基于自适应引力搜索算法的定日镜场优化布置

针对塔式太阳能热发电电站中定日镜场优化布置问题,提出一种基于自适应引力搜索算法的定日镜场优化布置方法。以Campo布置规则为基础建立比目标定日镜场大1.5倍的密集型初始镜场,将定日镜所在环的半径作为输入变量并将年均效率作为镜场优化布置的评价标准。通过在引力搜索算法中引入动态调整因子α,可提高算法在高维搜索问题方面的求解能力。最后以塞维利亚Gemasolar电站的定日镜场为例进行优化布置,证明使用自适应引力搜索算法优化后的定日镜场具有更高的年均效率。     

塔式太阳能热发电站镜场设计分析

通过对国内外现有镜场设计方法的分析与总结,从镜场效率、定日镜数目、土地利用率、电站安装和运维等方面进行比较。结果表明,并非所有的理论镜场设计方法都适用于实际电站,镜场设计必须兼顾项目的实际运营,如安装、清洗等。     

塔式电站定日镜场布置范围的理论分析

采用MALAB编程,计算了余弦效率、大气透过效率以及吸热器开口平面上的截断效率,并将这三项效率的乘积定义为地面利用效率用于限制定日镜场的布置范围,进而分析了一些参数对定日镜场布置范围的影响。分析结果表明,地面利用效率可有效限定定日镜场的布置范围。与接收塔光学高度和吸热器开口的倾斜角度相比,吸热器的开口尺寸和定日镜的整体误差大小在很大程度上限定了定日镜场的布置范围。要增大电站容量,必须增大吸热器开口尺寸。而提高定日镜的整体性能不但可提高定日镜场的光学效率,也可有效扩大定日镜场的布置范围,增大电站容量。     

塔式太阳能热发电系统镜场调度方法的研究

提出一种塔式太阳能热发电系统中定日镜调度的方法。根据太阳、定日镜和接收面的光学成像关系,考虑太阳位置、镜面反射率和能见度等因素给出了镜场光能转换效率的计算方法,同时结合定日镜场状态及热力系统所需光功率建立了镜场调度模型。该文将定日镜的调度转化为一个0-1背包问题,设计了一种混合遗传算法来对其求解。采用该调度方法可得到各时刻转换效率最高时所需调用的定日镜数量及其分布,并可调整定日镜瞄准接收靶上分布的目标点,使吸热器上能流分布均匀,降低峰值能流密度,避免过热故障。仿真算例结果表明了该方法的有效性。     

CSP塔式电站定日镜采光面积及造价计算

CSP塔式电站工程设计可行性研究阶段快速估算定日镜场面积及造价对整个项目造价估算及可研文件编制具有重要意义。基于能量守恒原理,按"电—热—光"的逆向工艺流程,统计了各能量转换环节的效率:对于中小型凝汽式汽轮机组,总效率约30%左右;双罐储热系统储热效率一般91%～98%;吸热器年均热效率70%～85%;定日镜场年均效率50%～68. 7%。在此基础上,给出了简化的定日镜场面积计算方法,并以50 MW电站为例,给出了计算过程。通过对比德令哈50 MW熔融盐塔式电站工艺参数,分析得到文中提供的定日镜场面积计算结果与其偏差为-9. 4%～+28. 7%,按各效率中值计算得到的面积与其相比,偏差为+7. 2%。最后通过工程询价的方式给出了国内定日镜出厂价为800元/m~2,并对整个镜场造价做了估算。     

塔式太阳能电站聚光镜场的土地利用率研究

塔式太阳能热发电站的聚光镜场大多是由按一定规律排列的矩形定日镜组成,在相邻定日镜间无机械碰撞的情况下,聚光镜场的最大土地利用率仅为58%。文章提出了选用规则交错排列的聚光镜场布置方案,建立不同形状定日镜的土地利用模型,并计算出不同情况下的最大土地利用率。通过仿真得出,矩形定日镜和六边形定日镜在一定长宽比时可获得最大土地利用率,其中六边形定日镜的土地利用率最高,约为100%。     

塔式太阳能光热发电站定日镜场道路设计

  目的  定日镜场道路设计是塔式太阳能光热电站设计中不可缺少的环节,为降低电站初投资和提高定日镜场效率,科学、有效、合理进行道路设计。  方法  将定日镜场的道路按性质和使用功能划分为四类:主通道道路、辐射道路、周边环形道路和定日镜间道路,对其在设计中需要考虑的各项因素进行详细分析,并分别从道路布置形式、结构设计、附属设施三个方面进行研究。  结果  总结出定日镜场各类道路平面布置的原则和要求;提出路面结构设计要以满足功能使用要求,经济合理为前提,要着重考虑道路施工、当地地材、维修条件等因素;给出不同场地条件的定日镜间道路路面结构形式;同时提出在定日镜场内设置道路标识系统。  结论  可对今后的定日镜场道路设计起一定的借鉴作用。     

