敦煌光熱電站用定日鏡拼組出“武漢加油”
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2月4日，位於甘肅敦煌的首航節能100兆瓦熔鹽塔式光熱電站，用定日鏡拼組出“眾志成城”、“抗擊疫情”、“武漢加油”三個巨型標語，每個標語平均使用2230面鏡片，為奮戰在全國抗“疫”戰線上的所有人加油助力。
熔鹽塔式光熱電站是啥玩意呢？
先了解一下熔鹽。
顧名思義，熔鹽是鹽類熔化後形成的熔融體，常見有鹼金屬、鹼土金屬的鹵化物、硝酸鹽、硫酸鹽的熔融體。熔鹽有個特性，它在標準溫度和大氣壓下呈固態，而溫度升高後會變成液態。
熔鹽塔式光熱電站就是利用熔鹽來作為傳熱介質。
相信很多朋友都知道，光熱電站就如同它的名字一樣，採用
“光－熱－電”的發電方式，又稱“超級鏡子發電站”。 定日鏡集熱示意圖
當利用成千上萬的鏡子（定日鏡）把太陽光反射到位於一個高塔（集熱塔）頂端的“點”（吸熱器）後，超過800℃的高溫可以使塔內的熔鹽變為液態，流入熱熔鹽罐（熱罐）中被存儲起來。
熔鹽流入熱罐（紅色）示意圖
當需要發電時，熱罐中滾燙的熔鹽與水換熱產生過熱蒸汽，進入汽輪機就能發電了，而帶餘熱的蒸汽則被冷卻後進入儲水罐。由於熱量被存儲在熱罐中，就算是日落後沒有太陽光，也可以做到滿負荷發電。
熔鹽與水換熱，汽輪機發電示意圖
敦煌100兆瓦熔鹽塔式光熱發電站建成於2018年12月，是我國首個百兆瓦級商業化光熱電站。
在佔地7.8平方公里的場區內，12000面定日鏡以同心圓狀圍繞著260米高的吸熱塔，鏡場總反射面積達
140多萬平方米，就如同一朵盛開在戈壁上的巨大“向日葵”。敦煌100兆瓦熔鹽塔式光熱發電站是目前亞洲裝機最大，全球聚光規模最大、吸熱塔最高、儲熱罐最大、建設週期最短、可24小時連續發電的光熱電站，標誌著我國成為世界上少數掌握百兆瓦級光熱電站技術的國家之一。
敦煌100兆瓦熔鹽塔式光熱發電站實景圖
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毫無疑問，光熱發電是最清潔的能源之一。
作為可再生能源發電技術，光熱發電的最大特點是電力輸出穩定、非常具有電網友好性，既可以作為基礎負荷也可作調峰負荷。
太陽能資源具有間歇性和不穩定性的特點，如果直接利用的話，太陽輻射的變化會使系統發電功率大幅波動，對電網系統實時平衡和穩定安全運行造成很大影響。
光熱發電很好地解決了這個難題。
光熱發電站配置相對低價的儲熱系統，可以將白天多餘的太陽能儲存起來，在陰天或夜間及時向動力發電設備補充熱量，從而保證發電功率平穩和可控輸出，減少對電網的衝擊。
光熱發電非常具有電網友好性
再者，光熱電站的發電量相當可觀，而且還減排。
以敦煌100兆瓦熔鹽塔式光熱發電站為例。
由於甘肅擁有大量荒漠和戈壁灘，一年中大部分的時間都有充足的光照，敦煌光熱電站的年發電量可達3.9億度，能為3萬個家庭提供源源不斷電力。況且，它每年還可減排二氧化碳35萬噸，釋放相當於1萬畝森林的環保效益，同時可創造經濟效益3至4億元。
光熱電站不但可併網發電，作為電網可控發電單元，同時還可利用餘熱進行鹹水淡化和供暖，或形成微型電網獨立運行，十分適用於邊遠農牧區、山區和海島等地供電。
