菲涅尔镜太阳能

菲涅尔镜太阳能

菲涅尔镜与太阳能利用。

2005年8月23日

我并非唯一想到这一点的人，这篇文章就是证明：http://www.klimaschutz.com/synth/sfc021001.htm

读者 Laure Emmanuelle Muller 将其翻译给我们。我们对此表示感谢。

我在阅读前做一个摘要。

比利时人选择了一种方案，其中有一个固定的集热管，直接产生蒸汽，并通过一系列放置在地面上的长条状镜子将太阳辐射聚焦，这些镜子的方向由机械调节。

solarmondo efficiency

“Solarmondo”系统。旋转的平面镜（长1000米）。固定的集热管。下方是作物。

如图所示，反射带，即长1000米的镜子，固定在框架上。在此框架下方，在日照极强的地区，可以发展农业，部分收集的能量可用于……海水淡化。这样的系统可以安装在阿拉伯联合酋长国的迪拜地区，那里的海岸最终毫无价值，且靠近一个极其平坦、同样毫无价值的巨大沙漠。这些产生生物沙漠的设施，与目前酋长们正在开发的豪华旅游梦想并不冲突。但是，显然，这是……另一回事。

一种变体是拥有一个移动集热器，安装在旋转臂上，旋转臂上固定有蜗杆。镜子则是固定的。我认为，这样更容易抵抗强风（将集热管放入外壳中）。也更容易用移动雨刷清洁。这种镜子类型也更适合通过模块化组件进行全球标准化。

solaire Fresnel JPP

带有固定镜子和移动焦点集热管的太阳能集热器。

两种方案都应尝试。比利时人已经成功测试了他们的系统。据我所知，法国在这方面没有任何进展。

http://www.solarmundo-power.com

Solarmundo 菲涅尔轻型集热器（SFC）

可以使太阳能比石油更便宜

对 Solarmundo 新集热器在气候保护方面潜力的评估

Christoph Bals (Germanwatch, bals@germanwatch.org)，以及

Dr. rer. national. Gerhard Knies (hamburger Klimaschutz-Fonds, knies.gerhard@t-online.de)

艺术家视角下的 Solarmondo 装置，位于沙漠中

经过对 Solarmundo 菲涅尔轻型集热器（SFC）的仔细检查，两位作者得出以下评估：凭借这一最新发展，在日照充足的国家，太阳能可能在几年内变得比石油更便宜，无需其他技术突破。如果 SFC 按预期运行，它将为全球气候保护提供巨大潜力，并为全世界提供清洁且取之不尽的电力。- 波恩和汉堡，2001年10月。

SFC 电站的性能
比石油更便宜的清洁电力：

在日照良好的地点，Solarmundo 集热器（

）可以以低于石油的成本生产蒸汽，前提是油价高于20美元。这意味着太阳能电站可以以低于石油热电站的成本生产电力。

结合海水淡化

冷却功率，就像在任何热电站中一样，可用于海水或咸水淡化。400兆瓦的太阳能电站每小时可联产1万至2万立方米的水。这项技术已经成熟。

结合场地农业开发

SFC 的平面镜距离地面约4米。在下方阴影中，光照强度和水蒸发量降低。有足够的光照，例如，种植番茄。

400兆瓦的工厂将为作物提供约3平方公里的阴影。灌溉用水可能来自海水淡化。

该应用的细节，如每公顷每茬的产量和灌溉所需水量，需要通过可行性研究评估，并在试点项目中研究。

未来潜力与太阳能储能集成

有一个很有前景的视角，用于相对简单的热存储改造，从而实现24小时按需供电。这为日照国家的能源供应以及向北方工业化国家的出口提供了巨大的太阳能电力潜力。

因此，SFC 技术提供了在日照国家以低成本提供清洁电力的有趣可能性，用于其国内需求和出口，并避免当地环境危害，如煤炭的脏燃烧或砍伐柴火。鉴于大部分建设、维护和运营工作可以由当地劳动力完成，它可以在发展中国家创造工业就业机会。

计算机动画：4排 SFC 集热器，带有通往电站的蒸汽传输线。

SFC 对全球气候保护的潜力

SFC 技术将极大地扩展我们生产太阳能电力的能力。一旦该技术通过完整的运行软件得到验证——可能在1或2年内——它可能有助于为包括印度和中国在内的日照发展中国家未来的巨大需求提供清洁电力。这里需要数百吉瓦的新产能。

结合通过高压直流输电线路（HVDC）进行相对低成本的长距离能源传输，全球约95%的人口居住在适合以低成本生产太阳能热电力且空间足够用于集热器场的沙漠地区附近。例如，为了生产500太瓦时/年的电力，相当于欧盟年电力消费量的20%，需要一个约45

