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。     

塔式系统定日镜场的热经济性优化设计

采用辐射网格分布,在避免相邻定日镜之间发生机械碰撞的前提下,以接收最多能量和花费最少成本为目标,对塔式太阳能热发电系统中传统跟踪方式下的定日镜场的分布进行了优化设计,优化结果得到了以单位能量成本与投资成本为横、纵坐标的Pareto曲线.与文献中已发表先例相比,所得到定日镜场的单位能量花费较小,具有较好的热经济性,且场的分布均匀合理.同时还分析了获得能量与主要决策变量之间的关系,可为定日镜场的优化设计提供一定的理论依据.     

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。     

塔式太阳能热发电镜场定日镜清洗装置设计

设计了一种应用于塔式太阳能热发电镜场的定日镜清洗装置。该定日镜清洗装置具备自动循迹、根据镜面自动调整清洗面角度、自动进行清洗水流控制的功能,并采用无线通信技术实现清洗装置与镜场控制系统间的信息交互,保证清洗完毕的定日镜立即恢复为正常运营状态,尽量减少镜场能量损失。通过实际测试,该清洗系统能够有效地实现预定的控制功能和清洗功能,其清洗装置通过一次清洗可将镜面清洁度从0.85提高到0.95。     

塔式太阳能热发电系统定日镜场的设计思考

化石燃料的有限储量及其燃烧产物对环境的污染，使得可再生能源的研究和开发日益迫切。太阳能热发电技术作为最有可能引起能源革命、实现大功率发电的可再生能源技术得到了广泛的关注。20世纪80年代以来，美国、以色列、西班牙等国相继建立了不同形式的太阳能热发电示范装置，促进了塔式太阳能热发电技术的发展。美国能源部主持的研究结果表明：在大规模发电方面，塔式太阳能热发电将是所有太阳能发电技术中成本最低的一种。据预测，到2020年，其发电成本约为每度5美分，具有很强的市场竞争力。     

塔式光热电站定日镜跟踪精度校正技术研究

为提高光热电站定日镜校正合格率,从定日镜跟踪精度校正的必要性出发,结合塔式光热电站定日镜控制系统及光斑校正系统对校正的理论依据、校正策略等进行了研究,分析了风速、云层及太阳直接辐射（DNI）、镜面清洁系数、校正系统及临时局域网的稳定性等因素对校正结果的影响,并提出了具体的应对策略。研究表明,当风速小于5 m/s、DNI值大于800 W/m²、镜面清洁系数超过0.7时定日镜跟踪精度的校正合格率能够达到60%以上。     

塔式太阳能定日镜聚光成像建模及仿真

根据太阳运行规律和定日镜及靶标位置分析不同日期太阳入射角的变化,在此基础上,根据科丁顿方程对球面定日镜的反射太阳影像进行了理论分析。讨论了定日镜反射聚光的特点,利用光线追踪原理建立了定日镜反射太阳光并与指定受光面相交的计算机近似模型,对定日镜反射太阳影像进行了计算机仿真。仿真得到的光斑大小与理论分析基本一致。     

塔式太阳能电站熔盐换热器设计发展概述

熔盐换热器作为塔式太阳能熔盐储热发电系统中的一个重要设备,随着太阳能储热发电技术的发展,产生了各种不同形式的设计。从熔盐物性特点和太阳能储热发电技术特点的角度出发,对熔盐换热器设计要点进行了阐述。并通过归纳总结新型换热器技术在熔盐换热器上的应用,来展望熔盐换热器技术的发展趋势。     

Design optimization of a solar tower power plant heliostat field by considering different heliostat shapes

The present study focuses on the optimization of solar tower power plant heliostat field by considering different heliostat shapes including rectangular, square, pentagon, hexagon, heptagon, octagon, and circular heliostat shapes. The optimization is carried out using an in-house developed code-based MATLAB program. The developed in-house code is validated first on a well-known PS10 Solar Thermal Power plant having rectangular heliostats shape and the resulting yearly unweighted heliostat field efficiency of about 64.43% could be obtained. The optimized PS10 heliostat field using different heliostat shapes showed that the circular and octagon heliostat shapes provide better efficiency with minimum land area. The yearly efficiency is increased from 69.65% for the rectangular heliostat shape to 70.96% and 71% for the octagon and circular shapes, respectively. In addition, the calculated field area (land area) is reduced for the case of circular and octagon heliostat shapes with a gain of about 11.10% and 10.93% (about 42.0436 × 10³ and 41.4036 × 10³ m²), respectively, in comparison with the PS10 field area.     

