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(kāi)發(fā)利用日益受到國際社會(huì )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(yáng)能發(fā)電技術(shù)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)良的深度調峰性能和低成本儲能特性，與風(fēng)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)濟型清潔能源系統的重要組成部分。光熱發(fā)電包括塔式、槽式、碟式和線(xiàn)性菲涅爾式，其中塔式太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)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(guān)注。
定日鏡是塔式太陽(yáng)能光熱電站系統中太陽(yáng)能的重要采集單元，其表面清潔度是影響鏡場(chǎng)聚光效率的重要因素，表面清潔度影響著(zhù)定日鏡反射光的強度，從而影響吸熱器吸收太陽(yáng)的能量。太陽(yáng)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(huì )時(shí)常附著(zhù)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(gè)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(gè)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(lái)一定的難度。而鏡面的潔凈度對于電站聚光效果卻至關(guān)重要，直接影響到光熱轉換效率及電站發(fā)電量，因此鏡面清洗是光熱電站運維過(guò)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(gè)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(yáng)能光熱電站的關(guān)鍵聚光設備之一，用于將太陽(yáng)光線(xiàn)通過(guò)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(dòng)汽輪機發(fā)電。
定日鏡現場(chǎng)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(jìn)方向6m距離內地面高差≤500mm，清洗通道路面坑槽深度≤150mm，相鄰定日鏡高差≤400mm。清洗時(shí)，定日鏡的姿態(tài)可依據清洗設備的結構特點(diǎn)進(jìn)行調節。對跨越式清洗設備，清洗時(shí)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(cháng)度方向對定日鏡進(jìn)行清洗（如下圖）。對臂架式清洗設備，定日鏡需調整至傾斜狀態(tài)，并使被清洗的各個(gè)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模太陽(yáng)能光熱發(fā)電站的定日鏡數量多，其高效高質(zhì)清洗對于電場(chǎng)的運維至關(guān)重要。當前，鏡場(chǎng)大部分采用人工清洗車(chē)進(jìn)行清洗，該方法清洗速度慢，成本高，清洗費時(shí)，而且清洗間隔周期較長(cháng)，不利于鏡面高清潔度的保持。此外，現有的自動(dòng)清洗設備都是需要安裝在每個(gè)定日鏡兩側或定日鏡上方，這些僅僅適用于定日鏡數量不多的小鏡場(chǎng)的清洗。因此規�；臒o(wú)人化的機器清洗具有非常突出的綜合經(jīng)濟優(yōu)勢。同時(shí)，定日鏡清洗裝置屬于塔式光熱電站鏡場(chǎng)運維系統的關(guān)鍵設備之一，其設計和投入運行的好壞，直接關(guān)系到光熱電站的總效率，對光熱電站的長(cháng)期、穩定、高效運行具有至關(guān)重要的作用。
清洗時(shí)要求機器人設置2套可獨立控制清洗動(dòng)作的清洗單元模塊，每個(gè)清洗單元模塊包含1套清洗刷輥，并配置獨立的噴水系統，在清洗作業(yè)時(shí)可同時(shí)工作，2套清洗單元可在三維空間內具備升降、橫向調姿等自動(dòng)調節功能，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測清洗刷輥與鏡面間距離。為保證清洗時(shí)不損傷定日鏡面，要求機器人移動(dòng)過(guò)程中運動(dòng)平穩，頂部清洗機構的擺動(dòng)量不大于15mm。
二、定日鏡清潔方式的研究目前，依據定日鏡的大小，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(zhù)自動(dòng)駕駛技術(shù)的迅猛發(fā)展，無(wú)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(dòng)調平而致使清掃裝置調節頻繁，降低清洗效率；3、清洗裝置雙掃刷一起調節，由于慣性大，調節靈敏性差，對于鏡面的貼合度不好，從而導致清洗效果不理想等問(wèn)題，使無(wú)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(guò)程中的技術(shù)問(wèn)題，提高清洗效率和無(wú)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(diǎn)，結合定日鏡的清洗要求，在充分研究現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(dòng)調平、可適應縱坡和橫坡、具有作業(yè)環(huán)境自主與自動(dòng)識別、清洗裝置自動(dòng)適應定日鏡鏡面、脈沖式水壓清洗系統的跨越式和臂架式兩個(gè)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(diǎn)：1、無(wú)需人工駕駛，可沿鏡面自動(dòng)運動(dòng)進(jìn)行清洗；2、主體平臺可柔性主動(dòng)調平；3、可適應縱坡和橫坡；4、作業(yè)環(huán)境自主與自動(dòng)識別；5、清洗裝置自動(dòng)適應定日鏡鏡面；6、脈沖式水壓清洗系統；
