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塔式熔盐吸热器红外扫描式能流密度监测系统研究

塔式熔盐吸热器红外扫描式能流密度监测系统研究

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作者：白航西安理工大学

学位级别：硕士

在塔式太阳能热发电系统中,吸热器的作用为吸收定日镜反射的太阳辐射能,其高效、安全运行是光热电站工作的前提条件。但是吸热器易受到外界影响,导致表面的温度和能流密度在部分区域出现数值过高的情况,使得吸热器表面的太阳辐射能量分... 详细信息

在塔式太阳能热发电系统中,吸热器的作用为吸收定日镜反射的太阳辐射能,其高效、安全运行是光热电站工作的前提条件。但是吸热器易受到外界影响,导致表面的温度和能流密度在部分区域出现数值过高的情况,使得吸热器表面的太阳辐射能量分布不均匀,引起吸热器损坏。因此,保证太阳能在吸热器上均匀分布,不但可提高吸热效率,更能提高电站运行的安全性。本论文应东方电气集团东方锅炉股份有限公司需求,以国家光热示范工程哈密熔盐塔式光热电站为基础,对吸热器表面能流密度分布的测量方法进行研究,并设计一套电站吸热器表面能流密度分布的实时监测系统,具体工作如下:首先,基于塔式光热发电系统的工作原理,对当前国内外关于能流密度测量的各种方法进行了简单介绍,对比了这些测量方法的优缺点。提出了一套适用于哈密熔盐塔式光热电站的能流密度测量系统方案,对该方案进行了详细的介绍。其次,基于红外热成像测温的基本原理,分析了对红外辐射测温精度的主要影响因素,对红外辐射测温的物理模型进行了分析,最终使用吸热管对红外热像仪进行了标定,得到了热像仪输出的16位二进制数与实际温度之间的曲线关系。然后,针对红外热像仪由于分辨率的限制,在吸热器的高度方向上无法完整采集图像的问题,本论文设计了温度测量系统,将该系统分为红外热像仪扫描驱动单元和图像处理单元。对红外热像仪扫描驱动单元分别从软件和硬件方面进行了阐述,对图像处理单元进行了详细的讲解,并展示了处理后的效果,最终对设计的软件进行了使用说明。最后,基于吸热器的传热过程,在现有研究方法的基础上提出了一种能流密度计算模型,利用红外热像仪和热电偶分别测得吸热器表面的温度和吸热管内壁温度,结合现场工况,对红外热像仪测量的偏差进行校准,将校准后的红外热像仪测温数据代入计算模型中,最终得到了吸热器表面的能流密度分布结果,该系统可实现能流密度检测系统预设的检测功能,为定日镜调度控制系统的能流密度控制提供及时可靠的反馈测量数据。

关键词：塔式光聚热发电系统吸热器红外测温系统模板匹配算法能流密度测量

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塔式光聚热能流测试及光斑质量分析系统研究

塔式光聚热能流测试及光斑质量分析系统研究

引用

作者：李安妮西安理工大学

学位级别：硕士

定日镜是塔式光聚热发电系统中一个很重要的部件,它是将太阳辐射聚集到高塔顶部吸热器上的能量聚集装置,定日镜的面型和聚光性能会决定它反射太阳光的位置及光斑的形态,所以评价定日镜的面型和聚光性能非常重要。现有评价定日镜面型和... 详细信息

定日镜是塔式光聚热发电系统中一个很重要的部件,它是将太阳辐射聚集到高塔顶部吸热器上的能量聚集装置,定日镜的面型和聚光性能会决定它反射太阳光的位置及光斑的形态,所以评价定日镜的面型和聚光性能非常重要。现有评价定日镜面型和聚光性能的方法存在各种各样的问题而没有被大规模的应用,因此,迫切需要一种性价比较高的方法来评价定日镜的面型和聚光性能。定日镜反射光斑的能流密度分布是定日镜面型和聚光性能的直接体现,所以本文提出一种通过对比理论与实测光斑能流密度分布的方法来进行定日镜面型和聚光性能的评价。首先,以现有光斑能流密度的计算方法为基础进行进一步研究,介绍了太阳光发散性的形成原因和太阳形状模型,在太阳光线是非平行光的情况下建立定日镜在接收靶表面的光斑成像和能流密度分布模型;然后,在现有测量方法的基础上,取长补短地提出一套CCD相机结合热流传感器的综合测量系统并进行实验,用CCD相机获得光斑的亮度分布信息,用基于太阳能电池的工作原理设计的热流传感器获得光斑能流密度的参考值,将两个结果进行处理获得实测光斑的能流密度分布;最后,将测量得到的光斑能流密度分布与理论计算的能流密度分布模型进行对比分析,结果表明该测量系统的精度在要求范围内,也即可以通过该方法来评价定日镜的面型和聚光性能。评价定日镜的面型和聚光性能可以为矫正定日镜提供一定依据,并为后续进行定日镜瞄准点优化奠定基础,相信本研究会对我国塔式光热电站的发展起到一定的推进作用。

关键词：塔式光聚热发电系统定日镜反射光斑能流密度计算能流密度测量

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塔式光聚热定日镜瞄准点优化策略研究

塔式光聚热定日镜瞄准点优化策略研究

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作者：李欣西安理工大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：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

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