光熱電站的冷卻及設(shè)備清洗過(guò)程需要大量用水，而光照條件好、適宜建光熱電站的地方通常都面臨著水資源緊缺的挑戰(zhàn)，部分地區(qū)淡水價(jià)格甚至高于電價(jià)，這在一定程度上會(huì)影響光熱電站的運(yùn)行效率。
雖然近年來(lái)光熱發(fā)電成本在不斷下降，但其在開(kāi)發(fā)和運(yùn)維領(lǐng)域尚存在一些難題亟待解決，比如在一些缺水的地區(qū)開(kāi)發(fā)電站如何解決水資源短缺的問(wèn)題。目前，歐盟正在推進(jìn)名為MinWaterCSP和WASCOP的兩個(gè)研發(fā)項(xiàng)目以降低光熱電站對(duì)于水的需求量，致力通過(guò)研究一種由節(jié)儉型水噴頭和特制的轉(zhuǎn)子組成的反射鏡清洗裝置和優(yōu)化電站用水系統(tǒng)管理以幫助降低光熱電站用水。
圖：節(jié)水清洗車在清洗定日鏡表面
空冷水冷耦合的智能冷卻系統(tǒng)
來(lái)自法國(guó)原子能與可替代能源委員會(huì)(CEA)的熱工程師Delphine Bourdon表示，“同所有的熱機(jī)原理一樣，光熱發(fā)電是將熱能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能進(jìn)而帶動(dòng)汽輪機(jī)做功發(fā)電。蒸汽在發(fā)電機(jī)的兩端溫差巨大，如果電站沒(méi)有配備冷卻系統(tǒng)，設(shè)備的運(yùn)行效率將會(huì)迅速下降，組件也會(huì)被嚴(yán)重?fù)p壞。”
目前，水冷在電站中的使用中較為普遍。作為歐盟資助的WASCOP項(xiàng)目的協(xié)調(diào)員，Bourdon將在未來(lái)三年對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)來(lái)實(shí)現(xiàn)智能用水系統(tǒng)管理。空冷系統(tǒng)將作為主要冷卻方式全天運(yùn)行以保證電站在安全工作溫度下運(yùn)行。而水冷將會(huì)在電站滿負(fù)荷發(fā)電時(shí)使用，以增強(qiáng)冷卻效果，確保電站達(dá)到最佳運(yùn)行效率。
kelvion控股有限公司研究與發(fā)展部主任Falk Mohasseb博士也認(rèn)同智能優(yōu)化用水系統(tǒng)的思路，他負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)MinWaterCSP項(xiàng)目，旨在研究先進(jìn)的冷卻和鏡面清潔技術(shù)。Falk Mohasseb聲稱，相比水冷系統(tǒng)，MinWaterCSP提供的解決方案能使光熱電站的水蒸發(fā)損失下降75%-95%，蒸汽朗肯循環(huán)的效率提升2%。采用空冷系統(tǒng)的光熱電站在保持循環(huán)效率的前提下成本降低25%左右。同時(shí)，該項(xiàng)目正在開(kāi)發(fā)軸流風(fēng)扇，以滿足發(fā)電廠對(duì)氣流和靜態(tài)壓力的具體要求。
據(jù)Mohasseb博士介紹，軸流風(fēng)扇有可能會(huì)取代常規(guī)風(fēng)扇，“MinWaterCSP的定制風(fēng)扇將改進(jìn)常規(guī)風(fēng)扇的性能與效率，新型風(fēng)扇在實(shí)驗(yàn)階段表現(xiàn)良好，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明新型風(fēng)扇可將冷卻效率提高10%?！?/p>
此外，一個(gè)直徑7.3米的風(fēng)扇將在南非斯坦陵布什大學(xué)的校園里進(jìn)行測(cè)試。Mohasseb博士認(rèn)為風(fēng)扇達(dá)到這樣的尺寸，將會(huì)面臨很多機(jī)械條件的限制，包括材料、機(jī)械振動(dòng)和特別是噪聲的限制，因此他認(rèn)為大風(fēng)扇在市場(chǎng)上并不具備競(jìng)爭(zhēng)力。
設(shè)置屏障和防塵反射鏡以阻斷灰塵
陽(yáng)光輻照資源好的地區(qū)往往也是灰塵彌漫的地區(qū)，為了不讓蒙塵的反射鏡影響電站運(yùn)行效率，反射鏡需要定期進(jìn)行清潔。雖然在清潔上的用水遠(yuǎn)不及冷卻用水，但它在純度上往往要求更高。
圖：反射鏡防塵將會(huì)為清洗節(jié)省大量用水
MinWaterCSP開(kāi)發(fā)的徑流水采集系統(tǒng)配合使用清潔機(jī)器人可用于清潔槽式和菲涅爾光熱系統(tǒng)的反射鏡，并使反射鏡清洗用水量減少25%。
WASCOP項(xiàng)目在西班牙南部地區(qū)和摩洛哥都進(jìn)行了圍墻和植被屏障試驗(yàn)，旨在測(cè)試其是否可以阻斷灰塵接近鏡面。同時(shí)該項(xiàng)目合作伙伴也在進(jìn)行疏水涂層試驗(yàn)，從而可以使通過(guò)障礙的灰塵也無(wú)法吸附在鏡面上。
WASCOP和MinWaterCSP的目標(biāo)是通過(guò)結(jié)合智能冷卻和先進(jìn)的鏡面清潔措施，在未來(lái)幾年內(nèi)減少光熱電站70%以上的用水需求。
