塔式聚光太阳能电站定日镜可用性提升技术的研究与实践

摘要：太阳能光热发电是构建新型电力系统、推动能源领域绿色低碳转型的关键支撑技术。定日镜作为塔式光热电站的核心运行设备，其运行可用率偏低是当前全行业面临的共性难题。针对某投运电站采用液压驱动结构的大尺寸定日镜，运行可用率长期低于90%的实际问题，结合累计半年的镜场运行缺陷数据开展统计分析，确定定日镜编码器角度异常为首要诱发因素，该类故障主要由部件密封性能不足、设备清洗过程进水、戈壁区域风沙侵入内部共同导致。通过增设专属防护套件的技术优化改造，对应设备的运行可用率提升至94.00%，该改造方案适配风沙较大、工况恶劣的应用场景，可为同类型光热电站的设备运维优化提供参考，支撑光热产业实现高质量发展。

关键词：塔式光热电站；定日镜；可用率；防护改造

1引言

在我国能源转型进程持续深化的当下，正稳步推进“双碳”战略落地，着力搭建清洁低碳、安全可靠的现代化能源体系。太阳能热发电因具备长时储能特性、出力曲线平稳、调峰性能优异的特点，能够有效填补光伏发电、风力发电的间歇性缺陷，是支撑新型电力系统安全平稳运行的核心技术之一，现已被列入我国能源发展整体规划。这一发展趋势也对光热电站核心装备的运行稳定性与运维管理能力提出了更为严苛的要求。

塔式太阳能光热发电是当前行业内的主流技术路径，而定日镜作为该系统的核心组成部件，主要负责精准跟随太阳方位变化、将太阳辐射能反射汇集至吸热塔，其实际运行工况会直接影响整个镜场的聚光效率以及整套机组的发电性能。我国已投运的光热电站大多选址在西北戈壁区域，尽管当地太阳能资源禀赋优异，但整体自然环境十分严苛，强风沙侵袭、大幅昼夜温差、介质腐蚀等多重因素共同作用，使得定日镜故障出现频率较高、设备可用率处于较低水平，这一问题已成为限制该产业规模化推广的重要瓶颈。

作为光热发电领域的典型示范工程，某塔式电站共搭载4400套西班牙ABENGOAASUP140型号定日镜，正式并网运行后该设备的平均可利用率仅达到85.03%，远低于90%的通用行业考核要求，对电站整体发电收益造成了显著负面影响。基于这一现状，针对定日镜故障诊断与可用率提升技术展开相关研究及落地应用，不仅可为该电站运营质量优化、效益提升提供技术支撑，也能为同类型项目提供可推广的实践参考，促进光热发电运维向精细化、低成本方向升级，助力“双碳”战略目标实现，具备突出的工程应用价值与行业示范意义。

2定日镜运行现状

坐落于青海海西州戈壁地带的某塔式太阳能光热电站，所在区域属典型大陆性气候，全年风沙活动频繁，昼夜温差可达30℃以上，大气湿度极低且浮尘含量居高不下，严苛的运行环境对定日镜的工作稳定性带来极大考验。该电站共布设4400台西班牙ABENGOA ASUP140型号定日镜，搭载高精度编码器、驱动电机等关键组件，选用西门子S7-1200 PLC完成现场控制，依托Modbus RTU协议实现角度数据采集与驱动控制，确保对太阳运行轨迹的精确跟踪。

光热电站正式并网运行后，定日镜设备故障出现频次不断升高，整体可投入使用的比例长期处于较低水平。运行监测数据表明，2025年10月到2026年2月期间，定日镜月度平均可用率分别为88.61%、85.84%、86.34%、84.29%、81.40%，五个月统计均值仅为85.03%，整体呈现逐步下滑的走向，与行业要求的90%以上的合格阈值存在较大差距。该问题直接引发镜场聚光转换效率未达设计预期、熔盐储热系统温升无法满足运行标准，进一步对发电机组的出力稳定性和实际发电量产生负面影响，给电站运营方带来了较为突出的经济损失。

3定日镜缺陷统计与核心问题定位

3.1缺陷数据统计与分类分析

为精准排查定日镜运行可用率偏低的关键诱因，基于光热电站日常运维管控平台，对镜场采集到的480份定日镜异常数据集开展系统汇总、归类整理及定量化研判。按照异常表现属性，将故障归为五大类别，具体统计结果如下：

