Heliogen——這家獲得比爾蓋茨投資支持的初創(chuàng)光熱技術(shù)企業(yè)正在快速發(fā)展，近日該公司創(chuàng)始人Bill Gross向媒體介紹了市場(chǎng)拓展計(jì)劃，預(yù)計(jì)今年將把該技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)蒸汽市場(chǎng)，明年完成與水泥和鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)集成，2022年前實(shí)現(xiàn)利用太陽(yáng)能聚光集熱技術(shù)制氫。

Heliogen自去年11月份橫空出世，并向外界公布公司聚光集熱技術(shù)實(shí)現(xiàn)了突破性進(jìn)展——商業(yè)規(guī)模聚光集熱系統(tǒng)工作溫度超過(guò)1000℃。截至目前，已有多個(gè)行業(yè)的潛在客戶主動(dòng)與Heliogen密切接觸，部分合作意向即將達(dá)成。

圖：位于美國(guó)加州Lancaster的Heliogen定日鏡系統(tǒng)（由400面單個(gè)面積1.5㎡的定日鏡組成，地面覆蓋率33%，總占地面積1800㎡）

據(jù)Bill Gross介紹，Heliogen的“商業(yè)化”意味著其較高的工作溫度可與工業(yè)級(jí)要求的系統(tǒng)功率（250至400千瓦）有效結(jié)合，而該公司的目標(biāo)是盡快將可應(yīng)用的工業(yè)級(jí)系統(tǒng)功率提高到1MW到10MW標(biāo)準(zhǔn)。

01

“三步走”市場(chǎng)開拓思路

按照Bill Gross計(jì)劃，未來(lái)Heliogen技術(shù)將先后應(yīng)用在工業(yè)蒸汽、水泥等加工生產(chǎn)、水分離制氫等市場(chǎng)。

工業(yè)蒸汽方面，Bill Gross表示，自去年11月份公開該技術(shù)細(xì)節(jié)以來(lái)，已有超過(guò)1000名潛在客戶與Heliogen接洽，其中有一些客戶只是想讓太陽(yáng)能蒸汽用于一個(gè)工業(yè)過(guò)程，我們可以馬上賣給他們。

同時(shí)還有很多潛在客戶希望將Heliogen技術(shù)與他們的生產(chǎn)流程進(jìn)行整合，Heliogen今年將選擇擁有較優(yōu)光資源條件且工藝方面最匹配的潛在客戶簽約并一起合作研發(fā)，盡快將該技術(shù)與各行業(yè)伙伴生產(chǎn)流程有效結(jié)合。

Bill Gross補(bǔ)充說(shuō)，大多數(shù)客戶希望每天24小時(shí)進(jìn)行生產(chǎn)，這可以通過(guò)熱存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)，比如可以在耐火磚上通入太陽(yáng)能集熱器加熱的空氣或蒸汽來(lái)實(shí)現(xiàn)熱量?jī)?chǔ)存。

水泥生產(chǎn)方面，目前Heliogen技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的高溫可以使包括鋼鐵、玻璃、水泥在內(nèi)的很多工業(yè)生產(chǎn)都可以采用太陽(yáng)光能，從而大大減少溫室氣體的排放。鋼鐵的熔點(diǎn)在攝氏溫度1500度左右，玻璃的融程不超過(guò)1000度，水泥的生產(chǎn)溫度在1000多度。

據(jù)悉，目前水泥生產(chǎn)多在回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行，其碳排放占全球二氧化碳年排放量7%以上。Bill Gross表示，聚光熱能可用在水泥生產(chǎn)的第一步——煅燒過(guò)程中，在煅燒過(guò)程中，石灰石（碳酸鈣）被加熱到900-1000°C以除去二氧化碳并留下氧化鈣。

可有效替代化石燃料也是比爾蓋茨愿意投資Heliogen的主要原因，比爾蓋茨此前曾表示：“用于制造水泥，鋼鐵和其他材料的工業(yè)過(guò)程所產(chǎn)生的排放量占總排放量的五分之一以上。這些材料在我們生活中無(wú)處不在。如果要總體上實(shí)現(xiàn)零碳排放，我們還有很多工作要做。在尋找化石燃料替代物的過(guò)程中，Heliogen的技術(shù)產(chǎn)生的高溫是一項(xiàng)很有希望的發(fā)展?！?/p>

按照Heliogen方面設(shè)想，這個(gè)過(guò)程可以通過(guò)將石灰石通過(guò)輸送帶分批運(yùn)送到塔頂，并以烘箱的形式加熱來(lái)實(shí)現(xiàn)。另一種思路則是將蒸汽加熱到1000°C，并通過(guò)絕緣管道（只有10-20°C的溫降）輸送到地面直接用于加熱材料或者用于對(duì)流加熱器加熱烤箱。

