該電站業(yè)主為內(nèi)蒙古華原集團(tuán)，項(xiàng)目總包和設(shè)計(jì)方為瑞典科林潔能公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“科林潔能”），其中碟盤(pán)供應(yīng)商為大連宏海新能源發(fā)展有限公司。項(xiàng)目分別由斯特林發(fā)電單元、碟盤(pán)及其跟蹤系統(tǒng)、園區(qū)控制及SCADA系統(tǒng)和天氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等構(gòu)成。

　　

　　斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)：科林潔能所生產(chǎn)的斯特林發(fā)電機(jī)型起源于Solo V160發(fā)動(dòng)機(jī)，在此基礎(chǔ)上研制了V161型發(fā)動(dòng)機(jī)并在美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、法國(guó)科學(xué)研究院（CNRS）、西班牙等地測(cè)試運(yùn)行，至2006年，擁有累計(jì)超過(guò)200萬(wàn)個(gè)工作小時(shí)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

　　本項(xiàng)目采用的斯特林發(fā)電機(jī)采用了C11S型機(jī)型，額定輸出功率11kW。由于采用了α雙缸系統(tǒng)，分開(kāi)配置單動(dòng)式的膨脹與壓縮活塞，發(fā)電效率達(dá)到25%，同時(shí)保證了長(zhǎng)時(shí)間免維護(hù)運(yùn)行。

　　碟盤(pán)及跟蹤系統(tǒng)：碟盤(pán)采用開(kāi)閉環(huán)聯(lián)合控制方式。在開(kāi)環(huán)跟蹤模式中，跟蹤系統(tǒng)用其已知位置、已知時(shí)間和一種算法，計(jì)算出相對(duì)于太陽(yáng)的“應(yīng)到”角度，并根據(jù)該角度定位，迅速使碟盤(pán)達(dá)到跟蹤的基本位置。在閉環(huán)跟蹤模式中，跟蹤系統(tǒng)利用太陽(yáng)光傳感器的輸入精確測(cè)算出入射光的角度，對(duì)碟盤(pán)的位置進(jìn)行微調(diào)，從而達(dá)到精確的跟蹤太陽(yáng)的目的。

圖2：碟式斯特林發(fā)電單元

　　園區(qū)控制系統(tǒng)：園區(qū)控制系統(tǒng)管理碟式斯特林單元的運(yùn)行及與其相關(guān)的電力電子設(shè)備、開(kāi)關(guān)柜和變壓器，由一臺(tái)監(jiān)測(cè)園區(qū)控制器（PLC）負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)園區(qū)小區(qū)控制器、變壓器和高壓開(kāi)關(guān)柜以確保對(duì)電網(wǎng)的正確配電。在園區(qū)配置模式下運(yùn)行時(shí)，碟式斯特林單元作為一種“從動(dòng)設(shè)備”運(yùn)行，此時(shí)園區(qū)小區(qū)控制器指示單元各個(gè)模式之間的轉(zhuǎn)換。

　　園區(qū)小區(qū)應(yīng)當(dāng)通過(guò)其控制器利用Modbus TCP與PSC系統(tǒng)和數(shù)據(jù)監(jiān)控和采集系統(tǒng)（SCADA）之間進(jìn)行信息交流，SCADA （監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集）系統(tǒng)在這個(gè)控制體系當(dāng)中發(fā)揮著頂級(jí)系統(tǒng)的作用，這個(gè)系統(tǒng)用于設(shè)定關(guān)鍵參數(shù)，手段干預(yù)自動(dòng)化運(yùn)行，并用于存儲(chǔ)和呈現(xiàn)從所有具備通信接口的系統(tǒng)組成部分接收來(lái)的數(shù)據(jù)。

　　天氣感測(cè)系統(tǒng)：公用事業(yè)規(guī)模的園區(qū)將在兩個(gè)層面上配備天氣感測(cè)系統(tǒng)： 

　　1、由一個(gè)園區(qū)小區(qū)級(jí)的傳感器系統(tǒng)來(lái)測(cè)量風(fēng)向、風(fēng)力、環(huán)境溫度、空氣壓力、空氣濕度和降雨量。來(lái)自這些園區(qū)小區(qū)傳感器的數(shù)據(jù)將得到園區(qū)控制器的本地利用，這些數(shù)據(jù)還將交流至監(jiān)控園區(qū)控制器用于執(zhí)行模式分析以及園區(qū)內(nèi)部的早期報(bào)警。  

