塔式光熱電站如何降低眩光等光污染影響？

Palen太陽(yáng)能控股公司（PSH）是BrightSource與Abengoa太陽(yáng)能共同組建的一個(gè)聯(lián)合體，負責開(kāi)發(fā)建設500MW的Palen塔式光熱電站。Palen電站此前因環(huán)境問(wèn)題一度遭遇加州能源委員會(huì )的核準推遲，至今該項目依然未能獲得最終核準以啟動(dòng)后續工作。

該項目遭遇核準問(wèn)題的主要障礙之一是塔式電站的強光強能量可能對鳥(niǎo)類(lèi)的生存造成威脅、以及塔式電站產(chǎn)生的眩光問(wèn)題對航空造成的負面影響的論調。

實(shí)際上，塔式電站成千上萬(wàn)面定日鏡反射的強光和高聚集能量將殺死飛過(guò)該電站的鳥(niǎo)類(lèi)等生物，這似乎已成為了美國開(kāi)發(fā)塔式電站面臨的一大問(wèn)題。該問(wèn)題在今年2月份新投運的392MW的全球最大裝機的塔式電站Ivanpah項目上得到了實(shí)際體現，并由此引發(fā)了輿論層面的廣泛抨擊，有相關(guān)言論稱(chēng)Ivanpah電站至今為止已經(jīng)殺死了28000只飛鳥(niǎo)，對生態(tài)環(huán)境問(wèn)題造成了諸多不利影響。

但Ivanpah電站的項目方對此并不能認同，他們認為該項目是可能造成鳥(niǎo)類(lèi)死亡，但通過(guò)一系列的措施，可以盡最大可能地避免此類(lèi)事件的發(fā)生，他們稱(chēng)目前已經(jīng)解決了這一問(wèn)題，主要通過(guò)一種新的控制定日鏡的算法即可以實(shí)現。

Ivanpah項目方對上述數字不能茍同，他們表示，“在該電站運行的前六個(gè)月內，在Ivanpah電站3500平方英畝的場(chǎng)地上，實(shí)際上只有321只鳥(niǎo)或蝙蝠死掉，其中有133只因飛離集熱塔的距離過(guò)近而被烤焦羽毛，被殺死的鳥(niǎo)大多數是小型鳥(niǎo)類(lèi)，主要是各種蜂鳥(niǎo)和麻雀。”

采用人造的鳥(niǎo)類(lèi)驅趕裝置，Ivanpah項目目前正在進(jìn)一步降低由此帶來(lái)的鳥(niǎo)類(lèi)死亡數量。事實(shí)上，驅鳥(niǎo)技術(shù)在航空工業(yè)上已經(jīng)有諸多成熟應用，有很多種方案可以使各種鳥(niǎo)類(lèi)不靠近某一特定區域，航空領(lǐng)域的成功經(jīng)驗可以借鑒以用于塔式電站的驅鳥(niǎo)事宜。

閃光和眩光問(wèn)題

加州能源委員會(huì )對Palen電站的最近一次聽(tīng)證會(huì )在今年的8月初舉辦，他們對該項目的相似者Ivanpah電站進(jìn)行了考察和相關(guān)的證據搜集，來(lái)衡量Palen電站是否將會(huì )對當地生態(tài)環(huán)境造成較大影響。

塔式電站采用大規模的定日鏡反射陽(yáng)光來(lái)收集熱量，這些反射鏡發(fā)出耀眼的眩光，客觀(guān)上來(lái)看確實(shí)是一個(gè)需要注意的問(wèn)題。392MW的Ivanpah電站已經(jīng)運行了六個(gè)月之久，可以被用作一個(gè)參考電站來(lái)驗證考量Palen電站的環(huán)境可行性，Palen電站從裝機上要比Ivanpah高出20%還多，其單機裝機規模將擴大到250MW，設置兩個(gè)單獨電站，這比Ivanpah電站的三獨立機組設置要少一個(gè)，但單機規模要大很多。

為了使加州能源委員會(huì )通過(guò)核準Palen電站，PSH公司和加州能源委員會(huì )都同意對Ivanpah電站的眩光等級作精準測定。如果證實(shí)是很高的，PSH將必須提供解決方案來(lái)降低這種高眩光度造成的負面影響，否則該電站將不可能通過(guò)核準。

2013年8月份，美國聯(lián)邦航空管理局收到2份匿名投訴，宣稱(chēng)航空飛行員被Ivanpah發(fā)電站的鏡子反射的強光晃花眼睛，干擾了飛機的正常飛行。

Ivanpah電站在通過(guò)核準的時(shí)候，合作方當時(shí)也做過(guò)類(lèi)似的眩光等級評估，美國Sandia國家實(shí)驗室也參與了該項評估，“我們不得不進(jìn)行一系列的模擬發(fā)光、閃爍和眩光的試驗研究，因為彼時(shí)還沒(méi)有一個(gè)實(shí)際的電站可以用于實(shí)際評估。”NRG能源公司發(fā)言人JeffHolland表示。NRG公司持有Ivanpah電站的半數股權，目前還負責運維該項目。BrightSource和Google分別持有該項目30%和20%的股權。首次眩光問(wèn)題評估

今年早些時(shí)候，NRG對Sandia實(shí)驗室的科學(xué)家CliffHo博士和他的團隊發(fā)出邀請，來(lái)做一項新的研究來(lái)確定是什么導致了閃爍和眩光問(wèn)題，以此來(lái)量化Ivanpah電站的光污染水平及其對人眼的危害。