45公里的集热器场，以及撒哈拉日照条件。摩洛哥提供这两个条件，良好的日照和容易接入欧洲电网。

由于热存储允许昼夜按需生产电力，通过这一未来应用，SFC 技术可以显著贡献于全球所要求的向清洁电力的快速过渡。

仅凭当前的建设模式，这种太阳能电力就可能与石油电站竞争。从产能扩张中应期待更多的概念改进和成本降低。

由于 SFC 技术对全球气候保护的卓越潜力，加速该技术的发展具有重大的公共利益。因此，我们建议给予适当支持以快速验证该技术的潜力。如果试验成功，将为全球市场启动敞开大门。

全球气候保护的全部力量可能来自无限的南北合作。

SFC - 技术装置

太阳光可以通过抛物面镜聚焦以产生蒸汽供电站使用。法国物理学家 A. J. Fresnel (1788 - 1827) 发明了一种简单系统，用平面镜条组替代弯曲镜子。

通过该系统，Solarmundo NV（比利时）将笨重的抛物面镜碗转换为由长条镜组成的简单平面表面。一排48条这样的镜子，每条宽50厘米，长可达约1000米，将阳光反射到安装在排上方15米处的1000米长集热管上。镜条可以绕其纵向轴倾斜以追踪太阳。在晴朗天气下，聚焦的阳光可以将集热管加热到超过500摄氏度。这足以产生蒸汽驱动常规涡轮机，耦合4.8兆瓦发电机。大量这样的集热元件可以组合以扩展产能——达到数百兆瓦。

在此，我们总结 SFC 设计相对于第一代抛物线槽式集热器的改进，后者在加州莫哈韦沙漠已安全运行10年。

设计差异：

典型的6米宽大型抛物面镜，依靠复杂的移动支撑结构追踪太阳，被固定的水平排小平面旋转镜条和集热管后的小型二次聚焦器所取代。
移动抛物面的焦点——跟随太阳运动——被固定的焦线所取代，每个镜条元件和二次聚焦器将阳光反射到该焦线上。集热管现在处于固定位置。
镜轴和集热管的支撑结构是固定的。

通过集热管的新表面涂层，长管昂贵的真空绝缘可以被在正常大气中的简单热损失和辐射保护所取代。

蒸汽直接在集热管中产生，而不是通过特殊液体和热交换器将热量传递到蒸汽锅炉后产生。

光收集效率和日间性能差异

：

基于抛物面镜和菲涅尔集热器的系统效率比较

（在开罗纬度）。可以看出它们非常接近。

两种装置中集热器场被镜条元件覆盖的情况不同。

在 Solarmundo 装置中，集热器场几乎完全被镜子覆盖。这导致在一天极端时段，即早晨和傍晚，产生一定的相互阴影。在抛物面装置中，南北对齐的抛物面排被2排空行分隔，以避免早晨和下午的阴影，从而提供较低的产量，仅覆盖集热器场的1/3，但白天更恒定。

从使用的镜面面积角度看，Solarmundo 菲涅尔集热器的辐射收集更好；从镜条扇区角度看，抛物面镜的辐射收集更好。

成本降低主要通过以下方式实现：
大量易于建造的小平面镜，而非专门设计的大镜子（抛物面）。
只有小镜子旋转以追踪太阳。它们的支撑轴、框架和集热管保持固定。
整个支撑结构可以轻松地由标准件制成。
镜排的永久水平位置显著降低了风力功率。
集热管周围的真空绝缘得以避免。
在集热管中直接产生蒸汽。
廉价当地劳动力可广泛用于组装组件。
集热器场的运营和维护简化。
开发阶段

迄今为止，菲涅尔镜条、二次聚焦器和集热管已在比利时实验室测试并组装在试点装置中，宽度为24米，但长度仅为100米，而非标准4.8兆瓦模块预期的1000米。

集热器的机械功能已在该试点装置中验证。此外，蒸汽在270摄氏度下产生，符合试点装置的预期，最大温度受集热管上初步选择性涂层的限制。一种新的特殊高温选择性涂层已在实验室中在500摄氏度下成功测试。采用该涂层的管子生产已启动。该涂层高吸收和低辐射特性的长期稳定性，以及蒸汽生产过程的控制，需在400摄氏度的预期工作温度下，使用实际尺寸的集热器和全日照进行验证。

热存储和农业种植的附加装置目前仅“在纸上”。

下一步
下一步是在现实太阳能条件下和合理期间内（例如几个月）演示集热器的运行。为此，应建造并运行一个演示工厂，至少包含一整排集热器，约5兆瓦，用于太阳能蒸汽生产。

这需要8至10百万欧元的投资，并确定一个日照强且劳动力成本低的地方。摩洛哥政府已提供合适地点。在南欧，日照较少且劳动力成本较高，费用将高出约50%。

希望建设工作在2002年初开始（！...）。

与建设工作并行，应进行关于 Solarmundo 集热器场农业选项的技术潜力可行性研究和市场研究，以及一个演示器。
应研究昼夜储能的技术可行性，以及按需电力生产对国内供应和大规模电力出口的意义。
基于演示工厂建设和运营的经验，应开始规划并建设50至数百兆瓦范围内的商业电站。