塔式太陽(yáng)能熱電站定日鏡專(zhuān)利技術(shù)概況

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1、塔式太陽(yáng)能熱電站定日鏡專(zhuān)利技術(shù)概況摘要：塔式太陽(yáng)能熱電站是目前太陽(yáng)能光熱技術(shù)中最具前景的太陽(yáng)能利用方式。其中，定日鏡是塔式太陽(yáng)能熱電站的主要設(shè)備，其造價(jià)約占整個(gè)熱電站投資的一半以上，是主要投資部分。本文從國(guó)內(nèi)外專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)量、主要申請(qǐng)人等方面分析了國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的發(fā)展概況，得出發(fā)展定日鏡技術(shù)、加大對(duì)低成本定日鏡的研宄與探索，對(duì)推動(dòng)我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電走向市場(chǎng)有重要意義。關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；塔式；定日鏡；專(zhuān)利1引言20世紀(jì)50年代，前蘇聯(lián)開(kāi)拓性地提出了塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概念，并于1950年研制成功了世界上第一座塔式太陽(yáng)能熱電站，其中的

2、聚光裝置，即定日鏡（Heliostat）是由鏡面（反射鏡）、鏡架（支撐結(jié)構(gòu)）、跟蹤驅(qū)動(dòng)裝置和控制系統(tǒng)組成，通過(guò)控制系統(tǒng)調(diào)整其高度角和方位角，確保使用過(guò)程中反射光能準(zhǔn)確地投向吸熱器，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)跟蹤。大量的定日鏡組成定日鏡場(chǎng)構(gòu)成了塔式太陽(yáng)能熱電站核心組成部分一一聚光系統(tǒng)，其很好地解決了太陽(yáng)能能流密度低、輻射具有間歇性的問(wèn)題，使得塔式太陽(yáng)能熱電站成為太陽(yáng)能光熱利用技術(shù)中最具前景的太陽(yáng)能利用方式，因此，針對(duì)性地分析定日鏡技術(shù)領(lǐng)域的專(zhuān)利狀況具有重要的意義。2塔式太陽(yáng)能熱電站定日鏡的發(fā)展歷程2.1專(zhuān)利申請(qǐng)趨勢(shì)1是全球歷年來(lái)塔式太陽(yáng)能定日鏡專(zhuān)利

3、申請(qǐng)，其可以分成三個(gè)階段。第一階段是塔式太陽(yáng)能定日鏡起步階段（1950-1975年），塔式太陽(yáng)能定日鏡處于研究、試用階段。最早的塔式太陽(yáng)能定日鏡專(zhuān)利申請(qǐng)出現(xiàn)在1951年。但之后25年里的申請(qǐng)量?jī)H僅只有10件。第二階段是穩(wěn)步發(fā)展階段（1976-1982年），專(zhuān)利申請(qǐng)保持著穩(wěn)步的增長(zhǎng)，然而，隨后的一段時(shí)間，火力發(fā)電的發(fā)展十分的迅速，效率也不斷提高，這與開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能等新能源的高成本形成鮮明的對(duì)比，導(dǎo)致塔式太陽(yáng)能定日鏡的發(fā)展中經(jīng)歷了一個(gè)停滯期（1983-2000年），其間塔式太陽(yáng)能定日鏡只被少數(shù)研究機(jī)構(gòu)所研究。但是隨著火力發(fā)電發(fā)展的一個(gè)瓶

4、頸期的到來(lái)，以及人們環(huán)保意識(shí)的日益增強(qiáng)，太陽(yáng)能等環(huán)保能源逐漸又得到重視，塔式太陽(yáng)能定日鏡的研究進(jìn)入到高速發(fā)展階段（2000-2013年），自2006年起塔式太陽(yáng)能定日鏡技術(shù)專(zhuān)利申請(qǐng)呈現(xiàn)急劇增長(zhǎng)趨勢(shì)，至2011年高達(dá)287件。圖2顯示了塔式太陽(yáng)能定日鏡在美國(guó)、歐洲（包括德國(guó)、西班牙、英國(guó)、法國(guó)、意大利）、日本、澳大利亞、以色列、韓國(guó)以及中國(guó)的總體分布狀況。塔式太陽(yáng)能定日鏡專(zhuān)利申請(qǐng)的90%集中在中國(guó)、美國(guó)、日本和歐洲，這種分布反映出上述國(guó)家和地區(qū)是定日鏡專(zhuān)利申請(qǐng)的主要目標(biāo)國(guó)或地區(qū)，同時(shí)說(shuō)明在全球范圍內(nèi)塔式太陽(yáng)能定日鏡技術(shù)在這些國(guó)家和

