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    沖破塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)規(guī)模化瓶頸

    劉洋 來源:科學(xué)時報 編輯:admin 塔式太陽能熱發(fā)電
    ——記“塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的聚光瞄準(zhǔn)裝置”發(fā)明人何開浩 20世紀(jì)以來,隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高,對能源的需求量不斷增長。化石能源資源的有限性,以及它們在燃燒過程中對全球氣候和環(huán)境所產(chǎn)生的影響日益為人們所關(guān)注。從資源、環(huán)境、社會發(fā)展的需求看,開發(fā)和利用新能

    ——記“塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的聚光瞄準(zhǔn)裝置”發(fā)明人何開浩

     

      20世紀(jì)以來,隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高,對能源的需求量不斷增長。化石能源資源的有限性,以及它們在燃燒過程中對全球氣候和環(huán)境所產(chǎn)生的影響日益為人們所關(guān)注。從資源、環(huán)境、社會發(fā)展的需求看,開發(fā)和利用新能源和可再生能源是必然的趨勢。
     
      在可再生能源中,太陽能無疑具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。但是將其商業(yè)化卻是一個世界難題,原因是太陽能發(fā)電的成本太高,效率太低。
     
      在現(xiàn)有的太陽能利用技術(shù)中,成本最低的太陽能利用方式應(yīng)該是美國和以色列上世紀(jì)70年代開始研發(fā)的塔式太陽能熱技術(shù)。它所用的材料只是玻璃平面鏡,材料的成本極低,要超大規(guī)模利用太陽能是完全有條件的。但是30多年來,由于聚光瞄準(zhǔn)技術(shù)一直沒有解決,使得這么好的塔式太陽能熱利用技術(shù)到現(xiàn)在還停留在科學(xué)研究階段,一直沒有很好利用而造福人類。
     
      針對這一難題,何開浩進(jìn)行了潛心的研究。終于沖破了塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)規(guī)模化的瓶頸。
     
      創(chuàng)新科技 沖破能源技術(shù)瓶頸
     
      塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)主要由聚光系統(tǒng),吸、換熱系統(tǒng),儲熱系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)四部分組成,其中聚光系統(tǒng)包括反射鏡、支撐結(jié)構(gòu)、傳動裝置和跟蹤控制系統(tǒng)。一個大型塔式太陽能發(fā)電站需要成千上萬套定日鏡,其成本要占發(fā)電站建設(shè)總成本的一半以上,而傳動裝置是定日鏡中最關(guān)鍵也是成本最高的部件。定日鏡和跟蹤控制系統(tǒng)的效率及其成本很大程度上影響熱電站的性價比,是構(gòu)建太陽能熱電站中需要著重考慮的因素。
     
      定日鏡的作用是收集太陽輻射能并將其會聚到集熱器處,它由按一定方式排列的可繞雙軸跟蹤的定日鏡組成,每個定日鏡通過繞軸轉(zhuǎn)動跟蹤太陽并將輻射到其表面的太陽能反射到塔頂集熱器,完成聚光的目的。塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)采用光—熱—電轉(zhuǎn)化的工藝路線,即先將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能,再將熱能轉(zhuǎn)化為電能。通過太陽能分級分段加熱,先采用普通太陽能集熱器使水低段加熱,再由聚光式太陽能集熱器加熱至中溫,再由跟蹤聚光式太陽能高溫加熱器加熱至高溫。由高溫蒸汽驅(qū)動汽輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電,實(shí)現(xiàn)高效熱電轉(zhuǎn)換。無論從聚光系統(tǒng)的效率、集熱效率方面考慮,還是從整個電站的成本角度考慮,在塔式太陽能熱電站建設(shè)中的核心技術(shù)問題,就是如何使定日鏡精確地自動跟蹤太陽轉(zhuǎn)動,使輻射到其表面的太陽能量最大化。
     
      針對上述技術(shù)問題,何開浩該項(xiàng)專利所采用的技術(shù)方案為:塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的聚光瞄準(zhǔn)裝置,包括激光束發(fā)生器、取光投射機(jī)構(gòu)和投射驅(qū)動機(jī)構(gòu)。激光束發(fā)生器固定設(shè)置在圍繞高塔的太陽能聚光器上,且位于太陽能聚光器的反射鏡的轉(zhuǎn)動中心,各個太陽能聚光器上的激光束發(fā)生器依次發(fā)出對準(zhǔn)高塔太陽能灶的激光束。取光投射機(jī)構(gòu)和投射驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)置在激光束光路附近,取光投射機(jī)構(gòu)由投射反射鏡或折射鏡組成,在激光束發(fā)生器發(fā)出激光束時,投射驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動取光投射機(jī)構(gòu)運(yùn)動到激光束的光路上,通過取光投射機(jī)構(gòu)將激光束反射或折射到檢光屏上。
     
      談到該項(xiàng)專利,何開浩介紹說:“這個專利技術(shù)原理很簡單,是根據(jù)數(shù)學(xué)中作輔助線來解幾何題目的方法。其中的幾何輔助線就是一條從各個定日鏡中心射向聚光塔目標(biāo)的激光束。有了這一條激光束作為輔助線,判斷經(jīng)定日鏡反射后的太陽光是否對準(zhǔn)目標(biāo)就變得非常簡單。雖然它原理非常簡單,但它對人們以極低成本超大規(guī)模利用太陽能有非常重要的意義。”
     
      輝煌成果 引領(lǐng)能源新格局
     
      自從哥本哈根聯(lián)合國氣候會議召開后,如何降低碳排放成了人們普遍關(guān)心的話題。有沒有一種方法,既能滿足人類生活、生產(chǎn)對能源的需求,又能降低碳排放,保護(hù)人類賴以生存的地球呢?
     
      有,當(dāng)然有。那就是太陽能。
     
      著名美國華裔科學(xué)家朱棣文博士在他的《太陽神計(jì)劃》里說:“即使全用太陽能發(fā)電來滿足全球能源需求,所需的面積也不過才占全部海洋面積2.3%或全部沙漠的51.4%,甚至才是撒哈拉沙漠面積的91.5%。”
     
      太陽能的前景如此誘人,我國具有極高社會責(zé)任感的科學(xué)家,中科院何祚庥院士一直在大力宣傳利用太陽能。
     
      何開浩的專利——“塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的聚光瞄準(zhǔn)裝置”結(jié)構(gòu)簡單、易操作、成本極低。把每塊定日鏡做成窗戶玻璃大小,像玻璃幕墻一樣安裝在建筑物的墻面和屋頂上也完全可以做得到。真正可以做得到把每一片太陽光都能收集起來為人類服務(wù)。
     

     

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