新月沙丘CSP：夜间太阳能尖端工程

在实验室规模上进行创新与实际构建完全必须在现实世界中全面开创的全新能源技术大不相同。

现在从中午到午夜十个小时的太阳能热能储存为拉斯维加斯提供太阳能。

SolarReserve的110 MW新月沙丘集中式太阳能发电（CSP）厂刚刚在内华达州托诺帕市上线。它的技术实际上是由火箭科学家发明的，并在美国能源部的资助下，在10兆瓦太阳能2试点项目中以“实验室规模”进行了证明。

但是，将一项突破性技术全面商业化的一部分是商讨技术设计与制造中的地面工程之间的区别。

作为首创者，新月沙丘几乎是手工制作的

熔盐电力塔是非常新的，尤其是新月形沙丘大小的塔。这是目前最大的集成存储设备。达美航空自动化运营总监Dave Morse在接受Skype采访时对Cleantechnica说。

“作为首款产品，新月沙丘几乎是手工制作的”，SolarReserve首席执行官Kevin Smith补充道。

SolarReserve创建了控制收集器场和10347个广告牌大小的跟踪镜定日镜指向的算法。

作为工业自动化的首选公司，台达的运动控制软件通过每个定日镜的本地控制来支持这些算法，从而使每个精确地反射阳光并将阳光集中到540英尺塔顶的大型100英尺接收器上。

台达制造高速控制系统和伺服电机，可实现广泛应用中的极其精确的运动控制。

莫尔斯说：“世界上大多数工程师都知道这就是我们的工作，他们带着他们的运动控制思想来找我们。”

有了突破性的技术，这里无济于事。您正走在没有人走过的道路上；没有规则可循

他指出，具有突破性技术的事情是“这里没有帮助”。“实际上没有什么可以看的；因为您实际上是在尝试发明轮子。您正走在没有人走过的道路上；没有规则可循。”

将跟踪器部署到PV中的方式比较容易，将跟踪器指向太阳等移动物体。

同样，在槽式CSP（而不是塔式）中进行跟踪也很容易。一排排的抛物面反射镜将阳光聚集在沿每排前面的管道上。管道中的传热流体（HTF）被加热。将抛物线反射指向附近的管道很容易。

“但是将太阳的反射指向其他地方要困难得多。就像我们在新月沙丘针对遥远的塔楼所做的那样。”他解释说。

“基本上每一天每一秒都在做三角函数；试图确保您担任该职位。”

随着太阳的移动，角度发生变化。太阳一直在移动，但是您要指向的却没有。很难说，好吧；太阳在哪里。基本上每一天每一秒都是三角函数；试图确保您担任该职位。

每个定日镜都包括自己的机载计算机，可以对整天（以及整个季节中随着太阳在天空中的角度发生变化）相对于塔的独特位置进行数学运算。

也就是说，如果其他所有事情都按计划进行。但是在现实世界中，不能保证达到首创规格的完美。

莫尔斯说：“如果镜子制造商不能满足先前要求的高反射率规格，那么补偿将是我们在达美的工作。”

这大大提高了达美必须达到的指向精度。

精度必须为正负一毫弧度

“具有更高的反射率，如果精度为正负半度，那就可以了。但是反射率较低，精度必须为正或负一毫弧度。”莫尔斯说。

毫弧度是比度更精确的角度量度。是1/6400度。

“最重要的是，将当今的技术制造到我们期望的水平具有挑战性，因为我们处于最前沿。我们的工作是找出如何设计用于大规模生产的尖端技术，这实际上是我们在实验室中可以实现的梦想与真实梦想之间的关键区别。”

这些挑战是使新月沙丘上的工作变得令人兴奋的原因。塔式CSP对我们而言更有趣。任何人都可以做低谷。它非常简单，我们确实在上面引用，并且确实有业务，但这不是我们的重点，莫尔斯说。

在建设110兆瓦塔式项目的过程中，达美航空和SolarReserve的工程师都在探索使事情做得更好的方法。“我们正在进行的活动的一部分是高级研发，包括成本分析，”史密斯说。

新月沙丘定日镜领域耗资3亿美元，几乎是新月沙丘总成本的一半。SolarReserve相信，对于下一个项目，它可以将成本降低到2亿美元，降低30％，而且指向精度有所提高，并且钢和玻璃更薄。

软件还必须补偿由于混凝土的轻微沉降或反冲而导致支撑其定日镜的单个基座的倾斜

对于习惯于受控室内设置的台达，将这些精密控制带到户外带来了意想不到的现实挑战。该软件必须补偿由于混凝土的轻微沉降或反冲而支撑其定日镜的单个基座的倾斜。

“即使拖曳设备，即使在五平方公里的场地上行走也很困难。定日镜非常大且很高，这就要求我们使用四轮驱动的剪叉式起重车来访问高于空中四米的电动机。”“我们的车辆几次卡死了。”

CSP需要很高的直接法向辐照度（DNI），而没有任何大气损失是由于在工业或农业地区周围发现的漂浮颗粒和气体分子的散射或吸收而引起的。

清澈见底的托诺帕（Tonopah）沙漠是美国注视首都，并享有无与伦比的银河系景观，因此，每年理想的DNI约有365天。SolarReserve的站点经理Brian Painter最近建议通过在Tonopah附近再建设十个塔式CSP项目来为内华达州的一半供电或向加利福尼亚供电。

在获得许可之前，SolarReserve多年来一直监视着该站点的天气状况，并且输出模型说明了相对较少的扬尘事件。

然而，偶尔的沙尘暴带来了自己的挑战。

“我们有几天因沙尘暴而完全停止了测试，因为能见度降至30米；因此在那些日子里，我们看不到塔上的太阳斑进行任何校准，”莫​​尔斯说。“即使是非常晴朗的日子，沙魔也会发芽并用沙子覆盖团队，或者更糟的是，在对它们进行操作时在控制柜内吹沙。”

熔盐塔技术如何在夜间使太阳能发电：

新月形沙丘的10,347个定日镜反射了高度聚焦的阳光，将数千个“太阳”对准塔架接收器。

流经接收器管道的熔融盐吸收了这种聚集的阳光中的热量，即所谓的“冷”热量从550°F加热到超过1,050°F的“热”，然后沿着塔内的管道向下流到蓄热器中坦克。

该储罐具有足够的存储量，每天可按照铭牌上的容量分配最多10个小时的电力，即每天1,100 MWh。

为了发电，无论是否在阳光下，将存储的熔融盐通过热交换器送至沸腾的水中，以驱动蒸汽轮机，以产生高质量的过热蒸汽。

储存在熔融盐中可提供三十年的太阳能供应，白天或晚上均可调度

最初将固态盐从室温加热到熔融状态大约需要一个月的时间，但是可以将其保持在该温度范围内，同时每天循环运行三十年。

如果不使用，这种“储存的阳光”可以保持几个月的使用寿命，但是SolarReserve与NV Energy的合同要求每天的储存要么在当晚使用，要么根据需要由公用事业公司派遣。

即将到来的是，达美航空现在正与SolarReserve一起进入蓬勃发展的海外CSP市场。南非，中国，智利和澳大利亚。

“ SolarReserve是一个了不起的合作伙伴，他们做对了所有事情，”莫尔斯补充说。“对于那些克服这些挑战的人来说，这是一种很大的成就感，我们为成为新月沙丘项目的一员而感到自豪。”

图片积分：太阳能储备