比尔盖茨投资的这家光热创企正加速发力工业蒸汽、水泥钢铁、制氢

Heliogen——这家获得比尔盖茨投资支持的初创光热技术企业正在快速发展，近日该公司创始人Bill Gross向媒体介绍了市场拓展计划，预计今年将把该技术应用于工业蒸汽市场，明年完成与水泥和钢铁生产技术集成，2022年前实现利用太阳能聚光集热技术制氢。

Heliogen自去年11月份横空出世，并向外界公布公司聚光集热技术实现了突破性进展——商业规模聚光集热系统工作温度超过1000℃。截至目前，已有多个行业的潜在客户主动与Heliogen密切接触，部分合作意向即将达成。

图：位于美国加州Lancaster的Heliogen定日镜系统(由400面单个面积1.5㎡的定日镜组成，地面覆盖率33%，总占地面积1800㎡)

据Bill Gross介绍，Heliogen的“商业化”意味着其较高的工作温度可与工业级要求的系统功率(250至400千瓦)有效结合，而该公司的目标是尽快将可应用的工业级系统功率提高到1MW到10MW标准。

01“三步走”市场开拓思路

按照Bill Gross计划，未来Heliogen技术将先后应用在工业蒸汽、水泥等加工生产、水分离制氢等市场。

工业蒸汽方面，Bill Gross表示，自去年11月份公开该技术细节以来，已有超过1000名潜在客户与Heliogen接洽，其中有一些客户只是想让太阳能蒸汽用于一个工业过程，我们可以马上卖给他们。

同时还有很多潜在客户希望将Heliogen技术与他们的生产流程进行整合，Heliogen今年将选择拥有较优光资源条件且工艺方面最匹配的潜在客户签约并一起合作研发，尽快将该技术与各行业伙伴生产流程有效结合。

Bill Gross补充说，大多数客户希望每天24小时进行生产，这可以通过热存储实现，比如可以在耐火砖上通入太阳能集热器加热的空气或蒸汽来实现热量储存。

水泥生产方面，目前Heliogen技术所实现的高温可以使包括钢铁、玻璃、水泥在内的很多工业生产都可以采用太阳光能，从而大大减少温室气体的排放。钢铁的熔点在摄氏温度1500度左右，玻璃的融程不超过1000度，水泥的生产温度在1000多度。

据悉，目前水泥生产多在回转窑中进行，其碳排放占全球二氧化碳年排放量7%以上。Bill Gross表示，聚光热能可用在水泥生产的第一步——煅烧过程中，在煅烧过程中，石灰石(碳酸钙)被加热到900-1000°C以除去二氧化碳并留下氧化钙。

可有效替代化石燃料也是比尔盖茨愿意投资Heliogen的主要原因，比尔盖茨此前曾表示：“用于制造水泥，钢铁和其他材料的工业过程所产生的排放量占总排放量的五分之一以上。这些材料在我们生活中无处不在。如果要总体上实现零碳排放，我们还有很多工作要做。在寻找化石燃料替代物的过程中，Heliogen的技术产生的高温是一项很有希望的发展。”

按照Heliogen方面设想，这个过程可以通过将石灰石通过输送带分批运送到塔顶，并以烘箱的形式加热来实现。另一种思路则是将蒸汽加热到1000°C，并通过绝缘管道(只有10-20°C的温降)输送到地面直接用于加热材料或者用于对流加热器加热烤箱。

Bill Gross透露，下一阶段将尝试与相关客户一起将Heliogen技术与水泥加工实际流程进行集成。

至于制氢市场，Bill Gross表示这是一个额外的挑战，因为它需要系统能够承受1500°C的温度，而且所制得氢气必须被压缩和运输。当该目标实现时，该技术能将氢分子从水中分离出来，用于大规模生产氢气，转化为飞机、卡车等交通工具的燃料。

目前，利用太阳能光伏发电(PV)对水进行电解制氢相比甲烷重整制氢并无竞争力。但是，Bill Gross相信光热发电(CSP)将比PV更有效率，因为它直接利用太阳的热量，而不是先将其转化为电能，而且这个过程可24小时连续进行。Bill Gross表示公司的长远目标就是成为一家绿色氢能源公司。

而在对于很多初创企业来说是最大难题的资金方面，Heliogen则毫无压力，因为目前已有比尔盖茨等一批知名企业家和投资机构入股。Bill Gross表示：“我们的资金真的很充裕，可以轻松地把该技术一路推向市场。”

02技术核心：基于“闭环”算法的自动定日镜校准系统

Heliogen聚光技术的主要突破得益于其开发的一种创新型、基于“闭环”算法的自动定日镜校准系统，该技术原理被称为HelioMax，其利用人工智能技术、闭环控制系统与计算机视觉软件等来提高定日镜系统的精度，并高度聚拢反射光线，从而实现高温。

系统运行时，吸热塔台上的摄像机指向整个镜像阵列，以每秒30帧的速度拍摄视频，计算机视觉用于分析镜子边缘的位置和每个镜子的反射角，并对每个镜子的位置进行每秒30次的微小调整。每个镜子通过以太网连接接收命令，并配有两个无刷电机(可实现最低限度的维护)，以进行连续的小调整。

图：配置智能跟踪控制系统的定日镜

Heliogen公司业务开发和产品副总裁Fatimah Bello表示：“因为闭环控制器可以校正开环控制器难以或不可能校正的非线性和其他制造缺陷，我们可以通过一个相对低成本的驱动系统实现高跟踪精度。”

Bill Gross表示：“我们所做的是找到一种更精确地移动镜子的方法，同时也消除了最初安装时精确定位定日镜的必要性，光线可以聚焦在直径为18英寸(460毫米)的篮球圈大小的区域。”

可高效精准聚光的能力还可以使系统成本大幅降低，因为即使配套低成本的定日镜系统，安装时不精确定位(安装费用可大大降低)，系统整体性能也可以达到最优，并实现超过1000℃的工作温度。

Heliogen使用的反射镜是由普通玻璃制成的，背面镀银，并用一层铜和一层室外用涂料来保护镜子不受外界影响。原料玻璃只有3.2毫米厚——尽可能薄以获得最大反射率，但厚度足以抵御冰雹。

吸热器内部使用了耐火陶瓷，因而可以承受极高的工作温度。光束聚焦在陶瓷上，而加热过程中使用的任何介质或材料(如蒸汽或水泥)则位于陶瓷内部。

图：运行中的Heliogen吸热器