浅析一种用于塔式太阳能热发电站的定日镜全自动清洗车

在塔式太阳能热发电站中,定日镜的表面清洁度与其聚光集热效率直接相关,合理的清洗策略和高效的清洗设备有助于提升定日镜镜场的平均清洁度,提高其聚光集热效率,进而提升整个太阳能热发电站的发电效率。介绍了一种定日镜全自动清洗车,其基于导航系统和镜场整体控制来完成定日镜镜场的自动清洗工作。     

一种定日镜场有效镜面面积的评估方法

以定日镜轮廓向地平面投影法计算定日镜镜面的阴影与遮挡损失。定日镜有效面积还受镜面破损、运行故障比例和镜面遮盖损失的影响,因此引入修正因子,得出一种定日镜场总有效镜面面积的评估方法。以宿迁200 kW塔式太阳能光热电站的定日镜场为例,计算定日镜场在4个典型日的阴影与遮挡效率,进而得到定日镜场的平均有效镜面面积。     

定日镜能量传输效率建模及镜场排布设计

针对定日镜场的排布,鉴于目前定日镜能量传输效率模型不完善的问题,改进并优化相关能量衰减因子,引入大气透射衰减效率进一步提高定日镜传输效率模型的完善程度,并提出镜场排布设计的具体步骤,仿真结果验证了该模型的高效性。     

塔式太阳能热发电站定日镜场容量优化配置

太阳倍数是反映太阳能热发电站镜场容量的直接参数,同时也是影响储热系统容量的关键参数。文章以我国西部某地区的50 MW塔式太阳能热发电站为例,建立了塔式太阳能热发电站的能量耦合模型和经济性评价模型。以LCOE最低为优化目标,通过模拟得到无储热系统以及当储热时间分别为6,10 h时,有储热系统的太阳能热发电站的最优太阳倍数,并分析了不同储热时间条件下,定日镜场容量对该电站经济效益、定日镜场效率、电站年容量因子等的影响。研究结果表明:太阳倍数和储热容量存在一个最优组合,使得塔式太阳能热发电站的LCOE最低,在此组合下,配置定日镜场容量和储热系统容量,将使得太阳能热发电站能够获得理论上最优的综合经济效益。     

塔式光热电站定日镜不同聚焦策略的影响分析

以某50 MW塔式光热电站为仿真对象,根据电站的主要仿真参数,建立了光热电站定日镜场模型和圆柱形外露式吸热器模型。针对定日镜简单聚焦、交替偏移聚焦和正态分布聚焦3种不同聚焦策略,选取典型气象年的气象数据,采取光线追迹法,通过计算得到在设计点工况、夏至日全天以及不同镜场布置条件下吸热器表面能流密度的分布情况,比较分析了3种不同聚焦策略对吸热器安全性的影响。结果表明:3种聚焦策略中,交替偏移聚焦策略较好地缓解了吸热器表面能流密度分布不均的现象,具有较高的安全性。     

塔式太阳能电站分离式吸热器热流分布与定日镜场设计研究

优化定日镜场,提高其年聚光效率是降低塔式太阳能电站投资成本的主要途径。以直接蒸汽(DSG)塔式太阳能电站的分离式吸热器为研究对象,为解决现有定日镜场设计过程复杂、耗时较长的不足,利用锥体光学法和径向间距优化法来设计定日镜场。为满足分离式吸热器蒸发段和过热段所需要的热量,采用分配、迭代计算方法得到了分离式吸热器蒸发段和过热段所对应的定日镜场。由于分离式吸热器与定日镜场之间的光热耦合方式比较复杂,因此采用计算精度较高的射线追踪法对分离式吸热器表面的热流分布进行模拟。研究结果表明:通过模拟得到的分离式吸热器所对应定日镜场的布置形式,可使该定日镜场的年聚光效率达到0.652 2,其中分离式吸热器的蒸发段和过热段分别对应了442个和182个定日镜;设计点时刻(春分12:00),分离式吸热器蒸发段和过热段接收的热量分别为35.48 MW和14.19 MW,所获得的热流分布结果可为分离式吸热器的管束布置方式和热学性能计算奠定基础。     

塔式太阳能热发电镜场中余弦效率仿真研究

参考eSolar塔式发电站中的矩形定日镜场,通过参数设计得到密集的轴对称交错排列布置方案;建立了余弦效率的数学模型,对一天中不同时刻的太阳入射角变化趋势进行了仿真,得出位于接收塔南北区域余弦效率状况;对矩形定日镜场的余弦效率分布做了进一步研究。仿真结果验证了太阳入射角的变化趋势,并得出塔的高度对余弦效率的影响。     