Bill Gross透露，下一階段將嘗試與相關(guān)客戶一起將Heliogen技術(shù)與水泥加工實(shí)際流程進(jìn)行集成。

至于制氫市場(chǎng)，Bill Gross表示這是一個(gè)額外的挑戰(zhàn)，因?yàn)樗枰到y(tǒng)能夠承受1500°C的溫度，而且所制得氫氣必須被壓縮和運(yùn)輸。當(dāng)該目標(biāo)實(shí)現(xiàn)時(shí)，該技術(shù)能將氫分子從水中分離出來(lái)，用于大規(guī)模生產(chǎn)氫氣，轉(zhuǎn)化為飛機(jī)、卡車等交通工具的燃料。

目前，利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電（PV）對(duì)水進(jìn)行電解制氫相比甲烷重整制氫并無(wú)競(jìng)爭(zhēng)力。但是，Bill Gross相信光熱發(fā)電（CSP）將比PV更有效率，因?yàn)樗苯永锰?yáng)的熱量，而不是先將其轉(zhuǎn)化為電能，而且這個(gè)過(guò)程可24小時(shí)連續(xù)進(jìn)行。Bill Gross表示公司的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)就是成為一家綠色氫能源公司。

而在對(duì)于很多初創(chuàng)企業(yè)來(lái)說(shuō)是最大難題的資金方面，Heliogen則毫無(wú)壓力，因?yàn)槟壳耙延斜葼柹w茨等一批知名企業(yè)家和投資機(jī)構(gòu)入股。Bill Gross表示：“我們的資金真的很充裕，可以輕松地把該技術(shù)一路推向市場(chǎng)?！?/p>

02

技術(shù)核心：基于“閉環(huán)”算法的自動(dòng)定日鏡校準(zhǔn)系統(tǒng)

Heliogen聚光技術(shù)的主要突破得益于其開發(fā)的一種創(chuàng)新型、基于“閉環(huán)”算法的自動(dòng)定日鏡校準(zhǔn)系統(tǒng)，該技術(shù)原理被稱為HelioMax，其利用人工智能技術(shù)、閉環(huán)控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)視覺(jué)軟件等來(lái)提高定日鏡系統(tǒng)的精度，并高度聚攏反射光線，從而實(shí)現(xiàn)高溫。

系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，吸熱塔臺(tái)上的攝像機(jī)指向整個(gè)鏡像陣列，以每秒30幀的速度拍攝視頻，計(jì)算機(jī)視覺(jué)用于分析鏡子邊緣的位置和每個(gè)鏡子的反射角，并對(duì)每個(gè)鏡子的位置進(jìn)行每秒30次的微小調(diào)整。每個(gè)鏡子通過(guò)以太網(wǎng)連接接收命令，并配有兩個(gè)無(wú)刷電機(jī)（可實(shí)現(xiàn)最低限度的維護(hù)），以進(jìn)行連續(xù)的小調(diào)整。

圖：配置智能跟蹤控制系統(tǒng)的定日鏡

Heliogen公司業(yè)務(wù)開發(fā)和產(chǎn)品副總裁Fatimah Bello表示：“因?yàn)殚]環(huán)控制器可以校正開環(huán)控制器難以或不可能校正的非線性和其他制造缺陷，我們可以通過(guò)一個(gè)相對(duì)低成本的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高跟蹤精度?！?/p>

Bill Gross表示：“我們所做的是找到一種更精確地移動(dòng)鏡子的方法，同時(shí)也消除了最初安裝時(shí)精確定位定日鏡的必要性，光線可以聚焦在直徑為18英寸（460毫米）的籃球圈大小的區(qū)域。”

可高效精準(zhǔn)聚光的能力還可以使系統(tǒng)成本大幅降低，因?yàn)榧词古涮椎统杀镜亩ㄈ甄R系統(tǒng)，安裝時(shí)不精確定位（安裝費(fèi)用可大大降低），系統(tǒng)整體性能也可以達(dá)到最優(yōu)，并實(shí)現(xiàn)超過(guò)1000℃的工作溫度。

Heliogen使用的反射鏡是由普通玻璃制成的，背面鍍銀，并用一層銅和一層室外用涂料來(lái)保護(hù)鏡子不受外界影響。原料玻璃只有3.2毫米厚——盡可能薄以獲得最大反射率，但厚度足以抵御冰雹。

吸熱器內(nèi)部使用了耐火陶瓷，因而可以承受極高的工作溫度。光束聚焦在陶瓷上，而加熱過(guò)程中使用的任何介質(zhì)或材料（如蒸汽或水泥）則位于陶瓷內(nèi)部。

圖：運(yùn)行中的Heliogen吸熱器

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