编码器角度类缺陷累计392项，在所有故障中占比达81.67%，核心问题为输出角度信号失准，引发定日镜难以准确跟随太阳运行路径、光线聚焦误差超出允许范围，部分装置甚至完全丧失运行能力；倾角仪角度偏差类故障共50项，占比10.42%，由于实测数据存在偏差，会干扰定日镜角度调控的精确性，进而削弱光聚集效率；柱塞泵失效类问题共17项，占比3.54%，主要表现为介质泄漏、部件卡滞，会造成驱动动力供给不足，无法完成角度的正常调整；电机损毁类故障共12项，占比2.50%，多由绕组烧毁、绝缘层破损导致，会致使定日镜无法启动进入工作状态；变频器异常类问题共9项，占比1.87%，常因过载、短路问题触发驱动系统整体失灵。

数据统计结果显示，角度编码器故障是定日镜各类故障中占比最高的类型，占总数的比例超过80%，是阻碍定日镜可用率进一步提高的核心瓶颈；其余类型的故障发生占比相对较低，对设备可用率造成的影响较为有限。由此可见，攻克编码器角度偏差故障难题，是提高定日镜可用率、打通光热电站运维堵点的核心切入点。

3.2核心问题深度剖析

立足于海西区域自然环境特征及定日镜实际运行场景，针对编码器角度偏差类故障展开系统性分析。作为角度数据采集的核心元器件，编码器的工作状态直接影响定日镜的太阳跟踪精度及运行稳定性，故障多呈现信号漂移、传输中断、测量误差超限等形式，极易引发定日镜非正常停机。

对发生故障的编码器进行拆解分析并结合现场工况调研后可知，这类故障属于多诱因耦合作用的结果，研究人员初步筛选出检修流程规范度、联轴器材质性能等共6项底层影响因素。借助“多维度交叉排查+现场工况复现验证”的思路对各因素逐一论证后，最终明确故障核心诱因是编码器联轴器的密封结构存在缺陷，戈壁区域的强风沙、设备运维时的冲洗液体进入联轴器内部腔体，导致内部构件出现卡滞、磨蚀现象，最终引发输出信号失真，进一步造成角度测算偏差。

4定日镜可用率提升方案设计与实施

4.1方案设计原则与比选

围绕光热发电行业大规模发展的现实诉求与光伏电站运行维护的实际场景，定日镜有效运行率优化方案以“技术层面可落地、成本维度可承受、操作流程易推行、建设周期能管控”为核心准则，同时平衡方案的创新价值与大范围应用潜力，重点围绕编码器角度偏移故障开展攻关，以达成运营质量提升与成本损耗降低的目标。针对引发编码器角度偏差的三类核心成因，研究团队设计两类技术路径并开展横向比对：第一类方案为编码器整体替换，选用配置封闭式联轴器的高精度型号，该类器件密封性能优异、运行故障率低，但采购成本偏高、到货周期较长，无法满足经济性与项目推进时效的要求；第二类方案为增设定制化防护外罩，外壳采用耐候性高分子材质制备，安装步骤简单易行，总成本仅为整体替换方案的十分之一，采购周期更短，且无需对原有设备系统做结构性调整，后续运行维护的工作量处于可控范围。经过多维度综合研判，最终将第二类方案确定为核心优化措施。

4.2方案优化与实施准备

为确保方案落地成效，针对联轴器防护套加装方案开展如下优化：首先开展防护套定制化研发，尺寸完全适配现有联轴器参数，选取耐老化高强度复合材质，结构增设挡水檐与导流排水孔，设计服役寿命不少于2年；其次改进现场安装工序，制定标准化操作规范，采用专用密封粘结剂强化接缝密闭性，优化后续设备清洗流程防止水汽渗入；最后完善前期筹备工作，完成防护套的采购与性能检测，编制现场作业指导手册并对运维人员开展专项培训，搭建施工全流程台账，提前备齐作业工具与安全防护物资，全面排查现场作业安全风险点。

4.3方案全面实施

项目执行共划分为四个阶段有序推进：第一阶段为试点改进阶段，周期为10天，筛选出50台故障出现频次较高的定日镜开展试点安装工作，持续追踪设备运行状态7天并完成参数优化调整；第二阶段为全域改造阶段，周期为30天，按片区划分作业范围逐步完成全场4400台定日镜的改造作业，全程落实质量管控机制，发现不达标情况即刻要求返工修正；第三阶段为调试与效果核验阶段，周期为10天，对所有定日镜开展系统性调试，比对改造前后的各项运行数据，验证改进实效；第四阶段为运维机制优化阶段，为长期持续性工作，建立防护组件每季度定期巡检及更换的管理机制，细化设备清洗操作标准，为防护效用的长效发挥提供支撑。执行全流程严格把控安全与质量关口，科学统筹工期与成本管控，尽可能降低对电站正常运行的干扰，保障定日镜的可用率实现稳定提升。

