中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：2014年哥本哈根大地藝術(shù)發(fā)電計(jì)劃競(jìng)賽（LAGI）的優(yōu)勝者已經(jīng)于今年10月份正式揭曉，榮獲本年度競(jìng)賽第一名的為一個(gè)名為“太陽能沙漏”的建筑設(shè)計(jì)，其采用了聚光太陽能發(fā)電技術(shù)，在為城市創(chuàng)造了獨(dú)特的絢麗景觀的同時(shí)，其還可以年產(chǎn)7500MWh的綠色電能。
獲獎(jiǎng)方案由阿根廷建筑師SantiagoMurosCortés設(shè)計(jì)，其獨(dú)特的設(shè)計(jì)巧妙融合了建筑美學(xué)和光熱發(fā)電的技術(shù)，受到了評(píng)審團(tuán)的一致肯定，給其留下了深刻印象，最終拔得頭魁。該項(xiàng)設(shè)計(jì)從300多項(xiàng)入圍參賽方案中脫穎而出，這對(duì)于光熱發(fā)電行業(yè)而言也不得不說是一大利好信息。
作為本次競(jìng)賽的第一名獲得者，Cortés也獲得了LAGI給予的15000美元獎(jiǎng)金，LAGI項(xiàng)目鼓勵(lì)藝術(shù)家、建筑師、科學(xué)家和工程師設(shè)計(jì)公共藝術(shù)設(shè)施，并將可再生能源技術(shù)融入其中來推動(dòng)綠色能源和建筑的結(jié)合及發(fā)展。今年設(shè)計(jì)競(jìng)賽項(xiàng)目的地點(diǎn)位于哥本哈根的一個(gè)港口，其前身為一個(gè)造船廠，未來這里會(huì)成為綠色城市能源戰(zhàn)略的發(fā)展基地，獲獎(jiǎng)的設(shè)計(jì)方案有可能被付諸實(shí)踐。
“不像那里的其他發(fā)電廠，太陽能沙漏自誕生之日起就將成為這個(gè)城市生活不可分割的組成部分，它能夠通過融合社會(huì)文化，將可持續(xù)性綠色發(fā)電的理念融入到人們每天的日常生活中去，從而使社會(huì)大眾對(duì)可再生能源技術(shù)有更直觀的認(rèn)知和理解”。Cortés說。
盡管這一榮獲第一名的方案也不能保證就可以投入實(shí)際建設(shè)，但這個(gè)非一般的創(chuàng)意決不會(huì)被抹殺，它將影響未來綠色建筑藝術(shù)的發(fā)展。事實(shí)上，LAGI也會(huì)將所有入圍的競(jìng)賽方案打包整理后提供給世界范圍內(nèi)所有致力于可持續(xù)性綠色發(fā)展的投資者，以加大這些方案變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的可能性。
“雖然一般觀點(diǎn)認(rèn)為光熱發(fā)電項(xiàng)目的開發(fā)很大程度上取決于規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益，太陽能沙漏是塔類光熱發(fā)電技術(shù)的一種小規(guī)模化應(yīng)用，但是光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)中仍存在一些成功的小規(guī)?；瘧?yīng)用的案例，因此我們相信我們選擇的這個(gè)創(chuàng)意方案是可行的?！盠AGI的聯(lián)合創(chuàng)始人之一ElizabethMonoian表示。
二次反射塔式技術(shù)
太陽能沙漏采用的塔式技術(shù)源于二次反射的原理，全球首個(gè)基于二次反射原理的塔式光熱發(fā)電示范項(xiàng)目于2010年1月份在阿聯(lián)酋Masdar建成，裝機(jī)容量100kWth。目前世界范圍內(nèi)仍有中國(guó)的上海晶電、MASDAR等機(jī)構(gòu)在推進(jìn)此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用。太陽能沙漏也被認(rèn)為是一個(gè)基于二次反射原理、集熱器下置的小型塔式項(xiàng)目。
