大规模太阳能日照跟踪技术的研究

2013-03-02 09:41

　　2 原有技术造成的障碍与困难

　　1）原理性的缺陷阻碍了跟踪精度的提升

　　“有源驱动式”的跟踪技术，都是基于系统的输入／输出响应，通过反馈控制效果分析，在“超调”与“欠调”之间不断摆动逐渐趋于目标值的。这对反射角精度十分敏感的塔式远距离反射式聚光来讲是不可接受的。这一原理性缺陷，使得至今为止所有的努力都归于白费，这就是不论怎样加大技术含量和成本投入都不可能彻底解决超大规模塔式聚光的光斑晃动问题的根本所在，因此严重限制了其定日场建设的规模。如图9、10：

　　图10 塔式聚光光斑晃动脱离靶标

　　2）技术性的缺陷造成了不可回避的矛盾伺服传动部件本身的材料弹性变形也足以扰乱大作用力下的数字化的微调控制及精度稳定。

　　受设备结构条件等的影响，风载荷也将严重影响设备的稳定运行和聚光效果，如图10。

　　3）大规模实施运用的成本急剧增加

　　一般大型太阳能电站的采光面积都应在几十万至数百万平米，当跟踪设备的尺寸增大时就会遇到两个不可逾越的障碍：⑴、采光设施的自身重量将大大增加（单机将达十几吨～数百吨）；⑵、着风面积显著增大，导致跟踪负荷严重增加。大规模重载荷运行必然要急剧增加伺服能量和相应的技术手段，由此带来的成本激增等问题也越发突出。如前所述，“有源驱动式”的跟踪技术，伺服马达不仅是精确控制命令的执行者，同时也是系统运行动力的提供者。可以想象如此重要的角色，大规模塑造它的成本将会是什么样的水平？因此形成“规模↑→能耗↑→成本↑→规模↓”的“死循环”怪圈。这就是大规模跟踪日照的技术方案不易实施的根本原因。从这一点上来讲，它阻塞了日照跟踪技术大规模应用就必须进一步降低成本、提高精度的途径，造成太阳能的采光环节成本高、效益低，实际上不可行。在这里涉及了构成运营成本的两个主要因素：

　　（1）大型重载荷设备运行的动力来源问题；

　　（2）大功率伺服控制能量的精准供给问题；

　　4）跟踪设备运营维护成本高，使用寿命短大面积的日照采光，跟踪设备都是工作在重载荷、超低速的状态——接近于静止，而设备运行的动力来源却必须是高速运转的伺服马达（因为只有高速马达才能够提供和保证足够的伺服动力和精度）。显然在重载荷条件下，如此高的“变速比”是造成设备关键部件很快磨损失效的根本原因。因此，一般日照跟踪设备只能在野外风沙环境中有效运行2～3 年就要报废或更新，因而得不偿失，是大型太阳能电站不可承受的负担。以至于目前所有的大型普通光伏电站都放弃了日照跟踪的技术方案（如图2），造成了严重的资源浪费。一些已建或在建的其它形式的太阳能项目也都是宣传、示范意义大于实际意义，都没有真正达到工业化、商业化的运营目的。