5实施效果与综合效益分析

5.1运行效果验证

防护套的加装优化作业全部竣工后，针对定日镜的实际运转情况开展了为期半年的连续追踪观测，核心统计定日镜可正常运行占比与编码器角度偏差类故障出现频次，以此核验改造方案的实际落地成效。观测结果表明，优化后的定日镜可运行比例实现了明显上涨，由改造实施前的均值85.03%逐步升高至94.00%，相比改造前上升了8.97个百分点，远高于90%的行业常规运行指标要求。

为更充分地核验系统运行的稳定程度，针对技术优化后连续21天的定日镜可投入使用比例开展统计分析，相关测算结果表明，三周内的可用率依次达到92.63%、91.59%与91.52%，全部稳定维持在90%阈值以上，运行平稳程度实现明显改善。与此同时，编码器角度偏差类故障的出现频次呈现显著降低趋势，优化方案落地后的半年时间内仅发生8起同类型故障，相较于改造前的故障数据降幅超过98%，该类核心故障已基本得到解决，定日镜的运行可靠程度获得了根本性增强。

除此之外，完成优化升级的定日镜跟踪精准度获得了明显改善，聚光效率相比升级前提高了5个百分点以上，切实增强了整个镜场的光能利用效率，为熔盐储热系统运行及发电机组稳定出力筑牢了坚实基础。经现场工况检测结果显示，外置防护套的密闭性能表现优异，未发生风沙、水汽渗入联轴器内部的问题，该防护套的耐磨损、抗老化等各项性能均满足设计指标，整体运行状态平稳可靠，充分验证了该技术方案可有效破解戈壁特殊环境下定日镜编码器故障频发的难题，顺利实现了设备可用率提升的预设目标。

5.3社会效益与行业价值

此次围绕定日镜运行可用率提升开展的技术攻关及工程应用，既为该塔式光热电站创造了可观的经济收益，也具备突出的社会效用与行业参考意义，对于促进我国光热发电产业实现高品质发展具备关键的示范价值。

（1）攻克戈壁场景下定日镜运行维护瓶颈：聚焦我国西北戈壁区域风沙强烈、工况严酷引发定日镜故障多发的产业共性难题，研发出成本低廉、实施简便的密封防护技术路径，成功化解了水沙渗入诱发的编码器失效问题，为我国西北戈壁区域同类型光热电站定日镜运行可靠性提升给出了具备落地性的技术参考，补充了戈壁场景下定日镜经济型防护技术的研究空缺。

（2）推动光热发电产业规模化扩张：这类技术方案现场实施难度低、经济优势突出、应用成效明显，无需调整定日镜的原有控制及驱动体系，适配我国西北戈壁区域大规模光热电站的普及部署。其大范围落地可切实增强光热电站定日镜的运行稳定性，压缩运维开支与度电成本，强化光热发电的行业竞争优势，推动我国光热发电产业达成规模化、高品质发展目标，为“双碳”战略的顺利实施提供坚实保障。

（3）完善光热电站关键装备运维技术框架：本研究系统探究了编码器角度偏差的产生机理，创新性提出在联轴器外部增设防护套的优化方案，补充了国内光热电站定日镜运维技术的现有体系，为光热电站核心装备运行可靠性的增强提供了全新的技术路径与参考，助力光热发电技术的持续迭代发展。

6结论

针对荒漠区域塔式太阳能光热电站液压传动定日镜运行可用率偏低的难题，经多维度排查分析确定编码器角度异常为主要诱发因素，通过增设专用密封防护装置实施改造后，定日镜可用率提升至94.00%，有效解决了水汽与沙尘侵入引发的故障问题，该改造方案成本合理、可适配极端恶劣运行环境，能够为同类型光热电站的设备优化提供参考，助推太阳能光热产业实现高质量发展。

7参考文献

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【作者简介】

姓名：郑慧飞   供职机构：青岛华丰伟业电力科技工程有限公司 任职岗位：项目副经理

姓名：张廷兵 供职机构：青岛华丰伟业电力科技工程有限公司 任职岗位：科创中心副经理