碟式太陽能熱發(fā)電技術的產(chǎn)業(yè)化障礙
碟式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)是利用旋轉拋物面的碟式反射鏡將太陽聚焦到一個焦點。和槽式一樣，碟式系統(tǒng)的太陽能接收器也不固定，隨著碟形反射鏡跟蹤太陽的運動而運動，克服了塔式系統(tǒng)較大余弦效應的損失問題，光熱轉換效率大大提高。和槽式不同的是，碟式接收器將太陽聚焦于旋轉拋物面的焦點上，而槽式接收器則將太陽聚焦于圓柱拋物面的焦線上。圖3是碟式系統(tǒng)的代表性案例——美國SES公司的碟式-斯特林熱機太陽能發(fā)電系統(tǒng)。
碟式熱發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)點是：(1)光熱轉換效率高達85%左右，在三類系統(tǒng)中位居首位；(2)使用靈活，既可以作分布式系統(tǒng)單獨供電，也可以并網(wǎng)發(fā)電。碟式系統(tǒng)的缺點是：(1)造價昂貴，在三種系統(tǒng)中也是位居首位，目前碟式熱發(fā)電系統(tǒng)的初投資成本高達4.7～6.4萬元/kW；(2)盡管碟式系統(tǒng)的聚光比非常高，可以達到2000℃的高溫，但是對于目前的熱發(fā)電技術而言，如此高的溫度并不需要甚至是具有破壞性的。所以，碟式系統(tǒng)的接收器一般并不放在焦點上，而是根據(jù)性能指標要求適當?shù)胤旁谳^低的溫度區(qū)內(nèi)，這樣高聚光度的優(yōu)點實際上并不能得到充分的發(fā)揮；(3)熱儲存困難，熱熔鹽儲熱技術危險性大而且造價高。
由于與光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，碟式熱發(fā)電系統(tǒng)具有氣動阻力低、發(fā)射質量小等優(yōu)點，因此近年來研發(fā)主要集中于具有更小單位功率質量比的空間電源應用領域，今后的研究方向主要是提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和降低系統(tǒng)發(fā)電成本兩個方面。
更為經(jīng)濟高效且具自主知識產(chǎn)權的新型分立式太陽能熱發(fā)電技術
前述可見，建立在傳統(tǒng)聚光和跟蹤理論基礎之上的塔式、槽式、碟式系統(tǒng)均存在著難以克服的困難，因而導致單位裝機投資大、熱發(fā)電成本高、推廣應用有困難。那么我國在發(fā)展太陽能熱發(fā)電技術領域有沒有突破口呢？筆者最近發(fā)現(xiàn)一個新的太陽聚光和跟蹤理論的突破，為我國發(fā)展更為經(jīng)濟高效且具有自主知識產(chǎn)權的新型太陽能熱發(fā)電技術提供了思路。
一、新的太陽聚光和跟蹤理論有什么優(yōu)點?
由于太陽能輻射到地球表面的能量密度比較低，因此，無論是對于太陽能光伏發(fā)電還是太陽能熱發(fā)電，能否經(jīng)濟高效利用太陽能的關鍵在于太陽聚光和跟蹤水平的優(yōu)劣。上世紀80年代自適應光學在近代精密光學中取得很大成功，但由于控制系統(tǒng)極其復雜且價格高昂，在太陽能上應用一直是個難題。當時在英國劍橋大學和美國加州理工學院任高級研究員的陳應天博士提出了一種利用行與列的運動來代替點的二維運動的新的數(shù)學控制模式，這樣由子鏡組成的光學矩陣鏡面的控制可以由幾何級數(shù)大大減少為代數(shù)級數(shù)。陳應天用8年時間完成了這個新的行列控制理論的完整數(shù)學模型，并發(fā)展出了將其一般理論應用于太陽能的理論與公式。為了將其優(yōu)點在太陽能聚光應用上充分發(fā)揮出來，他打破了傳統(tǒng)的采用方位角-仰角的太陽跟蹤方法，在世界上第一個提出了采用自旋-仰角的跟蹤公式。這個新的太陽聚光跟蹤理論，被國際著名太陽能專家——以色列特拉維夫大學的Kribus教授評論為“在一個多年幾乎沒有進展的定日鏡領域中的第一個突破”。世界最權威的太陽能刊物《Solar Energy Engineering》圍繞這一新的聚光跟蹤理論從2001年起連續(xù)發(fā)表了他的八篇論文，在國際學界引起巨大反響。經(jīng)國際太陽能權威機構進行嚴格地分析比較后證明，根據(jù)新的聚光跟蹤理論推導出的新的聚光曲面和跟蹤方法(國際上現(xiàn)稱為“陳的曲面”和“陳的跟蹤方法”)，比傳統(tǒng)的聚光跟蹤方法更能有效的接受太陽能。建立在理論突破基礎上的新型定日鏡技術具有以下三大優(yōu)點：
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