点聚焦菲涅尔光热发电技术性能评估

沙特国王大学KSU此前开发了一种点聚焦菲涅尔太阳能集热器（PFFC），这种技术可能会帮助克服菲涅尔热发电技术运行温度较低的这一缺陷，使其工作温度达到500摄氏度以上。  　　KSU称，这种点聚焦菲涅耳集热器可提供高效低成本的太阳能集热解决方案，Desertec基金会公开对该项技术表示肯定。为此建设的实验原型机也正在该校进行示范和测试。 　　这种技术在沙特可满足特定的需求，如零碳发电、海水淡化、工业用热、区域供冷和空气调节等。 　　PFFC利用安装在旋转平面上排成一列列的方形平面镜跟踪太阳并将太阳光反射至点聚焦热量接收器上，与传统的线聚焦真空管菲涅尔集热技术有明显区别。 　　KSU机械工程学院主席Hany Al-Ansary教授认为，PFFC可以实现200~300倍的聚光比，比塔式要低，但比槽式要高。但他认为相对塔式来说，这种系统的反射镜离接收器的距离更近，可减少聚焦难度和太阳光的大气衰减。 　　平面镜 　　从很多方面来看，PFFC都类似于碟式聚光器，但事实上其是由平面镜组成的聚光系统，平面镜的制造更加简单，成本也更加低廉。这相对碟式镜的制造在成本上更具优势。 　　Al-Ansary解释称，所有的组件都能轻易制造，组件组装十分简易，所有的镜子都是平的，所有的连接都是标准的，一般的技术工人就可以组装这些反射镜。接收器的设计也十分简单。 　　在跟踪控制方面，其在设计上采用两种标准电机，分别对反射镜系统的方位角和高度角进行控制。电机被置于反射镜系统下方，以抵御沙尘和灼热天气对其的影响，延长使用寿命。 　　所有这些都意味着PFFC的设计可以轻易地被组装和维护，不需要高技能的工人，各种组件的原材料也十分容易获得。这将有利于降低系统的成本。 　　事实上，KSU团队的其中一个目的就是研究一种可以形成本土化基础的CSP技术，即最大程度地利用本土制造能力和技术能力完成CSP的部署和应用。 　　这种技术的更进一步的优势是其高度模块化的特点，Al-Ansary说：“如果我们要将其应用于大规模电站，有两种选择，我们可以复制这些小的模块，也可以建设大的模块，不论如何，最终都可得到你所需要的规模。” 　　该技术的原型机正在KSU测试，其采用导热油作为传热介质，Al-Ansary相信这种高聚光比的设计使其也可以采用熔盐作为介质，在500摄氏度到600摄氏度之间的温度下运行。这使得PFFC可以适用于熔盐储热。 　　更大的原型 　　KSU未来将对接收器开展更多的研究，在未来三到六个月内建设一个更大的原型机，来确定建设更大规模的系统是否存在结构设计上的问题。 　　同时还要对跟踪系统的可靠性进行测试，欧洲太阳能热发电协会ESTELA主席Luis Crespo认为，如果要扩大规模，也是简单的。但由于其接收器的焦点较小，如果做大规模，其跟踪系统方面的设计可能更加复杂。 　　KSU也将尝试现在的测试系统是否可以与蒸汽发生器直接相连来提供工业蒸汽用热。 　　目前的原型测试采用的是6米*6米的热量接收器，被置于反射镜系统以上8米处。如果将系统规模做大，将增加接收器到反射镜系统的距离，这可能会降低设计效率。 　　Al-Ansary宣称这一概念已经吸引了整个产业的关注，除了Desertec，产业界的多位观察家都对PFFC的这一概念表示看好。 　　Lux研究公司的一位研究助理Edward Cahill表示：“CSP面对的主要挑战是如何使其更加高效，最好的方法就是增加运行温度。我在了解到PFFC这种技术后，首先出现在我脑海中的是其能够获得更高的温度，这是它的一大优点，这种技术目前面临的障碍应该是跟踪控制系统，如何将众多小的反射镜进行精准定位。”