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CSPPLAZA光熱發電網訊：Heliogen——這家(jia)獲(huo)得比爾蓋(gai)茨(ci)投資支持的初創光熱技術企業(ye)正在快速發展，近日該公司創始人(ren)Bill Gross向媒體介紹了市場拓展計(ji)劃(hua)，預(yu)計(ji)今年(nian)將把該技術應用(yong)于(yu)工(gong)業(ye)蒸汽市場，明年(nian)完成與水泥和鋼(gang)鐵生產技術集(ji)成，2022年(nian)前實現利用(yong)太陽能聚光集(ji)熱技術制(zhi)氫。

Heliogen自去年11月(yue)份橫空出(chu)世，并向(xiang)外界公布公司(si)聚光集(ji)熱技(ji)術(shu)實(shi)現了突破性進展——商業(ye)(ye)規模聚光集(ji)熱系(xi)統工作(zuo)溫度超過1000℃。截至(zhi)目前，已有多個行業(ye)(ye)的潛在客戶(hu)主(zhu)動與Heliogen密切(qie)接觸(chu)，部分合作(zuo)意向(xiang)即將達(da)成。

圖：位于美國加州Lancaster的Heliogen定日鏡(jing)(jing)系統（由400面單(dan)個面積(ji)1.5㎡的定日鏡(jing)(jing)組(zu)成，地面覆蓋率33%，總占地面積(ji)1800㎡）

據Bill Gross介紹，Heliogen的(de)(de)(de)“商業(ye)化”意(yi)味著其較高(gao)(gao)的(de)(de)(de)工作溫度(du)可與工業(ye)級要求(qiu)的(de)(de)(de)系統功(gong)率（250至(zhi)400千(qian)瓦）有效(xiao)結合，而(er)該(gai)公司(si)的(de)(de)(de)目標是盡快將可應用的(de)(de)(de)工業(ye)級系統功(gong)率提高(gao)(gao)到(dao)1MW到(dao)10MW標準(zhun)。

“三步走”市場開拓思路

按照Bill Gross計劃，未來Heliogen技術將(jiang)逐(zhu)步(bu)先后應用在工業蒸(zheng)汽、水(shui)泥(ni)等加工生產(chan)、水(shui)分離制氫等市場(chang)。

工業蒸汽方面，Bill Gross表示，自去年11月份公開該技(ji)術細節(jie)以(yi)(yi)來，已有超過(guo)1000名潛(qian)在(zai)(zai)客(ke)戶(hu)與(yu)Heliogen接洽，其中有一些(xie)客(ke)戶(hu)只是(shi)想讓太陽(yang)能蒸汽用于一個工業過(guo)程，我們(men)可以(yi)(yi)馬上(shang)賣(mai)給他(ta)們(men)。同(tong)時還有很多潛(qian)在(zai)(zai)客(ke)戶(hu)希望(wang)將Heliogen技(ji)術與(yu)他(ta)們(men)的生產流(liu)程進(jin)行整(zheng)合(he)，Heliogen今年將選擇擁有較優光資(zi)源條(tiao)件(jian)且工藝方面最匹(pi)配的潛(qian)在(zai)(zai)客(ke)戶(hu)簽約(yue)并一起合(he)作研(yan)發，盡快將該技(ji)術與(yu)各行業伙伴生產流(liu)程有效結合(he)。

Bill Gross補充說(shuo)，大多數客戶希望每天24小時進行生產，這可以通過(guo)熱(re)(re)(re)存(cun)儲實(shi)現(xian)，比(bi)如可以在耐火磚上通入太陽能集熱(re)(re)(re)器加熱(re)(re)(re)的空氣或蒸汽(qi)來實(shi)現(xian)熱(re)(re)(re)量儲存(cun)。

水泥(ni)生產(chan)方面，目前Heliogen技(ji)術所實現的(de)高溫可以(yi)使(shi)包括鋼鐵、玻璃、水泥(ni)在(zai)內的(de)很多工業生產(chan)都可以(yi)采用太(tai)陽光(guang)能，從而大大減少溫室氣體的(de)排放。鋼鐵的(de)熔點(dian)在(zai)攝氏溫度1500度左右，玻璃的(de)融程不超(chao)過1000度，水泥(ni)的(de)生產(chan)溫度在(zai)1000多度。

