Heliogen——這家獲得比爾蓋茨投資支持的初創光熱技術企業正在快速發展，近日該公司創始人Bill Gross向媒體介紹了市場拓展計劃，預計今年將把該技術應用于工業蒸汽市場，明年完成與水泥和鋼鐵生產技術集成，2022年前實現利用太陽能聚光集熱技術制氫。

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實現了突破性進展——商業規模聚光集熱系統工作溫度超過1000℃。截至目前，已有多個行業的潛在客戶主動與Heliogen密切接觸，部分合作意向即將達成。

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

據Bill Gross介紹，Heliogen的“商業化”意味著其較高的工作溫度可與工業級要求的系統功率（250至400千瓦）有效結合，而該公司的目標是盡快將可應用的工業級系統功率提高到1MW到10MW標準。

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“三步走”市場開拓思路

按照Bill Gross計劃，未來Heliogen技術將先后應用在工業蒸汽、水泥等加工生產、水分離制氫等市場。

工業蒸汽方面，Bill Gross表示，自去年11月份公開該技術細節以來，已有超過1000名潛在客戶與Heliogen接洽，其中有一些客戶只是想讓太陽能蒸汽用于一個工業過程，我們可以馬上賣給他們。

同時還有很多潛在客戶希望將Heliogen技術與他們的生產流程進行整合，Heliogen今年將選擇擁有較優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，盡快將該技術與各行業伙伴生產流程有效結合。

Bill Gross補充說，大多數客戶希望每天24小時進行生產，這可以通過熱存儲實現，比如可以在耐火磚上通入太陽能集熱器加熱的空氣或蒸汽來實現熱量儲存。

水泥生產方面，目前Heliogen技術所實現的高溫可以使包括鋼鐵、玻璃、水泥在內的很多工業生產都可以采用太陽光能，從而大大減少溫室氣體的排放。鋼鐵的熔點在攝氏溫度1500度左右，玻璃的融程不超過1000度，水泥的生產溫度在1000多度。

據悉，目前水泥生產多在回轉窯中進行，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的第一步——煅燒過程中，在煅燒過程中，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過程所產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處不在。如果要總體上實現零碳排放，我們還有很多工作要做。在尋找化石燃料替代物的過程中，Heliogen的技術產生的高溫是一項很有希望的發展。”

按照Heliogen方面設想，這個過程可以通過將石灰石通過輸送帶分批運送到塔頂，并以烘箱的形式加熱來實現。另一種思路則是將蒸汽加熱到1000°C，并通過絕緣管道（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流加熱器加熱烤箱。

Bill Gross透露，下一階段將嘗試與相關客戶一起將Heliogen技術與水泥加工實際流程進行集成。

至于制氫市場，Bill Gross表示這是一個額外的挑戰，因為它需要系統能夠承受1500°C的溫度，而且所制得氫氣必須被壓縮和運輸。當該目標實現時，該技術能將氫分子從水中分離出來，用于大規模生產氫氣，轉化為飛機、卡車等交通工具的燃料。

目前，利用太陽能光伏發電（PV）對水進行電解制氫相比甲烷重整制氫并無競爭力。但是，Bill Gross相信光熱發電（CSP）將比PV更有效率，因為它直接利用太陽的熱量，而不是先將其轉化為電能，而且這個過程可24小時連續進行。Bill Gross表示公司的長遠目標就是成為一家綠色氫能源公司。

而在對于很多初創企業來說是最大難題的資金方面，Heliogen則毫無壓力，因為目前已有比爾蓋茨等一批知名企業家和投資機構入股。Bill Gross表示：“我們的資金真的很充裕，可以輕松地把該技術一路推向市場。”

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技術核心：基于“閉環”算法的自動定日鏡校準系統

Heliogen聚光技術的主要突破得益于其開發的一種創新型、基于“閉環”算法的自動定日鏡校準系統，該技術原理被稱為HelioMax，其利用人工智能技術、閉環控制系統與計算機視覺軟件等來提高定日鏡系統的精度，并高度聚攏反射光線，從而實現高溫。

系統運行時，吸熱塔臺上的攝像機指向整個鏡像陣列，以每秒30幀的速度拍攝視頻，計算機視覺用于分析鏡子邊緣的位置和每個鏡子的反射角，并對每個鏡子的位置進行每秒30次的微小調整。每個鏡子通過以太網連接接收命令，并配有兩個無刷電機（可實現最低限度的維護），以進行連續的小調整。

圖：配置智能跟蹤控制系統的定日鏡

Heliogen公司業務開發和產品副總裁Fatimah Bello表示：“因為閉環控制器可以校正開環控制器難以或不可能校正的非線性和其他制造缺陷，我們可以通過一個相對低成本的驅動系統實現高跟蹤精度。”

Bill Gross表示：“我們所做的是找到一種更精確地移動鏡子的方法，同時也消除了最初安裝時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）的籃球圈大小的區域。”

可高效精準聚光的能力還可以使系統成本大幅降低，因為即使配套低成本的定日鏡系統，安裝時不精確定位（安裝費用可大大降低），系統整體性能也可以達到最優，并實現超過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保護鏡子不受外界影響。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，而加熱過程中使用的任何介質或材料（如蒸汽或水泥）則位于陶瓷內部。

圖：運行中的Heliogen吸熱器

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