100MW熔融盐塔式太阳能热发电站的吸热器输出热功率与储热时长的优化研究

储热系统对非连续性的太阳能输入具有平抑作用,是塔式太阳能热发电系统的重要子系统.依托某100 MW熔融盐塔式太阳能热发电站的实际工程参数建立了计算模型,模拟分析了采用不同储热时长及吸热器输出热功率时对熔融盐塔式太阳能热发电站的初投资成本、内部收益率(IRR)和平准化度电成本(LCOE)的影响.模拟结果表明:在项目所在地...     

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%。     

塔式太阳能热发电站中空冷凝汽器运行特性的研究

研究人员对用于火电机组的空冷凝汽器的特性已经开展过广泛的研究,结合太阳能热发电站的选址及其发电过程的特殊性可以看出,应用于太阳能热发电站的空冷凝汽器与应用于火电机组的空冷凝汽器有所区别。以某50 MW塔式太阳能热发电站中空冷凝汽器为研究对象,通过对相关影响因素进行分析并对典型天发电过程进行模拟,得到以下结论:太阳辐照度会对空冷凝汽器产生附加热负荷,影响的大小主要与太阳法向直射辐照度(DNI)、太阳散射辐照度(DHI)和太阳位置有关;在轴流风机出力达到最大之前,轴流风机耗功会随环境温度上升呈指数增长,之后,空冷凝汽器的压力会随着环境温度直线上升;对于需要每天启动的热发电机组来说,太阳辐照度较高的日落时刻的太阳辐照附加热负荷可能会在短时间内急剧增加,从而引起轴流风机耗功大幅度增加;环境温度较高时可能会引起空冷凝汽器压力的急剧升高,这在运行中需要给予特别关注。     

金属管式承压空气吸热器实验研究

对内径为6 mm,壁厚为2 mm的太阳能热发电用金属管式承压空气吸热器的热性能进行了实验研究,分析了太阳法向直接辐照度(DNI),金属管式承压空气吸热器内空气质量流量对该吸热器出口空气温度的影响。实验结果表明:在空气质量流量相同的条件下,DNI越高,金属管式承压空气吸热器出口空气温度越高,该吸热器获得的热功率越大,吸热器内空气粘性越高,吸热器内空气压力损失也越大;随着金属管式承压空气吸热器内空气质量流量逐渐减小,该吸热器出口空气温度逐渐升高;随着金属管式承压空气吸热器内空气质量流量逐渐增大,该吸热器内空气压力损失逐渐增大;金属管式承压空气吸热器热效率受DNI和空气质量流量的综合作用,且该吸热器热效率的最大值出现在DNI较低处;当金属管式承压空气吸热器内空气压力损失较大时,应增大吸热管的管径或缩小吸热管单管的管长。     

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。     

基于能量流的塔式太阳能热发电吸热器动态建模

塔式太阳能热发电空气吸热器的最大热应力与其温度变化率成正比,吸热器出口空气温度的动态特性影响塔式光热系统的功率特性。结合热电比拟理论,采用对流换热系数和Rosseland辐射传递方程描述传热过程,建立塔式太阳能热发电系统中碳化硅泡沫陶瓷吸热体的能量流模型。通过剖析空气吸热器工作过程的传热特性,得出平均能流密度、吸热体厚度、平均孔径对出口空气温度、吸热体温度的影响,为该类空气吸热器的设计提供了理论依据。     

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,     

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。     

基于机器视觉的区域太阳直接辐射动态预测方法研究

提出一种应用于塔式太阳能热发电站的以全天空动态图像为基础的多维度特征训练融合回归模型处理方法,实现局部区域的太阳直接辐射(DNI)预测。为解决遮挡太阳云团特征难以提取、遮挡情况预测不准确等问题,方案通过阈值分割进行太阳位置检测,使用随机森林检测云团,利用模板匹配测算云速,并从上述信息中提取多维度特征训练融合回归模型实现DNI预测。测试结果表明方案的短期预测误差较小,可准确地预测出DNI的变化趋势,具有较高的工程应用价值。     

腔式太阳能高温空气吸热器传热过程数值模拟

介绍了一种应用于塔式太阳能热发电站的腔式高温空气吸热器,建立了吸热器内部空气流动及传热过程模拟数学模型,并通过数值方法,模拟了吸热器内部的空气流场和温度场。结果得知:空气进入吸热器后,沿内壁面轴向高速流动,随着深度的增加,速度越来越小,到达底部时速度最小;在压差的作用下,进入吸热器内部的空气会不断流向和冲刷针肋及壁面,而主流方向的流量不断减少;空气通过冲刷高温针肋及壁面不断吸收热量,温度不断升高;由于吸热器底部空气速度较小,对流换热系数较小和热流密度较大,因此该处温度较高,是整个吸热器的最脆弱部位;在高辐照强度情况下,虽然加大空气流量可降低吸热器壁面的温度,但由于其对流换热系数与空气流速不成正比例,壁面温度一般还会有所升高。     