塔式太阳能热发电站定日镜镜面面形检测与三维重构

定日镜是塔式太阳能热发电站的核心装置,对定日镜面形进行快速精确检测是保证电站高效运行的关键。文章基于二维条纹反射方法对定日镜面形的快速检测进行了分析研究,结合Hermite插值理论对面形进行三维重构,其研究结果将提升定日镜的面形检测效率及产品竞争力,具有很好的应用前景。     

Tracking and ray tracing equations for the target-aligned heliostat for solar tower power plants

The tracking and ray tracing equations for the target-aligned heliostat for solar tower power plants have been derived in this paper. Based on the equations, a new module for analysis of the target-aligned heliostat with an asymmetric surface has been developed and incorporated in the code HFLD. To validate the tracking and ray tracing equations, a target-aligned heliostat with a toroidal surface is designed and modeled. The image of the target-aligned heliostat is calculated by the modified code HFLD and compared with that calculated by the commercial software Zemax. It is shown that the calculated results coincide with each other very well. Therefore, the correctness of the tracking and ray tracing equations for the target-aligned heliostat is proved.     

A new method for the design of the heliostat field layout for solar tower power plant

A new method for the design of the heliostat field layout for solar tower power plant is proposed. In the new method, the heliostat boundary is constrained by the receiver geometrical aperture and the efficiency factor which is the product of the annual cosine efficiency and the annual atmospheric transmission efficiency of heliostat. With the new method, the annual interception efficiency does not need to be calculated when places the heliostats, therefore the total time of design and optimization is saved significantly. Based on the new method, a new code for heliostat field layout design (HFLD) has been developed and a new heliostat field layout for the PS10 plant at the PS10 location has been designed by using the new code. Compared with current PS10 layout, the new designed heliostats have the same optical efficiency but with a faster response speed. In addition, to evaluate the feasibility of crops growth on the field land under heliostats, a new calculation method for the annual sunshine duration on the land surface is proposed as well.     

太阳能热发电系列文章(1)聚光类太阳能热发电概述

能源短缺、资源枯竭、环境污染等问题已严重影响人们的生活和制约社会的发展,各国竞相开展水能、风能、地热能、生物质能、潮汐能、太阳能等清洁和可再生能源的应用研究。美国、德国、以色列、澳大利亚及日本等国家在太阳能应用技术研究方面起步较早,也是当今太     

太阳能热发电系列文章(6)聚光太阳能热发电的控制系统

聚光类太阳能热发电技术是指利用聚光器收集太阳能,通过接收器转换成热能,加热工质,驱动热动力装置进行发电的技术。现有的聚光类太阳能热发电系统按照形式不同可分为槽式太阳能热发电系     

聚光太阳能发电的进展

上世纪80年代，美国产业界利用能源部的先进技术，建造了354MW的商业联网太阳能热电站。持续执行合作研发计划，已使太阳能热电成为世界上成本最低的太阳能发电方式。乐观的预计，10年内，太阳能热发电就能和传统发电竞争了。     

A new code for the design and analysis of the heliostat field layout for power tower system

A new code for the design and analysis of the heliostat field layout for power tower system is developed. In the new code, a new method for the heliostat field layout is proposed based on the edge ray principle of nonimaging optics. The heliostat field boundary is constrained by the tower height, the receiver tilt angle and size and the heliostat efficiency factor which is the product of the annual cosine efficiency and the annual atmospheric transmission efficiency. With the new method, the heliostat can be placed with a higher efficiency and a faster response speed of the design and optimization can be obtained. A new module for the analysis of the aspherical heliostat is created in the new code. A new toroidal heliostat field is designed and analyzed by using the new code. Compared with the spherical heliostat, the solar image radius of the field is reduced by about 30% by using the toroidal heliostat if the mirror shape and the tracking are ideal. In addition, to maximize the utilization of land, suitable crops can be considered to be planted under heliostats. To evaluate the feasibility of the crop growth, a method for calculating the annual distribution of sunshine duration on the land surface is developed as well.     

太阳能烟囱发电系统的CFD模拟研究

太阳能烟囱发电技术是一项综合应用温室效应技术、烟囱技术及风力涡轮发电技术于一体的太阳能发电新技术,是实现大规模开发和利用太阳能的一种新途径.采用计算流体动力学(CFD)方法对太阳能烟囱发电系统的速度场、压力场和温度场进行了数值模拟.结果表明:在其它条件不变的情况下,集热棚周边高度对系统的发电功率没有影响;太阳能烟囱直径存在一最佳值,使发电系统输出的发电功率最大.