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太阳能热发电系列文章(5)

塔式太阳能热发电的定日镜

郭苏刘德有张耀明王军

定日镜是一种由镜面(反射镜)、镜架(支撑工作寿命长等。
结构)、跟踪传动机构及其控制系统等组成的聚光根据上述基本要求可知,单台定日镜的面积不
装置,用于跟踪接收并聚集反射太阳光线进入位于宜过大,否则在技术上是不合理甚至是不可行的。
接收塔顶部的集热器内,是塔式太阳能热发电站的因此,塔式太阳能热发电站常设有大量台数的定日
主要装置之一,如图1、图2所示。镜,并构成庞大的定日镜阵列(或称镜场)。例如:
SolarOne中有40m2定日镜1818台,镜面总反射面积
72540m2;SolarTwo共有定日镜1926台,其中40m2
定日镜1818台,95m2定日镜108台,镜面总面积
82980m2;Eurelios的镜场中共有182台32m2定日镜,
镜面总面积为6200m2;SolarTres共有96m2定日镜
2493台,镜面总面积达239328m2;PS10电站有624
台121m2大型定日镜,镜面总面积75504m2。
定日镜在电站中不仅数量最多、占据场地最
大,而且是工程投资的重头。美国SolarTwo电站的
图1美国SolarOne塔式太阳能热发电站
定日镜建造费用占整个电站造价的50%以上。虽然
近年来定日镜成本已经不断降低,但在2004年建成
的SolarTres塔式太阳能热发电系统中,定日镜建造
费用仍是构成工程总成本的最大部分,达43%。因
此,降低定日镜建造费用,对于降低整个电站工程
投资是至关重要的,仍是今后的一个重要研发方
向。
目前,定日镜的研究开发以提高工作效率、控
制精度、运行稳定性和安全可靠性以及降低建造成
图2镜面积120m2的定日镜(西班牙研制)本为总体目标。现分别针对定日镜各组成部分,综
为确保塔式太阳能热发电站的正常、稳定、安述其研发现状及关键技术问题。
全和高效运行,定日镜的总体性能应达到如下基本1反射镜
要求:镜面反射率高、平整度误差小;整体结构机反射镜是定日镜的核心组件。从镜表面形状上
械强度高、能够抵御8级台风袭击;运行稳定、聚讲,主要有平凹面镜、曲面镜等几种。在塔式太阳
光定位精度高;操控灵活、紧急情况可快速撤离;能热发电站中,由于定日镜距位于接收塔顶部的太
可全天候工作;可大批量生产;易于安装和维护,阳能接收器较远,为了使阳光经定日镜反射后不致

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2006年第5期
产生过大的散焦,把95%以上的反射阳光聚集到集很高的精度,一般加工误差不要超过0.1;而且整
热器内,目前国内外采用的定日镜大多是镜表面具个镜面与镜体要有很高的机械强度和稳定性。
有微小弧度(16′)的平凹面镜。为了更好地克服
由于太阳运动而产生的像差,中国科技大学陈应天
教授发明了“陈氏曲面镜”,其镜表面是高次曲面。
这种曲面镜采用了同时聚光与跟踪的设计思路,能
够有效地消除太阳光斑的像差,而且比传统几何镜
面(球面或抛物面等)的聚光倍数大幅提高。但这
种镜面的加工技术要求和成本较高,大型化的难度
较大,主要适用于小型碟式太阳能热发电站。此
外,中国科学院电工研究所与皇明太阳能公司等单
位合作,通过采用复合蜂窝技术,研制出了超轻型
结构的反射面,解决了使用平面玻璃制作曲面镜的
问题。图3张力金属膜定日镜
从镜面材料上看,主要有两种反射镜,(1)是由于反射镜面是长期暴露在大气条件下工作
张力金属膜(stretchedmetalmembrane)反射镜的,不断有尘土沉积在表面,从而大大影响反射面
(如图3),其镜面是用0.2～0.5mm厚的不锈钢等金属的性能。因此,如何保持镜面经常清洁,目前仍是
材料制作而成,可以通过调节反射镜内部压力来调所有聚光集热技术中面临的难题之一。一种方法是
整张力金属膜的曲度。这种定日镜的优点是其镜面在反光镜表面覆盖一层低表面张力的涂层,使其具
由一整面连续的金属膜构成,可以仅仅通过调节定有抗污垢的作用。但已有的经验表明,在目前技术
日镜的内部压力调整定日镜的焦点,而不像玻璃定条件下,唯一有效可行的方法还是采用机械清洗设
日镜那样由多块拼接而成。这种定日镜自身难以逾备的方法,定期对镜面进行清洗。
越的缺点是反射率较低、结构复杂。(2)玻璃反2镜架及基座
射镜。目前已建成投产的塔式热电站的定日镜以及考虑到定日镜的耐候性、机械强度等原因,国
待建、拟建的塔式热电项目等均采用玻璃反射镜。际上现有的绝大多数塔式太阳能热发电站都采用了
它的优点是重量轻,抗变形能力强,反射率高,易金属定日镜架。定日镜架主要有两种,一种是钢板
清洁等。目前,玻璃反射镜采用的大多是玻璃背面结构镜架,其抗风沙强度较好,对镜面有保护作
反射镜。由于银的太阳吸收比低,反射率可达用,因此镜本身可以做得很薄,有利于平整曲面的
97%,所以银是