2014年哥本哈根大地藝術(shù)發(fā)電計劃競賽(LAGI)的優(yōu)勝者已經(jīng)于今年10月份正式揭曉，榮獲本年度競賽第一名的為一個名為“太陽能沙漏”的建筑設(shè)計，其采用了聚光太陽能發(fā)電技術(shù)，在為城市創(chuàng)造了獨特的絢麗景觀的同時，其還可以年產(chǎn)7500MWh的綠色電能。

獲獎方案由阿根廷建筑師SantiagoMurosCortés設(shè)計，其獨特的設(shè)計巧妙融合了建筑美學和光熱發(fā)電的技術(shù)，受到了評審團的一致肯定，給其留下了深刻印象，最終拔得頭魁。該項設(shè)計從300多項入圍參賽方案中脫穎而出，這對于光熱發(fā)電行業(yè)而言也不得不說是一大利好信息。

作為本次競賽的第一名獲得者，Cortés也獲得了LAGI給予的15000美元獎金，LAGI項目鼓勵藝術(shù)家、建筑師、科學家和工程師設(shè)計公共藝術(shù)設(shè)施，并將可再生能源技術(shù)融入其中來推動綠色能源和建筑的結(jié)合及發(fā)展。今年設(shè)計競賽項目的地點位于哥本哈根的一個港口，其前身為一個造船廠，未來這里會成為綠色城市能源戰(zhàn)略的發(fā)展基地，獲獎的設(shè)計方案有可能被付諸實踐。

“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城市生活不可分割的組成部分，它能夠通過融合社會文化，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，從而使社會大眾對可再生能源技術(shù)有更直觀的認知和理解”。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際建設(shè)，但這個非一般的創(chuàng)意決不會被抹殺，它將影響未來綠色建筑藝術(shù)的發(fā)展。事實上，LAGI也會將所有入圍的競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)實的可能性。

“雖然一般觀點認為光熱發(fā)電項目的開發(fā)很大程度上取決于規(guī)模經(jīng)濟效益，太陽能沙漏是塔類光熱發(fā)電技術(shù)的一種小規(guī)?；瘧?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創(chuàng)意方案是可行的。”LAGI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，全球首個基于二次反射原理的塔式光熱發(fā)電示范項目于2010年1月份在阿聯(lián)酋Masdar建成，裝機容量100kWth。目前世界范圍內(nèi)仍有中國的上海晶電、MASDAR等機構(gòu)在推進此項技術(shù)的應(yīng)用。太陽能沙漏也被認為是一個基于二次反射原理、集熱器下置的小型塔式項目。

根據(jù)這項方案，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錐形的二次反射鏡上，這個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，進而推動發(fā)電機運轉(zhuǎn)發(fā)電。

由于下層沙漏近乎封閉，其產(chǎn)生的水蒸氣很少會返回到沙漏上層，所以被聚集后的太陽能光束對公眾來說變得可見。這樣，這套同時作為藝術(shù)景觀的建筑就可以向公眾傳達出更具震撼力的信息：我們還有時間做一些事情讓環(huán)境更加美好。這個系統(tǒng)設(shè)計安裝1960平方米的拋物線形定日鏡場，其能夠集中足夠的熱量來驅(qū)動6.2MW的發(fā)電機組，年均生產(chǎn)出7500MWh的綠色電能。

但是，要將該設(shè)計思路推向?qū)嶋H應(yīng)用，最大的實際問題就是：建設(shè)這樣一個工程是一件容易的事嗎?

專家眼中的太陽能沙漏

德國卡塞爾大學熱能工程學院的研究員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)的一個有趣的應(yīng)用設(shè)想。單就美學而言，它看起來非常光滑和時髦，看起來我們當然不會和發(fā)電廠聯(lián)系起來，其可以作為光熱發(fā)電技術(shù)應(yīng)用的一個有趣的標桿。”

作為馬斯達爾能源和納米科學實驗室的前任研究工程師，Meyers與馬斯達爾此前建設(shè)的那個二次反射塔式示范系統(tǒng)有直接關(guān)系。但是，當他看到Cortés的方案的技術(shù)層面時，Meyers提出了幾個問題，這些問題是他的團隊在馬斯達爾研究該技術(shù)時所遇到的，而且這些問題很有可能在太陽能沙漏計劃的實施中遇到。

“第一個問題是復雜的多重鏡面反射光學系統(tǒng)，對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，當反射鏡集熱系統(tǒng)被用繩索整個吊起來安裝在空中時，無疑將進一步增加聚焦太陽能的難度，反射鏡系統(tǒng)在空中將更易被風載影響，并難以實現(xiàn)精準定日。緊接著第一個問題，第二個是有關(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帶來部分散光，同時光束具有強大的熱能，會帶來嚴重的安全問題。”Meyers表示。

“這些被集中起來的光束如此明亮，以至于人們在光束周圍無法看到聚光焦點。同時，光束中含有的熱量十分強大，人們在靠近他幾米外的距離都會感受到他的巨大熱量，根本不可能靠近。”Meyers認為太陽能沙漏的設(shè)想圖有些不切現(xiàn)實。

馬斯達爾已經(jīng)建成的裝機為100KWth的那個示范系統(tǒng)是該太陽能沙漏計劃的二十分之一，即便如此，Meyers說他們也不得不在靠近焦點光束時候戴上厚厚的太陽鏡，而且還要與焦點光束保持2~3米的距離。這些問題都是當前不可能解決的問題，仍需要技術(shù)上的進步來降低其風險。

潛在可行性

說起建設(shè)太陽能沙漏項目的可行性，Meyers認為可行與否要看項目的目標是什么。“如果目標是整體提高光熱發(fā)電和太陽能技術(shù)在社會大眾中的認知度，那么太陽能沙漏計劃就是一個值得開發(fā)的項目。”

但是，從目前的技術(shù)來看，這個計劃仍然難以實現(xiàn)。Meyers說，“最大的障礙是沙漏上層集熱場的設(shè)計安裝要非常精確，并且堅固，因為所有的定日鏡和集熱塔設(shè)施都在上層沙漏里。”“以目前這個設(shè)計尺寸，僅僅太陽能集熱裝備就重達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到30公斤，這個承重要求已經(jīng)是很高的，必須用鋼絲繩同4個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)驗豐富的工程師采用創(chuàng)意性的設(shè)計才能解決這個問題。

至于提到的熱能儲存方案，Meyers認為倒是可行的，因為熔鹽作為熱能存儲材料已被證明是有效的?？傮w來看，上層集熱場的設(shè)計以及控制是難以完美實現(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)計者并沒有認真考慮到的地方。

結(jié)合光熱發(fā)電技術(shù)來進行一些創(chuàng)意設(shè)計的方案應(yīng)當被意識到其潛在價值，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，不但可以向社會普及推廣太陽能利用知識，同時也可為城市增加獨特的風景?；谶@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)濟性的考量，因為事實上這并非一座商業(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。