據(ju)悉(xi)，目前水泥(ni)生產(chan)(chan)多在回轉窯中(zhong)(zhong)進行，其碳(tan)排放占(zhan)全球二氧(yang)化(hua)碳(tan)年排放量(liang)7%以上。Bill Gross表示，聚(ju)光熱(re)能可用(yong)在水泥(ni)生產(chan)(chan)的(de)第一(yi)步——煅燒(shao)過程中(zhong)(zhong)，在煅燒(shao)過程中(zhong)(zhong)，石灰(hui)石（碳(tan)酸(suan)鈣）被加熱(re)到900-1000°C以除去二氧(yang)化(hua)碳(tan)并留下氧(yang)化(hua)鈣。

可有(you)效替代化(hua)石燃(ran)料(liao)也是比爾(er)蓋茨(ci)之所(suo)以(yi)愿意投資(zi)Heliogen的(de)主要(yao)原(yuan)因，比爾(er)蓋茨(ci)此前(qian)曾表示：“用于制(zhi)造水泥(ni)，鋼鐵和其他材料(liao)的(de)工(gong)業過程(cheng)所(suo)產生的(de)排放量(liang)(liang)占總排放量(liang)(liang)的(de)五(wu)分(fen)之一以(yi)上。這些(xie)材料(liao)在(zai)我們(men)生活中無處不在(zai)。如果要(yao)總體上實現零碳排放，我們(men)還有(you)很多(duo)工(gong)作(zuo)要(yao)做。在(zai)尋找(zhao)化(hua)石燃(ran)料(liao)替代物的(de)過程(cheng)中，Heliogen的(de)技術產生的(de)高溫是一項很有(you)希望的(de)發展。”

按照Heliogen方面設想，這個過(guo)程(cheng)可以通過(guo)將石(shi)灰石(shi)通過(guo)輸送(song)帶(dai)分批運送(song)到塔頂，并(bing)以烘箱的形式加熱(re)來(lai)實現。另一(yi)種思(si)路(lu)則是將蒸汽加熱(re)到1000°C，并(bing)通過(guo)絕(jue)緣(yuan)管道(dao)（只有(you)10-20°C的溫(wen)降(jiang)）輸送(song)到地面直接用于(yu)加熱(re)材料或者用于(yu)對流(liu)加熱(re)器加熱(re)烤箱。

Bill Gross透露，下一階段(duan)將嘗試(shi)與(yu)相關客戶(hu)一起將Heliogen技(ji)術與(yu)水泥加(jia)工實際流(liu)程進行(xing)集成。

至于制氫(qing)(qing)市場，Bill Gross表示(shi)這是(shi)一個額(e)外的(de)挑戰，因為它需要系統(tong)能夠(gou)承受1500°C的(de)溫度，而且(qie)所制得氫(qing)(qing)氣必須被壓(ya)縮和運輸。當(dang)該(gai)目標實現時(shi)，該(gai)技術能將氫(qing)(qing)分子從(cong)水中分離(li)出來，用于大規模生產氫(qing)(qing)氣，轉化為飛機、卡(ka)車等(deng)交(jiao)通(tong)工具的(de)燃料。

目(mu)前，利用太陽(yang)能(neng)光(guang)伏發電(dian)（PV）對(dui)水進(jin)行(xing)電(dian)解制氫相比甲烷(wan)重整制氫并(bing)無競(jing)爭力。但是(shi)(shi)，Bill Gross相信光(guang)熱發電(dian)（CSP）將(jiang)(jiang)比PV更有效率，因為它直接利用太陽(yang)的熱量，而不(bu)是(shi)(shi)先將(jiang)(jiang)其轉化為電(dian)能(neng)，而且這個過(guo)程可(ke)24小時連續(xu)進(jin)行(xing)。Bill Gross表示公司的長遠目(mu)標就(jiu)是(shi)(shi)成為一家(jia)綠色(se)氫能(neng)源(yuan)公司。

而在(zai)對于很(hen)多初創企業來說是最大難題(ti)的(de)(de)資(zi)金(jin)方面，Heliogen則毫無(wu)壓力(li)，因為目前(qian)已有比爾蓋茨(ci)等一批知名企業家和投(tou)資(zi)機構(gou)入股。Bill Gross表示：“我們(men)的(de)(de)資(zi)金(jin)真的(de)(de)很(hen)充(chong)裕，可(ke)以輕松地把該技術一路推向市場。”

