱的問題，大小定日鏡都可以使用。我們可以由此引申來探討一下采用大塔還是小塔的問題。從熱工角度看，大塔比小塔更合理，比如只有一個吸熱節點，熱工管道短，沒有多個小塔的熱平衡和調配問題。但是大塔一般在120米以上，鏡場半徑可能超過1公里，而超過750米的定日鏡的光學效率就非常非常低了，可能太陽的盤角造成的光斑就遠大于吸熱器的截面積，并且余弦效率等關鍵指標都會較低。同時，塔越高，越接近內圈的定日鏡光斑就越不容易控制，而理論情況是靠近內圈的定日鏡由于焦距短，應該是最容易控制的。
陳煜達最后表示，直接比較大定日鏡和小定日鏡的優劣可能并不合理，必須納入到系統中去，從造價、工程、運維等多個方面進行比較。最關鍵的還是要看LCOE。他同時呼吁，雖然塔式技術目前的應用還少，但塔式是方向，也更適合我國的情況。國內廠商特別是機械制造廠商、電氣控制廠商等應合作起來共同推動適合我國實際電站開發環境的定日鏡技術的研發。我們應當學習槽式集熱器技術發展初期的經驗，多個廠商發揮各自特長，進行聯合開發，確定2~3個形制，不要搞百花齊放，先整合出幾個完整的方案和產品鏈條來，才能使塔式定日鏡技術盡快實現產業化。
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造價只是成本的一部分。就我國而言，光電塔只能建在陽光充足的北方，但伴隨著陽光的是大風和砂塵，會造成鏡面乃至支架的振動和搖擺，鏡面越大控制其穩定越困難，而且鏡面也難以進行保潔等日常維護（除非具備鏡面自動保潔裝備）。這些也是必須面對的全壽命周期的成本壓力。
2021-12-27 23:20:52
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造價只是成本的一部分。就我國而言，光電塔只能建在陽光充足的北方，但伴隨著陽光的是大風和砂塵，會造成鏡面乃至支架的振動和搖擺，鏡面越大控制其穩定越困難，而且鏡面也難以進行保潔等日常維護（除非具備鏡面自動保潔裝備）。這些也是必須面對的全壽命周期的成本壓力。
2021-12-27 23:20:47
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2021-12-27 23:04:58
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目前主流是小鏡面和大鏡面的，50-60左右的中型鏡面商業化應用不多，不知道是因為什么原因。SBP的也不知道能不能落地到商業化電站上。
2017-12-05 15:00:47
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小鏡子連續生產，間隙造成的原料浪費，勢必造成成本的增加，這個是最關鍵的瓶頸。
2013-12-20 15:36:30
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porpeis這位朋友是哪位高人啊？廣核的嗎？
2013-10-10 18:08:15
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還有很重要的一點就是小鏡子單位面積的造價肯定高一些。
2013-09-25 16:52:06
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