国标《塔式太阳能光热发电站设计标准》关键共性技术

      目的     塔式光热发电是我国首批太阳能热发电示范项目的主流型式。为了促进科技进步,推动产业发展,有必要对塔式光热发电站的设计进行规范。      方法     在总结分析塔式光热发电站设计经验的基础上,对光热发电设计的共性原则和关键技术进行了研究,给出了适用范围、规模划分、设计寿命等共性原则,重点研究了太阳能资源评估、集热系统与设备、储热系统与设备、自动化系统等关键技术方案。      结果     确定了塔式光热发电站的主要设计方案,给出了发电量估算方法,制定了世界首部太阳能光热发电设计标准《塔式太阳能光热发电站设计标准》。标准为国内塔式光热发电项目的开发、建设和运行提供了技术支撑,其主要内容已经上升为国际标准IEC62862-4-1《塔式太阳能光热发电站设计总体要求》。      结论     标准可对塔式光热发电站的设计提供指导。     

太阳能光热电站有关消防设计问题的探讨

  目的  为太阳光热发电站不同于常规发电厂的系统,制定安全可靠、经济合理的消防设施设计标准,以保障电站的建设和安全运行。  方法  利用现行的国家规范、标准,对太阳能光热电站采用的熔融盐、导热油的特性及其系统设备、建（构）筑物耐火等级进行分析判别;对电站采用的辅助燃料系统和消防给水的有关特殊消防设计问题进行分析探讨。  结果  分析判别固态单体熔融盐火灾危险性为甲类、熔融态熔融盐火灾危险性为戊类,导热油火灾危险性为丙类,熔融盐、导热油系统建（构）筑物的火灾危险性为二级,根据火灾危险性等级提出具体的消防防火措施。  结论  对电站采用熔融盐、导热油的火灾危险性类别分析判别结果符合现行的国家规范、标准,为太阳能光热电站工程的消防设计提供借鉴。     

塔式太阳能热发电吸热器技术进展

文中介绍了现有塔式太阳能热发电吸热器技术,针对不同吸热器结构和传热介质,结合国内外现有主要塔式太阳能热发电站,对吸热器性能进行比较研究。结果表明,外露管式吸热器结构简单、造价低,应用广泛;而熔盐作为传热和蓄热介质具有较好的性能,系统无压运行且能承受高热流密度,是将来的研究方向。     

塔式太阳能热发电站冷盐泵振动机理及处理方法

针对塔式太阳能热发电站共性存在的冷盐泵振动问题,对塔式太阳能热发电站的冷盐泵支撑平台结构形式进行了分析,剖析了振动机理,发现了振动原因,并提出了“治标”方案和根本解决方法。研究结果表明：由于熔盐动能和动量很大,熔盐运行系统中较多的弯道导致流体在流动时产生巨大冲击力,是形成振动的激振源;同时,冷盐泵所处的悬臂梁结构支撑平台存在刚度差的问题,容易导致冷盐泵与平台设备的整体晃动。从设计角度减少弯道数量并增加支撑平台刚度是解决振动问题的有效手段,可对塔式太阳能热发电站的设计和安全运行提供帮助。     

熔盐塔式太阳能热发电站中蒸汽发生系统水循环方式的对比分析

蒸汽发生系统水循环方式的选择对熔盐塔式太阳能热发电站的投资经济性及安全稳定运行至关重要。对熔盐塔式太阳能热发电站的蒸汽发生系统进行了介绍，对蒸汽发生系统的两种水循环方式——自然循环方式和强制循环方式进行了技术性和经济性对比分析。分析结果表明：在目前熔盐塔式太阳能热发电站采用高温、超高压参数下，自然循环方式及强制循环方式技术路线均能满足熔盐塔式太阳能热发电站蒸发换热的需求；若选择强制循环方式，在设备选型时，应将强制循环泵的结构及运行环境作为重点进行综合分析；结合国内已建成的熔盐塔式太阳能热发电项目的运行经验及太阳能热发电技术的发展趋势，熔盐塔式太阳能热发电站蒸汽发生系统的出口主蒸汽压力在亚临界以下(<16 MPa)时，从技术性、经济性及运行维护方面综合考虑，水循环方式推荐采用自然循环方式。以期为熔盐塔式太阳能热发电站蒸汽发生系统的设计选型提供参考。     

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。     

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。     

塔式太阳能热发电站吸热器指向点动态调度和优化设计

针对塔式太阳能热发电站中的核心设备吸热器,提出一种基于遗传算法的指向点设计与优化控制策略,该策略通过将塔式太阳能热发电站指向点动态调度问题转换为遗传算法寻优问题,建模求解得到的结果在保证吸热器正常使用寿命的前提下,优化了吸热器面板上的能量分布的均匀性,在保证吸热器材料能流密度要求的情况下,有效提高了截断效率。提出以截断效率和吸热器效率整体作为优化目标的吸热器参数设计方法,将该方法成功应用到某50 MW塔式熔盐电站的吸热器参数设计中,得出该熔盐吸热器最优尺寸为:吸热器受光面积580 m~2,吸热器高16.78 m,直径11 m。所得最优尺寸参数在相同的吸热器受光面积下,综合效率可提升1.78%;在相同的直径条件下,综合效率可提升2.15%。     

周向非均匀热流下吸热管熔盐传热数值研究

在塔式太阳能光热发电技术中,非均匀受热吸热管内熔盐流动与传热过程是光-热能量转换的关键环节。建立了周向非均匀加热的吸热管物理模型,通过Fluent软件开展数值计算。采用标准的k-ε,RNG湍流模型求解三维流动N-S方程及能量方程,获取吸热管内熔盐传热特性。结果表明,吸热管周向壁温和努赛尔数呈现明显的非均匀分布特性。对比了数值结果与经验公式计算结果,建议采用Gnielinski公式计算周向非均匀加热条件下吸热管内熔盐对流传热。     