技術核心：基于“閉環”算法的自動定日鏡校準系統

Heliogen聚光技術(shu)的(de)(de)主要突(tu)破得益(yi)于(yu)其(qi)開發的(de)(de)一種創新(xin)型、基于(yu)“閉環(huan)”算法的(de)(de)自(zi)動定日鏡校準系統(tong)，該技術(shu)原理被(bei)稱(cheng)為HelioMax，其(qi)利用人(ren)工智能技術(shu)、閉環(huan)控制系統(tong)與計算機(ji)視(shi)覺軟件等來提高定日鏡系統(tong)的(de)(de)精(jing)度，并高度聚攏反射光線，從而實現高溫。

系統(tong)運行(xing)(xing)時，吸熱(re)塔臺上的(de)(de)攝像(xiang)機(ji)指向整個(ge)(ge)鏡(jing)像(xiang)陣列，以(yi)每(mei)秒30幀的(de)(de)速度拍攝視頻，計算(suan)機(ji)視覺用于分析鏡(jing)子(zi)邊緣的(de)(de)位(wei)置和每(mei)個(ge)(ge)鏡(jing)子(zi)的(de)(de)反射角(jiao)，并(bing)對每(mei)個(ge)(ge)鏡(jing)子(zi)的(de)(de)位(wei)置進行(xing)(xing)每(mei)秒30次的(de)(de)微小調(diao)整。每(mei)個(ge)(ge)鏡(jing)子(zi)通(tong)過(guo)以(yi)太網連(lian)接接收(shou)命令(ling)，并(bing)配有兩個(ge)(ge)無刷電機(ji)（可(ke)實現最低限度的(de)(de)維護），以(yi)進行(xing)(xing)連(lian)續的(de)(de)小調(diao)整。

圖：配置(zhi)智能跟蹤控(kong)制系統的(de)定日鏡

Heliogen公(gong)司業務開(kai)發和(he)產品副總裁Fatimah Bello表示：“因為閉環控制器可以(yi)校(xiao)正(zheng)開(kai)環控制器難以(yi)或不可能校(xiao)正(zheng)的非線性和(he)其他制造缺陷，我們可以(yi)通過一個相對低成(cheng)本的驅動系(xi)統實現高跟蹤(zong)精度。”

Bill Gross表(biao)示：“我(wo)們所做的是找到一種更精確(que)地移動鏡(jing)子(zi)的方(fang)法，同時(shi)也消(xiao)除了最初(chu)安裝時(shi)精確(que)定位定日鏡(jing)的必要(yao)性，光線(xian)可以(yi)聚焦在直徑(jing)為18英寸（460毫米）的籃球圈大小的區域(yu)。”

可(ke)高效精準聚光的能(neng)力還可(ke)以使系(xi)(xi)統成本大(da)幅降低(di)，因(yin)為(wei)即使配(pei)套低(di)成本的定日(ri)鏡(jing)系(xi)(xi)統，安裝時不精確定位(wei)（安裝費用可(ke)大(da)大(da)降低(di)），系(xi)(xi)統整體性能(neng)也可(ke)以達到最優，并實現超過1000℃的工作溫度。

Heliogen使用的(de)反射鏡是(shi)由(you)普通玻璃制成的(de)，背面(mian)鍍銀，并用一層銅和一層室外用涂料來保護鏡子不(bu)受外界影響。原(yuan)料玻璃只有3.2毫米厚——盡可能(neng)薄以(yi)獲(huo)得(de)最大反射率，但厚度足以(yi)抵(di)御冰雹。

吸熱器內部(bu)(bu)使用了耐火陶瓷(ci)，因而可以承受極高的工(gong)作溫度。光束聚焦(jiao)在陶瓷(ci)上(shang)，而加熱過(guo)程中使用的任何介質(zhi)或(huo)材料（如蒸(zheng)汽或(huo)水泥）則位于陶瓷(ci)內部(bu)(bu)。

圖：運行(xing)中(zhong)的(de)Heliogen吸熱器

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