塔式光聚热定日镜瞄准点优化策略研究

作     者：李欣 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵跃

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：塔式光聚热发电系统 瞄准点优化 热流密度均匀度 光线溢出率 优化算法 

摘      要：随着太阳能的普遍应用,作为太阳能开发利用形式之一的塔式光聚热发电技术得到了大力发展,该技术利用多个定日镜将太阳光线聚集在吸热器上,并利用工质的热能驱动蒸汽机带动发电机发电。其中镜场和吸热器用于聚光和集热并完成光热转化过程,该过程的效率和性能对整个发电系统有很大的影响,定日镜瞄准策略决定着定日镜聚光效率和吸热器的工作状态。为保证吸热器和镜场安全高效的运行,本研究对塔式光聚热定日镜瞄准点优化策略进行深入研究,具体工作如下:1、基于自动控制理论知识对定日镜瞄准系统的控制原理及方法进行分析,考虑太阳光的非平行特性、余弦效应以及大气透射率等因素,采用光线追迹法对定日镜光斑形态进行分析和仿真并对其所携带的热量进行计算。2、考虑到塔式光聚热发电系统工作过程中易受时间、天气等因素的影响,本研究将定日镜瞄准点优化过程分为“静态优化和“动态优化,并提出采用“瞄准点移动法实现“动态优化过程。基于吸热器表面热流密度,定义了“镜场热量溢出率和“热流密度近似标准差两个参数,建立了热量溢出率最小和热流密度近似标准差最小的双优化目标函数,以保证吸热器安全高效的运行。3、对现有优化算法进行分析和比较,采用蚁群算法求解“静态优化过程,采用BP神经网络算法求解“动态优化,建立基于这两种算法的求解定日镜瞄准优化系统模型,编写程序并针对不同的干扰因素进行优化求解。得到的优化结果表明本研究建立的优化目标函数以及选取的优化算法具有较高的准确性和可行性,满足吸热器安全高效工作的条件,对提升整个发电系统的安全可靠运行有重要的意义。