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。     

基于分布参数模型的塔式熔盐吸热器换热过程动态特性研究

文章以塔式太阳能热发电站中的圆柱形外露管式吸热器为研究对象,利用分布参数方法建立了对流-辐射传热吸热器的非稳态传热模型。基于此模型,分别研究了当辐射热流密度、熔盐流量、熔盐进口温度和环境风速等参数发生阶跃变化时,圆柱形外露管式吸热器的动态特性。研究结果表明:当上述参数发生阶跃变化时,熔盐出口温度的动态变化过程存在不同的时间常数;辐射热流密度、熔盐进口温度和熔盐流量是影响熔盐出口温度的主要因素,瞬时风对熔盐出口温度影响较小。     

换热工质参数对熔盐蒸汽发生系统性能的影响研究

蒸汽发生系统(steam generation system,SGS)是塔式太阳能热发电站的重要组成部分。采用仿真模拟软件Thermoflex对塔式太阳能热发电站的熔盐SGS进行了建模,并基于实际工程数据验证了所搭建模型的准确性。以此为基础,仿真研究了熔盐SGS的换热工质参数(给水温度、主蒸汽温度、主蒸汽压力)对熔盐SGS性能的影响,其中,水侧温度和压力的变化对熔盐侧参数(熔盐流量、熔盐SGS出口的熔盐温度)和换热设备的换热功率均存在较大影响。研究得到的不同换热工质参数对熔盐SGS性能和整个塔式太阳能热发电站的影响规律可为熔盐SGS的设计提供理论依据。     

太阳能热发电站中熔盐泵基础及上部钢结构平台的设计要点分析

总结归纳了太阳能热发电站中熔盐泵基础及上部钢结构平台设计中的要点及难点,从静力分析角度定性讨论了熔盐泵基础的设计;利用动力分析方法,提取了熔盐泵支撑点处的刚度矩阵,提供了平台地震反应谱,并对熔盐泵支撑点处的动速度进行了控制。     

塔式光热电站吸热器高温隔热防护装置研究

在塔式光热发电站中,太阳能吸热器是实现太阳能热发电最为关键的核心设备之一。除有效受热区域外,其上下及周边布置有高温隔热防护装置,其功能为保证吸热器内部支撑结构、系统设备或运行期间维护人员的绝对安全性,避免其受到镜场反射的溢出光斑的高温辐射。因此,高温隔热防护装置的设计、选材及结构是否合理直接关系到吸热器的安全、稳定及高效运行。     

塔式熔盐太阳能光热发电技术

我国太阳能光热资源丰富,市场潜力巨大。通过对各种光热发电技术的特点及其在国内外发展现状的介绍,指出了塔式熔盐吸热加储热系统是未来国内最具发展前景的光热发电技术,并分析了该技术的特点和潜在运行风险。最后,通过对比国际光热电价,指出未来国内光热发电成本下降空间很大。     

八地脚螺栓柔性塔座板承载力研究

  [目的]  随着输电线路的荷载越来越大，为了满足受力要求，铁塔与基础的连接型式广泛采用八地脚螺栓柔性塔座板，现有规范体系对该型式塔座板的相关计算方法尚无规定，故需对承载力进行研究。  [方法]  通过理论分析、数值模拟和真型试验等方式对八地脚螺栓柔性塔座板的承载力进行了研究。  [结果]  研究表明:受拉状态下底板应力呈非均匀分布状态。  [结论]  提出了全新的计算方法，对工程设计具有一定的借鉴意义。     

太阳能热发电站熔盐阀门的选型分析

熔盐阀门作为太阳能热发电站的重要控制设备,对电站的稳定、可靠运行发挥着重要作用。熔盐的低温凝固及高温强氧化等特性,对阀门及其部件的选型提出了特殊要求。从熔盐阀门开关阀的型式、熔盐阀门材质、密封填料、密封用垫片、密封面等方面对太阳能热发电站熔盐阀门进行了选型分析,并对太阳能热发电站熔盐阀门的选型原则进行了总结。     

基于XGB算法及全天空成像仪图像的超短期DNI预测

吸热器是塔式太阳能热发电站的核心设备,但云层短时间的遮挡和离开会使吸热器接收的太阳直接辐射(DNI)发生随机波动,造成吸热器表面受热发生剧烈变化,会影响塔式太阳能热发电站的安全运行.本文提出了一种基于极值梯度提升(eXtreme Gradient Boosting,XGB)算法及全天空成像仪图像的超短期DNI预测方法....     

金建祥:国内熔融盐储能技术已趋成熟

<正>中控德令哈10 MW塔式熔融盐太阳能热发电站项目是我国首个投入运行的以熔融盐为传热和储热介质的塔式项目,也是继西班牙Gemasolar、美国Crescent Dunes之后全球第3座商业化运行的熔融盐塔式电站。该电站是浙江中控在水工质塔式太阳能热发电站的基础上改造而来的,将水工质替换为主要通过双储罐结构,以二元硝酸盐作为吸热、储热介质,利用大规模定日镜场收集太阳能,将熔融盐加热并进行储存,     

高温熔盐吸热器的传热研究和系统设计

本文对非均匀辐射热流密度太阳能熔盐吸热器传热过程进行了模拟研究,得到了熔盐吸热器内部的温度、传热性能等特征参数。结果表明在轴向和径向上熔盐流体温度和管壁的温度都非常不均匀,同时其综合传热性能要高于按照Sieder-Tate公式的计算值。并对10 MW塔式太阳能热发电的熔盐吸热器进行了设计和分析。