根據(jù)這項(xiàng)方案，一系列的定日鏡被安裝在沙漏上表面，定日鏡反射陽光將太陽光聚焦到一個(gè)錐形的二次反射鏡上，這個(gè)二次反射鏡再將光通過沙漏漏斗反射至沙漏底部的集熱器上，集熱器、儲(chǔ)熱設(shè)施以及發(fā)電系統(tǒng)都被置于下層沙漏的表面內(nèi)部，從外觀上來看你完全難以猜到里面竟然安裝了儲(chǔ)熱和發(fā)電系統(tǒng)。
在上層沙漏表面組成的類似拋物線形的定日鏡陣列通過反射陽光，將聚集后的光能投射至下方的集熱器中，帶有光能吸收涂層的集熱器可以最大限度的將其吸收的熱量傳遞給傳熱介質(zhì)熔鹽，高溫熔鹽融化后溫度可繼續(xù)上升到600度以上，其再與水換熱，將水轉(zhuǎn)化為蒸氣，進(jìn)而推動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電。
由于下層沙漏近乎封閉，其產(chǎn)生的水蒸氣很少會(huì)返回到沙漏上層，所以被聚集后的太陽能光束對(duì)公眾來說變得可見。這樣，這套同時(shí)作為藝術(shù)景觀的建筑就可以向公眾傳達(dá)出更具震撼力的信息：我們還有時(shí)間做一些事情讓環(huán)境更加美好。這個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝1960平方米的拋物線形定日鏡場(chǎng)，其能夠集中足夠的熱量來驅(qū)動(dòng)6.2MW的發(fā)電機(jī)組，年均生產(chǎn)出7500MWh的綠色電能。
但是，要將該設(shè)計(jì)思路推向?qū)嶋H應(yīng)用，最大的實(shí)際問題就是：建設(shè)這樣一個(gè)工程是一件容易的事嗎？
專家眼中的太陽能沙漏
德國(guó)卡塞爾大學(xué)熱能工程學(xué)院的研究員StevenMeyers一直致力于將光熱技術(shù)與工業(yè)生產(chǎn)結(jié)合起來的研究，他認(rèn)為，“太陽能沙漏是二次反射塔式技術(shù)以及光熱發(fā)電技術(shù)的一個(gè)有趣的應(yīng)用設(shè)想。單就美學(xué)而言，它看起來非常光滑和時(shí)髦，看起來我們當(dāng)然不會(huì)和發(fā)電廠聯(lián)系起來，其可以作為光熱發(fā)電技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)有趣的標(biāo)桿?！?
作為馬斯達(dá)爾能源和納米科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的前任研究工程師，Meyers與馬斯達(dá)爾此前建設(shè)的那個(gè)二次反射塔式示范系統(tǒng)有直接關(guān)系。但是，當(dāng)他看到Cortés的方案的技術(shù)層面時(shí)，Meyers提出了幾個(gè)問題，這些問題是他的團(tuán)隊(duì)在馬斯達(dá)爾研究該技術(shù)時(shí)所遇到的，而且這些問題很有可能在太陽能沙漏計(jì)劃的實(shí)施中遇到。
“第一個(gè)問題是復(fù)雜的多重鏡面反射光學(xué)系統(tǒng)，對(duì)于安裝在一般的地面上來說，已經(jīng)很難控制這些反射鏡了，當(dāng)反射鏡集熱系統(tǒng)被用繩索整個(gè)吊起來安裝在空中時(shí)，無疑將進(jìn)一步增加聚焦太陽能的難度，反射鏡系統(tǒng)在空中將更易被風(fēng)載影響，并難以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定日。緊接著第一個(gè)問題，第二個(gè)是有關(guān)散光和安全的問題。在該方案的其中一副圖片中，沙漏方案描繪了進(jìn)入吸熱器前數(shù)米的光束。這種情況是不可能發(fā)生的，一方面二次反射鏡反射會(huì)帶來部分散光，同時(shí)光束具有強(qiáng)大的熱能，會(huì)帶來嚴(yán)重的安全問題?！盡eyers表示。
