在全球氣候變暖及化石能源日益枯竭的大背景下，可再生能源開發(fā)利用日益受到國際社會的重視，大力發(fā)展可再生能源已成為世界各國的共識。
太陽能發(fā)電技術可以分為光伏發(fā)電和光熱發(fā)電。光熱發(fā)電由于其優(yōu)良的深度調(diào)峰性能和低成本儲能特性，與風電、光伏發(fā)電形成了有效的互補生態(tài)，真正成為安全、綠色、經(jīng)濟型清潔能源系統(tǒng)的重要組成部分。光熱發(fā)電包括塔式、槽式、碟式和線性菲涅爾式，其中塔式太陽能光熱發(fā)電技術因其熱傳遞路程較短、熱損耗少、集熱效率較高等優(yōu)勢而備受關注。
定日鏡是塔式太陽能光熱電站系統(tǒng)中太陽能的重要采集單元，其表面清潔度是影響鏡場聚光效率的重要因素，表面清潔度影響著定日鏡反射光的強度，從而影響吸熱器吸收太陽的能量。太陽能光熱電站通常建在沙漠，戈壁等環(huán)境條件比較復雜的野外，定日鏡鏡面上會時常附著和積累灰塵等小顆粒，這使得定日鏡反射率大大降低，從而影響整個電站的發(fā)電效率。保證定日鏡鏡面的高清潔度，是確保整個光熱電站高效運行，提高發(fā)電效率的重要保障。
相對惡劣的自然條件給鏡面的清潔也帶來一定的難度。而鏡面的潔凈度對于電站聚光效果卻至關重要，直接影響到光熱轉(zhuǎn)換效率及電站發(fā)電量，因此鏡面清洗是光熱電站運維過程中不容忽視的一部分，也是目前大型商業(yè)化光熱電站如何運維面臨的一個新的課題。
一、光熱電站定日鏡地理環(huán)境及清洗要求
1、地理環(huán)境要求
定日鏡是塔式太陽能光熱電站的關鍵聚光設備之一，用于將太陽光線通過鏡面反射傳送至光熱塔的吸熱器，以加熱熔鹽等傳熱介質(zhì)最終帶動汽輪機發(fā)電。
定日鏡現(xiàn)場清洗通道主要為沙石、硬土等越野路面，一般地，鏡行兩側清洗通道地面高差≤300mm，鏡行清洗通道前進方向6m距離內(nèi)地面高差≤500mm，清洗通道路面坑槽深度≤150mm，相鄰定日鏡高差≤400mm。清洗時，定日鏡的姿態(tài)可依據(jù)清洗設備的結構特點進行調(diào)節(jié)。對跨越式清洗設備，清洗時定日鏡需處于水平姿態(tài)，鏡面離地距離3129±300mm，機器人沿定日鏡長度方向?qū)Χㄈ甄R進行清洗（如下圖）。對臂架式清洗設備，定日鏡需調(diào)整至傾斜狀態(tài)，并使被清洗的各個鏡面保持一致的傾斜角度以提高清洗效率。
2、定日鏡清洗要求由于大規(guī)模太陽能光熱發(fā)電站的定日鏡數(shù)量多，其高效高質(zhì)清洗對于電場的運維至關重要。當前，鏡場大部分采用人工清洗車進行清洗，該方法清洗速度慢，成本高，清洗費時，而且清洗間隔周期較長，不利于鏡面高清潔度的保持。此外，現(xiàn)有的自動清洗設備都是需要安裝在每個定日鏡兩側或定日鏡上方，這些僅僅適用于定日鏡數(shù)量不多的小鏡場的清洗。因此規(guī)�；臒o人化的機器清洗具有非常突出的綜合經(jīng)濟優(yōu)勢。同時，定日鏡清洗裝置屬于塔式光熱電站鏡場運維系統(tǒng)的關鍵設備之一，其設計和投入運行的好壞，直接關系到光熱電站的總效率，對光熱電站的長期、穩(wěn)定、高效運行具有至關重要的作用。
清洗時要求機器人設置2套可獨立控制清洗動作的清洗單元模塊，每個清洗單元模塊包含1套清洗刷輥，并配置獨立的噴水系統(tǒng)，在清洗作業(yè)時可同時工作，2套清洗單元可在三維空間內(nèi)具備升降、橫向調(diào)姿等自動調(diào)節(jié)功能，可有效保證清洗機構與鏡面間的平行姿態(tài)。機器人前方應安裝可用于預判是否有鏡面需要清洗及檢測前方鏡面位置高度的傳感器，每套清洗刷輥應安裝相應的傳感器用于監(jiān)測清洗刷輥與鏡面間距離。為保證清洗時不損傷定日鏡面，要求機器人移動過程中運動平穩(wěn)，頂部清洗機構的擺動量不大于15mm。