小型塔式光熱電站效果圖
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敦煌熔鹽塔式光熱電站配備有12000面定日鏡，鏡場總反射面積達140多萬平方米，每面鏡子都會跟著太陽的移動而移動，以便最大程度地利用太陽的能量，如此牛逼，是怎樣做到的呢？
咱們先來認識一下定日鏡。
小朋友都知道，太陽在天空中的位置是不斷移動的，所以陽光的照射角度也時刻都在變化。
對於太陽能發電來說，要克服太陽輻射能流密度低的缺點，實現太陽能的大量聚集，達到讓熔鹽變成液態的高溫，全靠定日鏡通過旋轉來對太陽進行跟蹤，使陽光經過反射後能以一定的方向射出，集中到塔頂的吸熱器上。
壯觀的定日鏡陣
一般的定日鏡是由反射鏡、鏡架及基座、跟蹤傳動系統、控制系統等組成。單臺定日鏡的反射面一般為球面或拋物面，可以在將陽光反射定位的同時進行聚焦。
在塔式光熱發電站中, 由於定日鏡距離吸熱器的距離較遠，為了使陽光經定日鏡反射後不致產生過大的散焦，把95%以上的反射陽光聚集到吸熱器內，目前國內外採用的定日鏡大多是鏡表面具有微小弧度的平凹面玻璃反射鏡。
鏡面最上層由4~5mm的超白低鐵玻璃作為基體，為了加強抗風沙能力和反射鏡的機械強度，基層玻璃需進行鋼化，測試強度要求為“40g鐵球於6m高度自由落體，鏡面不破裂”。
反射鏡中間以銀層（銀反射率可達97%以上）作為反射層，最後以銅層作為增強層（保護層）。有些反射鏡還會把銀層封夾在兩層玻璃之間，或者噴塗上多層保護層使其保護性能更好。
反射率是光熱系統效率的重中之重。
優質的基層玻璃必須具備很高的透光率，才能提高反射鏡的反射率。目前我國已能生產出透光率95%以上，0.9mm的超白超薄玻璃。
反射鏡分層示意圖
定日鏡架多采用鋼框架結構，抗風沙、強度好的同時，還可減小總重量，即減小了定日鏡運行時的能耗，更經濟環保。
接下來重點談談跟蹤傳動系統和控制系統，上萬面鏡子能不能跟著太陽跑就靠它了。
定日鏡一般採用雙軸跟蹤，即方位角（或自旋）+ 仰角的跟蹤方式，傳動方式多采用齒輪傳動、液壓傳動或兩者相結合。
由於定日鏡位置的微小變化都將造成反射光在較大範圍的明顯偏差， 因此目前採用的多是無間隙齒輪傳動或液壓傳動機構，所有傳動部件都需要具備很好的密封防沙和防潤滑油外洩功能。
a.方位角+仰角和 b.自旋+ 仰角
作為定日鏡的“腦子”，控制系統的終極目標就是將不同時刻的太陽直射輻射全部反射到同一個位置，主要採用閉環控制、開環控制和混合控制三種方式。
閉環控制是由傳感器實時測出入射太陽輻射的方向，以此控制跟蹤機構的運動，實現對太陽高度角和方位角的追蹤。它的缺點很明顯，在多雲的條件下難以找到反射鏡面正確定位的方向。
開環控制則是根據現有時間及位置，計算出跟蹤所需的位移，以此控制跟蹤機構的運動，缺點是精確性欠佳。
目前，以程序控制為主，採用傳感器瞬時測量值作反饋為輔的混合控制方式是未來大勢所趨，因為理論上它可以在任何氣候條件下都能達到穩定而可靠的跟蹤控制。
跟著太陽走，聰明的定日鏡
期待在不久的將來，我國的“超級鏡子發電站”能越建越多，越建越牛逼。
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