今年7月份，上述研究成果被摘要上報給加州能源委員會(huì )，其中的觀(guān)點(diǎn)指出，在不超過(guò)6英里的地方看Ivanpah電站的定日鏡，對人眼造成的眩光影響是暫時(shí)的，不會(huì )造成永久性傷害。

Sandia的初始研究發(fā)現，雖然一些定日鏡會(huì )引發(fā)眩光，但并不代表會(huì )造成危險。駕駛飛機從從35000英尺的高空經(jīng)過(guò)該電站，對飛行員造成的影響并不是很?chē)乐氐摹?/p>

美國聯(lián)邦航空管理局FAA稱(chēng)，在2014年的5月份，約12000班班次的航班從該電站15英里范圍內的上空飛過(guò)，僅僅很少的飛行投訴被提交給加州能源委員會(huì )備案。其中多是在2013年8月份該電站進(jìn)行調試時(shí)，當時(shí)對定日鏡的方位校正比較頻繁。在該電站今年2月份正式投運后就很少出現類(lèi)似投訴了。

改變定日鏡的待機算法

Ho博士和他的團隊承認眩光問(wèn)題的存在，定日鏡在備用待機模式下的聚集焦點(diǎn)一般都被指向熱量接收器的旁邊，這很容易產(chǎn)生強眩光。他們的任務(wù)是找到一種減小眩光對視覺(jué)影響的方法，以進(jìn)一步降低對航空業(yè)的影響。

在多番討論后，他們和NRG以及BrightSource一起致力于實(shí)施相關(guān)的實(shí)驗方案來(lái)降低眩光的影響。通過(guò)修訂定日鏡的待機位置算法，來(lái)分散定日鏡的焦點(diǎn)范圍，使定日鏡的聚光強度降低，從而減少在待機模式下的眩光影響。

具體的方案是，在不同的方向定位一定數量的定日鏡，而不是同時(shí)聚集于同一個(gè)焦點(diǎn)，事實(shí)上，在任何時(shí)候，塔式電站都有相當比例的定日鏡處于待機備用模式。

為了測試這一控制實(shí)驗的結果和效果，BrightSource的工程師對該電站的其中兩個(gè)定日鏡場(chǎng)進(jìn)行了模式修訂，Ho表示，他隨之對該電站進(jìn)行了另一個(gè)航空影響結果檢測。

結果顯示，新的控制模式產(chǎn)生了不同的結果，相對于此前，這一修訂產(chǎn)生了很好的實(shí)際效果。眩光問(wèn)題雖然依然可見(jiàn)，但僅僅出現在太陽(yáng)在南部的部分時(shí)候。

“Ivanpah電站已經(jīng)開(kāi)始采用新的定日鏡定位方案，并被實(shí)踐證明是有效的”。BrightSource的工程師GustaveBuhacoff在上述冗長(cháng)的聽(tīng)證會(huì )上宣布了這一結論，新的控制系統的運行可以應付一些可能出現的潛在問(wèn)題。

Sandia的實(shí)際測試團隊下個(gè)月就將完成實(shí)際的場(chǎng)地測試，他們將通過(guò)實(shí)際的檢測數據來(lái)證明是否有些明顯的變化發(fā)生。“抱著(zhù)謹慎的態(tài)度，我們已經(jīng)重新定位了一些定日鏡，以使其在待機模式下產(chǎn)生最低的眩光影響度。”

實(shí)際上，自7月份以來(lái)，Ivanpah電站對待機備用模式下的定日鏡已經(jīng)進(jìn)行了重新定位，使其不致于聚集過(guò)于集中而產(chǎn)生強光，這也減小了由此帶來(lái)的鳥(niǎo)類(lèi)傷亡事件的發(fā)生概率。眩光問(wèn)題是能解決的

Ho博士在Plaen電站的聽(tīng)證會(huì )上持樂(lè )觀(guān)態(tài)度，他告訴加州能源委員會(huì )，“我十分有信心，如果與BrightSource的工程師Buhacoff在一起繼續致力于該問(wèn)題的研究，我們能夠減小或清除眩光造成的視覺(jué)影響，同時(shí)提出一套高效的運維方案來(lái)執行這一計劃。”

Buhacoff同時(shí)有更多緩解眩光問(wèn)題的想法，但目前還沒(méi)有進(jìn)行下一步的實(shí)驗研究，但他們都認為緩解這一問(wèn)題是合理的并且是可以實(shí)現的。

對Palen電站的開(kāi)發(fā)而言，一個(gè)完善的定日鏡的定位和監控計劃（HPMP）方案無(wú)論是在電站運行階段還是建設階段，都是需要的，PSH公司必須監控并設法減小眩光造成的負面影響。

對Ivanpah電站而言，更細致的工作是，他們必須確定對觀(guān)察者而言，從哪個(gè)方位看更容易產(chǎn)生眩光問(wèn)題，從而針對實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行方位調整和解決方案的優(yōu)化。

在上述聽(tīng)證會(huì )后，加州能源委員會(huì )的JimAdams說(shuō)，“定日鏡的定位和監控計劃”是湊效的，這針對塔式定日鏡的眩光問(wèn)題提供了一種有意義的解決方案。這些緩解措施應當被采納執行。

Adams還推斷說(shuō)，“通過(guò)一系列措施的運用，Palen電站可能造成的眩光問(wèn)題將被降至可以接受的水平之內”。而這將有望解決該電站核準面臨的環(huán)評障礙，推進(jìn)該電站的進(jìn)一步實(shí)施。