5、地區(qū)得到的重視程度較高。另外，美日歐進(jìn)入塔式太陽(yáng)能定日鏡領(lǐng)域的時(shí)間早，十分重視理論研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)，而中國(guó)通過(guò)學(xué)習(xí)、二次開(kāi)發(fā)等方式快速進(jìn)入塔式太陽(yáng)能定日鏡技術(shù)領(lǐng)域，通過(guò)消化吸收，不斷縮小與國(guó)際先進(jìn)技術(shù)水平的差距，已經(jīng)成為了第二大專(zhuān)利申請(qǐng)國(guó)家，占到26%。這一現(xiàn)象背后的原因可能是國(guó)內(nèi)對(duì)新能源門(mén)類(lèi)中太陽(yáng)能熱發(fā)電重點(diǎn)扶持的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整戰(zhàn)略有關(guān)，同時(shí)也是人們對(duì)環(huán)保要求日益嚴(yán)格的體現(xiàn)。但是，我國(guó)塔式太陽(yáng)能定日鏡領(lǐng)域?qū)＠馁|(zhì)量和創(chuàng)新水平卻不容樂(lè)觀，專(zhuān)利申請(qǐng)多以實(shí)用新型為主，仍需要在關(guān)鍵技術(shù)、核心突破上繼續(xù)努力。2.2國(guó)內(nèi)發(fā)展歷程我國(guó)對(duì)于定日鏡

6、的研制起步較晚。1993年，吳活玲向?qū)＠稚暾?qǐng)了第一份關(guān)于塔式太陽(yáng)能定日鏡的專(zhuān)利申請(qǐng)(CN1096362A)，該申請(qǐng)針對(duì)使用復(fù)雜電腦控制驅(qū)動(dòng)數(shù)千個(gè)定日鏡非恒速的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)實(shí)現(xiàn)提供可用簡(jiǎn)單驅(qū)動(dòng)裝置的定日鏡，簡(jiǎn)化太陽(yáng)能利用技術(shù)。2005年10月，我國(guó)首座70kW的塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電站在南京江寧建成，其定日鏡場(chǎng)是由32面反射面積為20m2的定日鏡組成，由中科院張耀明院士及其團(tuán)隊(duì)研制。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)特聘教授陳應(yīng)天于2001年提出了一種新的太陽(yáng)跟蹤聚光理論，并在SolarEnergy等刊物發(fā)表文章闡述其研究成果，隨后他于2004年

7、申請(qǐng)了專(zhuān)利(CN1773109A)對(duì)其新的跟蹤聚光理論一_基于自旋+仰角的跟蹤方式要求保護(hù)。一般進(jìn)行雙軸跟蹤的定日鏡采用的大都是方位角+仰角的跟蹤方式。陳應(yīng)天教授的新的跟蹤聚光理論對(duì)于提高單臺(tái)定日鏡聚光性能有很大的指導(dǎo)意義，模擬計(jì)算表明，采用自旋+仰角跟蹤加上特殊曲面的定日鏡和采用方位角+仰角加旋轉(zhuǎn)拋物面的定日鏡，前者比后者的反射聚光光斑面積要小五倍多。3塔式太陽(yáng)能熱電站定日鏡分類(lèi)特點(diǎn)及技術(shù)概況3.1塔式太陽(yáng)能定日鏡分類(lèi)特點(diǎn)定曰鏡場(chǎng)主要由反射鏡、跟蹤驅(qū)動(dòng)裝置、支撐結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)等組成。其中，反射鏡和跟蹤驅(qū)動(dòng)裝置在定日鏡場(chǎng)成本中所

8、占比例較大，約占50%?60%（反射鏡占25%?30%、跟蹤驅(qū)動(dòng)裝置占30%?35%）、控制系統(tǒng)約占5%?10%、支撐結(jié)構(gòu)約占15%?20%。有關(guān)的分類(lèi)主要分布在下列幾個(gè)分類(lèi)號(hào)下，F(xiàn)24J2/38采用跟蹤裝置的；F03G6/06,帶聚積太陽(yáng)能裝置的利用太陽(yáng)能產(chǎn)生