　　2、配備一個(gè)當(dāng)?shù)貓@區(qū)級(jí)的天氣雷達(dá)系統(tǒng)或建立與全國(guó)性天氣雷達(dá)系統(tǒng)的接口，目的在于方便接收惡劣天氣警報(bào)。 

　　園區(qū)布置：其中，園區(qū)中白色集裝箱柜為整個(gè)園區(qū)的控制中心，其內(nèi)部包含了：配電系統(tǒng)及并網(wǎng)系統(tǒng)、園區(qū)控制及SCADA系統(tǒng)、天氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和園區(qū)開(kāi)關(guān)柜等。 

　　該示范園區(qū)的配置與50MW商業(yè)化園區(qū)的配置完全相同，即在此基礎(chǔ)上很容易將電站擴(kuò)展到50MW級(jí)規(guī)模。

 

圖3：斯特林太陽(yáng)能發(fā)電園區(qū)布置圖

　　目前，太陽(yáng)能領(lǐng)域?qū)μ?yáng)能資源的預(yù)估和預(yù)測(cè)有多種不同的工具和資料來(lái)源。我們對(duì)當(dāng)?shù)靥?yáng)能資源的評(píng)估基于我們內(nèi)部的分析、對(duì)不同數(shù)據(jù)來(lái)源的比較，并聽(tīng)取了專(zhuān)家的意見(jiàn)。

　　根據(jù)研究和調(diào)查，在同一地區(qū)，不同的資料來(lái)源所描述的太陽(yáng)能資源有很大的不同。僅僅使用當(dāng)?shù)貧庀笳镜奶?yáng)輻射儀所給出的數(shù)據(jù)可能與實(shí)際相比較低，因?yàn)檫@些測(cè)量設(shè)備的實(shí)際運(yùn)維狀況我們并不了解，如灰塵覆蓋可能造成測(cè)量數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差等。如果我們僅僅使用衛(wèi)星數(shù)據(jù)或者是基于統(tǒng)計(jì)的計(jì)算模型得出的數(shù)據(jù)則往往會(huì)比實(shí)際的數(shù)據(jù)略高，并不足以指導(dǎo)我們進(jìn)行精確的發(fā)電量預(yù)估。

　　Meteonorm是一個(gè)綜合的氣象數(shù)據(jù)庫(kù)，其對(duì)氣象數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)是對(duì)任何的基于“標(biāo)準(zhǔn)氣象年”構(gòu)建的模型，其數(shù)據(jù)是基于大量的數(shù)據(jù)觀測(cè)點(diǎn)和復(fù)雜精密的數(shù)學(xué)模型得出的結(jié)果。

　　我們分別對(duì)當(dāng)?shù)氐膬蓚€(gè)地點(diǎn)進(jìn)行了“標(biāo)準(zhǔn)氣象年”的分析：

 

圖6：斯特林發(fā)電單元與DNI關(guān)系（考慮外界溫度）

　　我們對(duì)園區(qū)發(fā)電量的預(yù)估是基于Meteonorm氣象標(biāo)準(zhǔn)年的數(shù)據(jù)，在電量計(jì)算時(shí)，每6分鐘讀取一次DNI數(shù)據(jù)，同時(shí)將外界溫度和風(fēng)速的因素考慮在內(nèi)，并多次疊加，從而得到對(duì)全年發(fā)電量的預(yù)估，最終得到全年的發(fā)電量約21萬(wàn)kWh，升級(jí)后可以達(dá)到24萬(wàn)kWh左右。

圖7：實(shí)際的DNI與發(fā)電輸出的關(guān)系采樣圖（基于37000個(gè)采樣點(diǎn)）

 

圖8：各月份的實(shí)際運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)百分比

（在達(dá)到設(shè)備啟動(dòng)的輻照條件下，所有設(shè)備每月同時(shí)實(shí)際運(yùn)行的時(shí)長(zhǎng)占總的可運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)的比例，平均為96.4%）

記者小記：碟式斯特林光熱發(fā)電技術(shù)的推廣應(yīng)用目前面臨著諸如技術(shù)、成本、運(yùn)維等多方面的問(wèn)題，如何解決這些問(wèn)題是碟式技術(shù)從業(yè)者