塔式太阳能吸热器表面热流密度预测及优化

以塔式太阳能聚光集热系统为研究对象,耦合蒙特卡洛光线追踪法和卷积法,通过综合考虑定日镜阴影和遮挡因子以及反射光束对热流密度的影响,建立一种精度高、计算量小的吸热器表面热流密度分布预测数学模型,获得考虑光线遮挡、余弦损失、溢出损失及大气衰减等因素时单定日镜及全镜场下的光迹追踪路线及热流密度分布规律。并根据镜场光学效率与镜面所处的位置关系提出一种镜场布局优化方式。优化后12:00时镜场的光学效率从43.5%提高到45.6%,日平均光学效率提高约2%,太阳热流密度分布更加均匀。     

塔式光热电站集热场设计综述及经济性研究

  目的  为系统性梳理塔式光热电站集热场设计的内容,评估集热场设计对电站经济性的影响,对集热场设计进行综述介绍,提出了塔式光热电站集热场设计的基本思路,分析了影响集热场效率的因素并进行经济性研究。  方法  将集热场设计分为吸热塔位置和高度设计、定日镜布置设计及集热场道路设计这三部分内容分别介绍,采用对集热场效率的构成子效率进行分解的方法,并以影响集热场经济性的主要两个设计因素为重点开展研究。  结果  提炼了集热场设计需考虑的多种因素,总结列出提升集热场子效率的各因素设计结论,提出在目前工程条件下集热场规模越大光热电站经济性越好,得到定日镜布局疏密对经济性的影响结论。  结论  所提出的结论指导意义强,为塔式光热电站设计提供借鉴。     

一种简捷的定日镜跟踪角度计算方法

针对目前各种定日镜跟踪角度计算方法非常复杂的问题,提出一种基于镜场分布坐标的简捷定日镜跟踪角度的计算方法。采用该方法可方便地确定定日镜场中,任意定日镜随太阳运动时,定日镜镜面法线的高度角和方位角。     

大规模定日镜群镜面脉动风压特性研究

该文基于Fluent1 7.0软件建立5种典型工况下定日镜群的数值计算模型,通过国家超级计算中心的计算技术,对大规模定日镜群进行大涡模拟(LES)分析,获得典型工况下群镜中不同位置的定日镜镜面的脉动风压系数分布,讨论了代表位置的定日镜镜面脉动风压特性。模拟结果显示群镜中各个定日镜镜面的脉动风压分布受来流风向影响较大,群镜中处于边缘位置的定日镜受脉动风作用最大;群镜镜面正反两侧脉动风压均呈正相关,同风向角下,不同位置的定日镜正反镜面的脉动风压相关性大小和定日镜与流场入口距离有关,远离流场入口处的定日镜正反镜面的脉动风压相关性最大,中间位置定日镜的相关性次之,处于迎风面的定日镜正反镜面的脉动风压相关性较小;沿来流方向前面无遮挡的定日镜叠加面的脉动风压基本符合高斯分布,镜场其他位置的定日镜静面风压不符合高斯分布特性。     

基于DGPS-SINS组合导航系统的定日镜清洗机器人设计

针对国内外现有塔式太阳能热发电站中定日镜清洗存在的运维成本高、清洗效率低、影响镜场利用率等突出问题,开发了一款基于DGP-SINS组合导航系统的定日镜清洗机器人,并对组合导航系统进行了研究:首先,建立了机器人地面导航系统坐标系,推导了WGS-84坐标系到当地导航系统坐标系的转换方程;其次,针对机器人运动学模型开发了基于扩展Kalman滤波的状态估算法,对激光雷达数据聚类算法和模板匹配算法进行开发,对立柱和障碍物进行区分,在此基础上利用已知精确坐标的立柱信息,完成机器人局部环境下的定位和建图,有效提高了导航系统精度和稳定性;最后,基于模型机器人对设计的系统和算法进行了测试和仿真研究,测试结果验证了系统和算法的有效性,能够满足镜场环境下对定日镜的清洗需求。本文的成果还可应用于槽式、碟式太阳能热发电站及光伏发电系统等的聚光器的自动清洗系统或其他具有类似应用背景的领域或场景。     

塔式太阳能光热电站控制系统研究

  目的  旨在解决塔式太阳能光热电站控制领域的难点问题。  方法  首先基于太阳位置计算天文算法,发明了一种高精度,易于工程实现的定日镜跟踪控制算法;其次对定日镜场控制系统的主要控制技术进行了研究,包括系统架构、硬件与软件设计方案、基于图像处理的反馈测量方案;最后对电站的全厂控制系统进行了整体设计规划并提出了镜场控制系统与DCS主控系统之间的信号接口。  结果  可大幅度降低工程成本,缩短建设周期。  结论  研究成果体系完整、易于工程实现,可用较低的工程造价满足塔式光热电站控制精度的要求。