环腔流道太阳能空气吸热器的光-热转换特性研究北大核心CSCD

吸热器是太阳能聚光热利用系统中光-热能量转换的核心部件,文章针对一种简单结构的环腔流道吸热器,采用光线跟踪方法和计算流体力学方法实现光热耦合,建立了含石英窗环腔流道空气吸热器的耦合传热数值模型,探讨了碟式聚光器焦距、太阳直接辐射强度、质量流量、入口温度以及能流分布形式(非均匀与均匀能流分布)对光热转换性能的影响。研究表明:吸热器热效率和出口温度受焦距影响不大,但壁面峰值温度随焦距增大而急剧上升;热效率与质量流量呈正相关而与太阳直接辐射强度(Direct Normal Irradiance,DNI)呈负相关,出口温度反之,当DNI=800 W/m^(2),质量流量m=0.0166 kg/s时,吸热器综合热性能最优,热效率和出口温度分别为74.70%和478.74 K;出口温度受入口温度直接影响以几乎相同的差值变化,入口温度每升高50 K,热效率下降7.3%左右,该吸热器结构适用于中低温空气;能流分布均匀与否对出口温度及热效率影响不大,均匀能流分布下的吸热器壁面峰值温度反而略高于非均匀能流分布的。     

基于CSO算法优化的LSSVM熔盐温度预测

吸热器的安全高效运行在太阳能热发电系统中起到了至关重要的作用。吸热管中熔盐出口最高温度和平均温度为太阳能热发电系统中吸热器的设计、材料的选择和运行控制提供了重要的科学依据。文章提出了基于最小二乘支持向量机(Least squares support vector machines,LSSVM)的快速预测方法,预测不同工况下吸热管中熔盐出口最高温度和平均温度。为了提高预测精度,利用猫群优化(Cat Swarm Optimization,CSO)算法求解LSSVM方法中的超参数。数值计算结果证实了LSSVM方法是可行的,从而为研究塔式太阳能吸热器的热特性以及运行控制提供一种新的有效方法。     

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。     

两段式塔式太阳能腔式吸热器设计及性能分析

针对一种新型两段式塔式太阳能热发电的吸热器进行几何设计,建立了呈高斯分布热流密度的条件下吸热器辐射和对流换热以及流动模型,确定了吸热器I和吸热器II受热面蛇形管管道布置方式和几何尺寸,获得了吸热器内部不同位置受热面的热流密度分布情况.结合气液两相传热和流动特点确定了吸热器典型管道内部工质温度、干度、压降和沿管道流程的壁温分布规律.得出两段式塔式太阳能腔式吸热器几何结构的系统化设计流程,并对吸热器进行了热力性能分析.结果表明:两段式塔式太阳能腔式吸热器能够有效减小预热蒸发吸热器的几何尺寸,提高平均辐射热负荷的同时降低吸热器的平均温度,有效提高吸热器的热效率;多管程蛇形管道布置可使出口参数分布更加均匀,避免受热严重不均等安全问题.     

100 MW熔盐塔式太阳能热发电站中汽轮机主蒸汽参数选择的对比分析

太阳能热发电站中汽轮机主蒸汽参数的选择对此类电站的经济性起着至关重要的作用,是决定此类电站投资额及系统运行状况的关键参数。以国内某汽轮机主机厂提供的相关数据为依据,并结合国内太阳能热发电站的设计经验,对甘肃省某100 MW熔盐塔式太阳能热发电站中汽轮机主蒸汽参数(主蒸汽压力和主蒸汽温度)的选择进行了简要的对比分析,并针对主蒸汽参数的选取进行了推荐,以期为熔盐塔式太阳能热发电站的设计提供参考。     

塔式太阳能水工质吸热器性能分析

上海锅炉厂有限公司自主开发了塔式太阳能热发电吸热器性能设计程序。该程序可同时适应水工质和熔盐工质太阳能吸热器的设计计算要求。针对美国Solar Two工程吸热器,将Boeing North American,Inc.的计算结果和其试验数据与自主开发程序的计算结果进行比较,结果吻合良好。以某个塔式太阳能热发电吸热器为例,对其蒸发段和过热段的设计方案进行了详细的校核计算,重点在吸热器蒸发段的循环流量、干度、鳍端温度和鳍端温差、过热段的管子正面点温度以及吸热器的吸热效率分布等多个方面进行了分析。该校核计算的结果可为后续进行性能评价提供重要的基础数据。     

塔式太阳能热发电技术的发展

塔式太阳能热发电系统具有聚光比大、投射到塔顶吸热器上的平均热流密度高、工作温度高、电站规模大和年度发电效率高等特点,提高效率和降低成本的潜力较大。文章阐述了塔式太阳能热发电技术的工作原理和系统组成;介绍和分析了国内外已建成的塔式太阳能电站;指出了塔式太阳能热发电技术的发展现状、技术难点和未来发展方向;探讨了我国规模化发展塔式太阳能热发电技术须解决的问题。     

太阳能热发电技术的进展及现状

介绍了槽式、塔式和盘式太阳能热利用发电站的发展史和技术现状.指出槽式太阳能热发电站的功率可至1000MW,是所有太阳能热发电站中功率最大的,其年收益也最高.塔式太阳能热利用发电站的功率可至100MW,与槽式系统相比,在商业上还不成熟.但高温型塔式系统和燃气轮机混合发电或和混合发电站联合发电最具市场化前景.盘式太阳能热发电系统功率5～1000kW,它用在流动场所,应用范围大,除可满足用电需求,还可代替柴油机组.