點聚焦菲涅爾光熱發(fā)電技術(shù)性能評估

沙特國王大學(xué)KSU此前開發(fā)了一種點聚焦菲涅爾太陽能集熱器（PFFC），這種技術(shù)可能會幫助克服菲涅爾熱發(fā)電技術(shù)運行溫度較低的這一缺陷，使其工作溫度達到500攝氏度以上。  　　KSU稱，這種點聚焦菲涅耳集熱器可提供高效低成本的太陽能集熱解決方案，Desertec基金會公開對該項技術(shù)表示肯定。為此建設(shè)的實驗原型機也正在該校進行示范和測試。 　　這種技術(shù)在沙特可滿足特定的需求，如零碳發(fā)電、海水淡化、工業(yè)用熱、區(qū)域供冷和空氣調(diào)節(jié)等。 　　PFFC利用安裝在旋轉(zhuǎn)平面上排成一列列的方形平面鏡跟蹤太陽并將太陽光反射至點聚焦熱量接收器上，與傳統(tǒng)的線聚焦真空管菲涅爾集熱技術(shù)有明顯區(qū)別。 　　KSU機械工程學(xué)院主席Hany Al-Ansary教授認(rèn)為，PFFC可以實現(xiàn)200~300倍的聚光比，比塔式要低，但比槽式要高。但他認(rèn)為相對塔式來說，這種系統(tǒng)的反射鏡離接收器的距離更近，可減少聚焦難度和太陽光的大氣衰減。 　　平面鏡 　　從很多方面來看，PFFC都類似于碟式聚光器，但事實上其是由平面鏡組成的聚光系統(tǒng)，平面鏡的制造更加簡單，成本也更加低廉。這相對碟式鏡的制造在成本上更具優(yōu)勢。 　　Al-Ansary解釋稱，所有的組件都能輕易制造，組件組裝十分簡易，所有的鏡子都是平的，所有的連接都是標(biāo)準(zhǔn)的，一般的技術(shù)工人就可以組裝這些反射鏡。接收器的設(shè)計也十分簡單。 　　在跟蹤控制方面，其在設(shè)計上采用兩種標(biāo)準(zhǔn)電機，分別對反射鏡系統(tǒng)的方位角和高度角進行控制。電機被置于反射鏡系統(tǒng)下方，以抵御沙塵和灼熱天氣對其的影響，延長使用壽命。 　　所有這些都意味著PFFC的設(shè)計可以輕易地被組裝和維護，不需要高技能的工人，各種組件的原材料也十分容易獲得。這將有利于降低系統(tǒng)的成本。 　　事實上，KSU團隊的其中一個目的就是研究一種可以形成本土化基礎(chǔ)的CSP技術(shù)，即最大程度地利用本土制造能力和技術(shù)能力完成CSP的部署和應(yīng)用。 　　這種技術(shù)的更進一步的優(yōu)勢是其高度模塊化的特點，Al-Ansary說：“如果我們要將其應(yīng)用于大規(guī)模電站，有兩種選擇，我們可以復(fù)制這些小的模塊，也可以建設(shè)大的模塊，不論如何，最終都可得到你所需要的規(guī)模。” 　　該技術(shù)的原型機正在KSU測試，其采用導(dǎo)熱油作為傳熱介質(zhì)，Al-Ansary相信這種高聚光比的設(shè)計使其也可以采用熔鹽作為介質(zhì)，在500攝氏度到600攝氏度之間的溫度下運行。這使得PFFC可以適用于熔鹽儲熱。 　　更大的原型 　　KSU未來將對接收器開展更多的研究，在未來三到六個月內(nèi)建設(shè)一個更大的原型機，來確定建設(shè)更大規(guī)模的系統(tǒng)是否存在結(jié)構(gòu)設(shè)計上的問題。 　　同時還要對跟蹤系統(tǒng)的可靠性進行測試，歐洲太陽能熱發(fā)電協(xié)會ESTELA主席Luis Crespo認(rèn)為，如果要擴大規(guī)模，也是簡單的。但由于其接收器的焦點較小，如果做大規(guī)模，其跟蹤系統(tǒng)方面的設(shè)計可能更加復(fù)雜。 　　KSU也將嘗試現(xiàn)在的測試系統(tǒng)是否可以與蒸汽發(fā)生器直接相連來提供工業(yè)蒸汽用熱。 　　目前的原型測試采用的是6米*6米的熱量接收器，被置于反射鏡系統(tǒng)以上8米處。如果將系統(tǒng)規(guī)模做大，將增加接收器到反射鏡系統(tǒng)的距離，這可能會降低設(shè)計效率。 　　Al-Ansary宣稱這一概念已經(jīng)吸引了整個產(chǎn)業(yè)的關(guān)注，除了Desertec，產(chǎn)業(yè)界的多位觀察家都對PFFC的這一概念表示看好。 　　Lux研究公司的一位研究助理Edward Cahill表示：“CSP面對的主要挑戰(zhàn)是如何使其更加高效，最好的方法就是增加運行溫度。我在了解到PFFC這種技術(shù)后，首先出現(xiàn)在我腦海中的是其能夠獲得更高的溫度，這是它的一大優(yōu)點，這種技術(shù)目前面臨的障礙應(yīng)該是跟蹤控制系統(tǒng)，如何將眾多小的反射鏡進行精準(zhǔn)定位。”