“這些被集中起來的光束如此明亮，以至于人們?cè)诠馐車鸁o法看到聚光焦點(diǎn)。同時(shí)，光束中含有的熱量十分強(qiáng)大，人們?cè)诳拷麕酌淄獾木嚯x都會(huì)感受到他的巨大熱量，根本不可能靠近。”Meyers認(rèn)為太陽能沙漏的設(shè)想圖有些不切現(xiàn)實(shí)。
馬斯達(dá)爾已經(jīng)建成的裝機(jī)為100KWth的那個(gè)示范系統(tǒng)是該太陽能沙漏計(jì)劃的二十分之一，即便如此，Meyers說他們也不得不在靠近焦點(diǎn)光束時(shí)候戴上厚厚的太陽鏡，而且還要與焦點(diǎn)光束保持2~3米的距離。這些問題都是當(dāng)前不可能解決的問題，仍需要技術(shù)上的進(jìn)步來降低其風(fēng)險(xiǎn)。
潛在可行性
說起建設(shè)太陽能沙漏項(xiàng)目的可行性，Meyers認(rèn)為可行與否要看項(xiàng)目的目標(biāo)是什么。“如果目標(biāo)是整體提高光熱發(fā)電和太陽能技術(shù)在社會(huì)大眾中的認(rèn)知度，那么太陽能沙漏計(jì)劃就是一個(gè)值得開發(fā)的項(xiàng)目?！?
但是，從目前的技術(shù)來看，這個(gè)計(jì)劃仍然難以實(shí)現(xiàn)。Meyers說，“最大的障礙是沙漏上層集熱場(chǎng)的設(shè)計(jì)安裝要非常精確，并且堅(jiān)固，因?yàn)樗械亩ㄈ甄R和集熱塔設(shè)施都在上層沙漏里。”“以目前這個(gè)設(shè)計(jì)尺寸，僅僅太陽能集熱裝備就重達(dá)60000公斤還多，排除支架裝置，保守假定每平方米承重也需要達(dá)到30公斤，這個(gè)承重要求已經(jīng)是很高的，必須用鋼絲繩同4個(gè)固定在地面上的柱子連接起來，即便如此要保證上層沙漏穩(wěn)固安全也很較大難度。”從技術(shù)角度來看，只有經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師采用創(chuàng)意性的設(shè)計(jì)才能解決這個(gè)問題。
至于提到的熱能儲(chǔ)存方案，Meyers認(rèn)為倒是可行的，因?yàn)槿埯}作為熱能存儲(chǔ)材料已被證明是有效的?？傮w來看，上層集熱場(chǎng)的設(shè)計(jì)以及控制是難以完美實(shí)現(xiàn)的一大問題，另外，下層沙漏的聚集光束的安全問題也不容忽視。而這些可能是該方案的設(shè)計(jì)者并沒有認(rèn)真考慮到的地方。
結(jié)合光熱發(fā)電技術(shù)來進(jìn)行一些創(chuàng)意設(shè)計(jì)的方案應(yīng)當(dāng)被意識(shí)到其潛在價(jià)值，比如在公園或者公共區(qū)域內(nèi)，利用光熱發(fā)電技術(shù)來建設(shè)一些安全的、具有藝術(shù)美感的創(chuàng)意建筑，不但可以向社會(huì)普及推廣太陽能利用知識(shí)，同時(shí)也可為城市增加獨(dú)特的風(fēng)景。基于這種目的，我們可以犧牲掉一些諸如發(fā)電量這些技術(shù)性經(jīng)濟(jì)性的考量，因?yàn)槭聦?shí)上這并非一座商業(yè)化發(fā)電廠，其更貼切的身份或許是公共的藝術(shù)品、宣傳品。
原標(biāo)題:太陽能沙漏：基于光熱發(fā)電的奇幻設(shè)計(jì)
