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何開浩:瞄準聚光系統 突破塔式太陽能熱發電瓶頸

放大字體  縮小字體 發布日期:2016-11-22 瀏覽次數:144
  當今科技日益先進,生活豐富多彩,人類文明達到前所未有的高度,相對地,地球環境卻日益被破壞,資源也在慢慢枯竭,尋找新的能源延續人類的生存,成為全球科學家共同的課題。于是科學家將眼光投向了地球的希望之光--太陽。
  
  傳說中,太陽之神驅使四匹全身發出金光的駿馬,坐在黃金打造的戰車上,每天早出晚歸,將光和熱灑向人間。出于對神明的敬畏,人們自古對太陽充滿了崇敬。太陽能資源豐富,既經濟又可循環使用,于是太陽能發電就成為了一種新興的與生態環境相和諧的可再生能源。
  
  1969年,法國建成世界上第一個太陽能發電站--奧德約太陽能電站,雖然當時發電功率才64千瓦,卻為后來的太陽能電站的研究與設計奠定了基礎。1982年美國建成了一座1000萬千瓦的塔式太陽熱中間試驗電站,美國計劃2000年~2020年,生產的電量占總能量的百分比達到7%和25%。但是由于光熱轉換器(聚光器)需要占據較大的空間采光受熱,設備偏大,另外太陽能發電站還需要有應付晚上和陰天用電需要的蓄電器,而所需的聚光器造價也較昂貴,發電經濟性差,據估計,大型太陽能發電站效率僅為30%左右,因此嚴重影響了廣泛地推廣和應用。
  
  現有的太陽能利用技術中,成本最低的太陽能利用方式應該是美國和以色列上世紀70年代開始研發的塔式太陽能熱技術。它所用的材料只是玻璃平面鏡,材料的成本極低,要超大規模利用太陽能是完全有條件的。但是30多年來,由于聚光瞄準技術一直沒有解決,使得這么好的塔式太陽能熱利用技術到現在還停留在科學研究階段,一直沒有很好利用而造福人類。面對這一問題,何開浩經過二十多年潛心研究,打破傳統理念,研發了一個對低碳經濟非常有用的專利--“塔式太陽能熱發電系統的聚光瞄準裝置”并且已經申請了專利號(200910155646.6),突破了塔式太陽能熱發電系統規模化的瓶頸。
  
  塔式太陽能熱發電系統主要有聚光系統,吸、換熱系統,儲熱系統和發電系統四部分組成。其中聚光系統包括反射鏡、支撐結構、傳動裝置和跟蹤控制系統。一個大型塔式太陽能發電站需要成千上萬套定日鏡,其成本要占據發電站建設總成本的一半以上,而傳動裝置是定日鏡中最關鍵也是成本最高的部件。定日鏡和跟蹤控制系統的效率及其成本很大程度上影響熱電站的性價比,是構建太陽能熱電站中需要著重考慮的因素。
  
  無論從聚光系統的效率、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中的核心部分,就是如何使定日鏡精確地自動跟蹤太陽轉動,使輻射到其表面的太陽能量最大化,這也是塔式太陽能熱發電系統中技術中著重要解決的問題。
  
  何開浩介紹說“我的專利就是用來解決塔式太陽能熱利用里面聚光瞄準技術問題的,有了這一專利技術,僅僅利用現在廣泛使用的數碼相機或者數碼攝像頭就可以來實現精確的聚光瞄準了。”(方法如圖1)為了進一步降低成本,也可以利用取光投射機構把大量需要檢測的光線投射到一處,用一個檢測裝置來檢測大量定日鏡的聚光瞄準。(方法如圖2)何開浩這項專利所采用的技術方案為:塔式太陽能熱發電系統的聚光瞄準裝置,包括激光束發生器、取光投射機構和投射驅動機構。激光束發生器固定設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動中心,各個太陽能聚光器上的激光束發生器依次發出對準高塔太陽能灶的激光束。取光投射機構和投射驅動機構設置在激光束光路附近,取光投射機構由投射反射鏡或折射鏡組成,在激光束發生器發出激光束時,投射驅動機構驅動取光投射機構運動到激光束的光路上,通過取光投射機構將激光束反射或折射到檢光屏上。
  
  據何開浩介紹說,這項專利的技術原理是根據數學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的激光束。有了這一條激光束作為輔助線,判斷經定日鏡反射后的太陽光是否對準目標就變得非常簡單。(圖2)雖然原理非常簡單,但它對人們以極低成本超大規模利用太陽能有非常重要的意義。
  
  與之前的技術相比,何開浩的聚光瞄準裝置以對準聚焦目標的激光束為標準,根據太陽的移動,分時將每個太陽能聚光器的太陽反射光的方向和激光束的方向投射比較,以改變定日鏡的角度,使太陽反射光與激光束方向一致,從而準確聚焦。此聚光瞄準裝置結構簡單,設計巧妙,可方便地將激光束和太陽反射光投射取樣,使塔式太陽能熱發電系統不再需要經過數學計算得出太陽能聚光器的轉動角度,由此解決了之前存在技術難題。
  
  我國地域遼闊,地勢復雜,用以前方法各個地區需要根據具體地理位置來建塔。如果使用何開浩設計的方法,各地區就無需根據具體地理位置來建塔。該裝置結構簡單、易操作且成本低。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。通過眾多不同條件下的實踐已經證明,何開浩的發明專利使得塔式太陽能熱發電系統在技術上取得突破,破解了之前存在的瓶頸難題,在很大程度上提高了發電效率,降低了成本,大規模的推廣應用已不再是夢想。
  
  何開浩的這項塔式太陽能熱發電系統的聚光瞄準裝置的發明,突破了塔式太陽能熱發電系統技術30多年的瓶頸,創造了新能源技術利用史上的奇跡,為我國太陽能的開發利用及推廣,提供了可行之徑。太陽能源取之不竭,用之不盡,使用何開浩此項裝置,若假以時日,必將為我國大規模推廣塔式太陽能熱發電系統開創新格局,更為全人類的可持續發展事業做出巨大貢獻。
  

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