二、定日鏡清潔方式的研究目前，依據(jù)定日鏡的大小，定日鏡清洗設備分為小型機器人、中型和大型清洗設備。
隨著自動駕駛技術的迅猛發(fā)展，無人化清洗機器人已成為主要的發(fā)展方向。
初期使用的機器人，對光熱發(fā)電站所處地理環(huán)境的越野路面適應性差，存在以下不足之處：
1、橫坡機架側向受力不能自平衡，致使機器人結構變形，可靠性差；2、平臺在縱橫坡工況下不能自動調(diào)平而致使清掃裝置調(diào)節(jié)頻繁，降低清洗效率；3、清洗裝置雙掃刷一起調(diào)節(jié)，由于慣性大，調(diào)節(jié)靈敏性差，對于鏡面的貼合度不好，從而導致清洗效果不理想等問題，使無人化清洗機器人的推廣應用受到限制。
昊智科技自主研發(fā)出自行走定日鏡清洗機器人
為解決當前機器人使用過程中的技術問題，提高清洗效率和無人化清洗機器人的可靠性，解決越野路面對機器人工作效率的影響，安徽昊智科技有限公司針對光熱發(fā)電站的地理環(huán)境特點，結合定日鏡的清洗要求，在充分研究現(xiàn)有清洗機械的基礎上，自主研發(fā)出了具有主體平臺可柔性主動調(diào)平、可適應縱坡和橫坡、具有作業(yè)環(huán)境自主與自動識別、清洗裝置自動適應定日鏡鏡面、脈沖式水壓清洗系統(tǒng)的跨越式和臂架式兩個系列的自行走式定日鏡清洗機器人。
自行走式定日鏡清洗機器人的產(chǎn)品特點：1、無需人工駕駛，可沿鏡面自動運動進行清洗；2、主體平臺可柔性主動調(diào)平；3、可適應縱坡和橫坡；4、作業(yè)環(huán)境自主與自動識別；5、清洗裝置自動適應定日鏡鏡面；6、脈沖式水壓清洗系統(tǒng)；
昊智科技研發(fā)的機器人，在對定日鏡合理、有效清潔的同時，極大地提高了光熱和光電的轉(zhuǎn)換效率，從而降低了光熱發(fā)電項目每瓦的實際投資成本，同時也降低了電站的運維成本，保證了電站的運轉(zhuǎn)效率，這兩種清洗機器人對于國內(nèi)一些地處風沙較大地區(qū)的光熱項目來說具有一定的優(yōu)勢。
三、定日鏡清洗機器人的技術優(yōu)勢：1、昊智科技研發(fā)的自行走式定日鏡清洗機器人包括以下幾個部分：柔性自動調(diào)平工作平臺（門架式和橋式）、分布式冗余動力系統(tǒng)、含有獨立轉(zhuǎn)向和獨立主動懸掛的分布式驅(qū)動系統(tǒng)、姿態(tài)可獨立調(diào)節(jié)的環(huán)境自主感知清洗單元、脈沖式水壓清洗系統(tǒng)、基于CAN總線的分布式控制系統(tǒng)、自主導航控制系統(tǒng)等。
2、自行走式定日鏡清洗機器人的技術優(yōu)勢
a、先進的底盤懸掛技術
跨越式機器人的主動懸掛系統(tǒng)采用與懸掛臂十字鉸接的雙輪支撐，可自動適應橫坡，消除因橫坡形成的對門架的側向力，從而使門架的變形最小化，保證設備使用的可靠性。雙輪機構采用輪履互換結構，可依據(jù)地形特點選用輪胎或橡膠履帶，利用橡膠履帶結構，可以減小接地比壓，提高設備的通過性。
臂架式機器人的主動懸掛系統(tǒng)采用雙橫臂主動懸掛，橫坡的適應性依賴三角履帶輪內(nèi)部的橫坡適應器來進行調(diào)整，縱坡利用主動懸掛四輪調(diào)平。
b、柔性主動調(diào)平工作平臺為保證機器人在越野路面上移動時的平穩(wěn)性，柔性主動懸掛單元通過感知平臺的俯仰角和搖擺角，主動調(diào)節(jié)每個懸掛的高度，自動對平臺進行調(diào)平。進一步通過分析俯仰角和搖擺角的組合特征，可針對25種工況進行平臺的等高調(diào)平，保證工作平臺在越野路面上行駛時的穩(wěn)定性，進而保證清掃裝置的作業(yè)平穩(wěn)性。