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(shí)，極大地提高了光熱和光電的轉換效率，從而降低了光熱發(fā)電項目每瓦的實(shí)際投資成本，同時(shí)也降低了電站的運維成本，保證了電站的運轉效率，這兩種清洗機器人對于國內一些地處風(fēng)沙較大地區的光熱項目來(lái)說(shuō)具有一定的優(yōu)勢。
三、定日鏡清洗機器人的技術(shù)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(gè)部分：柔性自動(dòng)調平工作平臺（門(mén)架式和橋式）、分布式冗余動(dòng)力系統、含有獨立轉向和獨立主動(dòng)懸掛的分布式驅動(dòng)系統、姿態(tài)可獨立調節的環(huán)境自主感知清洗單元、脈沖式水壓清洗系統、基于CAN總線(xiàn)的分布式控制系統、自主導航控制系統等。
2、自行走式定日鏡清洗機器人的技術(shù)優(yōu)勢
a、先進(jìn)的底盤(pán)懸掛技術(shù)
跨越式機器人的主動(dòng)懸掛系統采用與懸掛臂十字鉸接的雙輪支撐，可自動(dòng)適應橫坡，消除因橫坡形成的對門(mén)架的側向力，從而使門(mén)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，可依據地形特點(diǎn)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(guò)性。
臂架式機器人的主動(dòng)懸掛系統采用雙橫臂主動(dòng)懸掛，橫坡的適應性依賴(lài)三角履帶輪內部的橫坡適應器來(lái)進(jìn)行調整，縱坡利用主動(dòng)懸掛四輪調平。
b、柔性主動(dòng)調平工作平臺為保證機器人在越野路面上移動(dòng)時(shí)的平穩性，柔性主動(dòng)懸掛單元通過(guò)感知平臺的俯仰角和搖擺角，主動(dòng)調節每個(gè)懸掛的高度，自動(dòng)對平臺進(jìn)行調平。進(jìn)一步通過(guò)分析俯仰角和搖擺角的組合特征，可針對25種工況進(jìn)行平臺的等高調平，保證工作平臺在越野路面上行駛時(shí)的穩定性，進(jìn)而保證清掃裝置的作業(yè)平穩性。
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與姿態(tài)調整系統。超前感知系統在清掃裝置接近或離開(kāi)鏡面時(shí)感應鏡面的與清洗裝置的距離，為清洗裝置進(jìn)行距離調整提前感知鏡面，從而減小清洗裝置的調整時(shí)間，提高清洗效率。
姿態(tài)調整系統包括平面貼合度控制系統與鏡面覆蓋度控制系統。利用安裝于清洗裝置四個(gè)角點(diǎn)處的位置檢測傳感器，可以檢測清洗刷與鏡面的貼合度，如兩側傳感器的數值相比較超差，則控制執行器調整清洗裝置的擺角，以保證兩者的貼合精度。如一側的傳感器超出鏡面，則通過(guò)臂架控制器調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利用RTK GPS導航系統，機器人可實(shí)現高精度的定位導航運行，自動(dòng)設置和記憶行駛路線(xiàn)；在白天、夜間均可無(wú)人化作業(yè)。融合雙目識別系統，通過(guò)識別路徑邊界、定日鏡支柱、障礙物等，機器人可實(shí)現自主路徑重新規劃、避障功能，并通過(guò)深度學(xué)習，對作業(yè)路徑進(jìn)行精確修訂，實(shí)現精準導航。同時(shí)，通過(guò)雙目傳感器感知定日鏡的姿態(tài)，可預先調整清洗裝置的姿態(tài)，提高清洗效率。e、脈沖式水壓清洗系統與普通的噴水系統相比，脈沖式水壓系統可實(shí)現在同等清洗面積下節約水量、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(guò)實(shí)驗模擬和功能試驗機的實(shí)踐，對自走式清洗機器人的作業(yè)自調平功能、清洗裝置的智能感知與控制功能、無(wú)人作業(yè)功能和安全功能進(jìn)行了測試。結果表明，在目標實(shí)驗條件下（通道地面高差≤300mm，通道前進(jìn)方向6m距離內地面高差≤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(shí)現的性能如下：1）機器人底盤(pán)可實(shí)現等高度自調平，底盤(pán)的搖擺角和俯仰角可控制在0.1度的范圍之內。2）清洗裝置可提前感知被清洗裝置的高度和姿態(tài)，并進(jìn)行超前調節，與被清洗對象的貼合度可實(shí)現在清掃裝置范圍內小于2mm。3）過(guò)間隙(一面定日鏡與另一面定日鏡之間的間隙)時(shí)，清掃裝置可自動(dòng)進(jìn)行高度方向的調整，以適應被清掃對象的高度變化�？烧{節范圍為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的作業(yè)、作業(yè)范圍大、調節自由度多等優(yōu)點(diǎn)�？缭绞綑C器人則在清洗過(guò)程中的平穩性更優(yōu)。5) 機器人可實(shí)現規定路徑的自主導航作業(yè)，進(jìn)行無(wú)人化作業(yè)，路徑偏差可控制在8mm以?xún)�。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(diǎn)，既減少人工成本又能提高系統的整體效率，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。