c、環(huán)境感知清洗裝置具有環(huán)境感知的清掃單元包括超前感知系統(tǒng)與姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)。超前感知系統(tǒng)在清掃裝置接近或離開鏡面時感應鏡面的與清洗裝置的距離，為清洗裝置進行距離調(diào)整提前感知鏡面，從而減小清洗裝置的調(diào)整時間，提高清洗效率。
姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)包括平面貼合度控制系統(tǒng)與鏡面覆蓋度控制系統(tǒng)。利用安裝于清洗裝置四個角點處的位置檢測傳感器，可以檢測清洗刷與鏡面的貼合度，如兩側傳感器的數(shù)值相比較超差，則控制執(zhí)行器調(diào)整清洗裝置的擺角，以保證兩者的貼合精度。如一側的傳感器超出鏡面，則通過臂架控制器調(diào)整清洗刷與鏡面的覆蓋度。清洗裝置上的安全裝置用于防止因為控制裝置失靈而導致清洗裝置觸碰鏡面，可保證工作的安全性。d、具有自主路徑識別的定位導航系統(tǒng)利用RTK GPS導航系統(tǒng)，機器人可實現(xiàn)高精度的定位導航運行，自動設置和記憶行駛路線；在白天、夜間均可無人化作業(yè)。融合雙目識別系統(tǒng)，通過識別路徑邊界、定日鏡支柱、障礙物等，機器人可實現(xiàn)自主路徑重新規(guī)劃、避障功能，并通過深度學習，對作業(yè)路徑進行精確修訂，實現(xiàn)精準導航。同時，通過雙目傳感器感知定日鏡的姿態(tài)，可預先調(diào)整清洗裝置的姿態(tài)，提高清洗效率。e、脈沖式水壓清洗系統(tǒng)與普通的噴水系統(tǒng)相比，脈沖式水壓系統(tǒng)可實現(xiàn)在同等清洗面積下節(jié)約水量、提升清洗效果的作用。
四、定日鏡清洗機器人的測試分析
通過實驗模擬和功能試驗機的實踐，對自走式清洗機器人的作業(yè)自調(diào)平功能、清洗裝置的智能感知與控制功能、無人作業(yè)功能和安全功能進行了測試。結果表明，在目標實驗條件下（通道地面高差≤300mm，通道前進方向6m距離內(nèi)地面高差≤500mm，清洗通道路面坑槽深度≤150mm，相鄰定日鏡高差≤400mm），機器人可實現(xiàn)的性能如下：1）機器人底盤可實現(xiàn)等高度自調(diào)平，底盤的搖擺角和俯仰角可控制在0.1度的范圍之內(nèi)。2）清洗裝置可提前感知被清洗裝置的高度和姿態(tài)，并進行超前調(diào)節(jié)，與被清洗對象的貼合度可實現(xiàn)在清掃裝置范圍內(nèi)小于2mm。3）過間隙(一面定日鏡與另一面定日鏡之間的間隙)時，清掃裝置可自動進行高度方向的調(diào)整，以適應被清掃對象的高度變化。可調(diào)節(jié)范圍為800mm。4) 臂架式機器人與跨越式機器人相比，臂架式機器人可適應窄通道內(nèi)的作業(yè)、作業(yè)范圍大、調(diào)節(jié)自由度多等優(yōu)點�？缭绞綑C器人則在清洗過程中的平穩(wěn)性更優(yōu)。5) 機器人可實現(xiàn)規(guī)定路徑的自主導航作業(yè)，進行無人化作業(yè)，路徑偏差可控制在8mm以內(nèi)。昊智科技研發(fā)的定日鏡清掃機器人，具備智能化、柔性化、可視化，節(jié)能、降噪，可靠性、可維修性強、運行經(jīng)濟性、綠色環(huán)保等特點，既減少人工成本又能提高系統(tǒng)的整體效率，為定日鏡的正常運行維護和光熱電站的高效率運行提供了重要保障。
