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塔式光热电站吸热器的壁面热流分布

哈尔滨工业大学学报 2021年第1期53卷 87-93页

作者：应兆平何伯述北京交通大学机械与电子控制工程学院燃烧与热力系统研究所北京100044 北京交通大学海滨学院机械与动力工程学院河北黄骅061199

为深入研究塔式光热电站吸热器壁面的热流密度分布,基于赤道聚光策略和基本光路原理,利用光学仿真分析软件SolTrace对西班牙Gemasolar塔式光热电站系统进行几何与光学建模.通过结果敛散性判断,确定采用5000000条射线进行模拟研究;模拟... 详细信息

为深入研究塔式光热电站吸热器壁面的热流密度分布,基于赤道聚光策略和基本光路原理,利用光学仿真分析软件SolTrace对西班牙Gemasolar塔式光热电站系统进行几何与光学建模.通过结果敛散性判断,确定采用5000000条射线进行模拟研究;模拟结果与文献研究结果符合良好,证明模型准确可靠.采用夏至日设计点标准状况下的太阳光入射辐射,通过射线追踪的方法,模拟获得外露管式吸热器壁面上的热流密度分布,发现不同吸热管壁面接收的太阳辐射热流密度变化规律与定日镜场环形分布方式有关;单根吸热管时壁面热流密度分布不均匀.分析冬至日午时吸热管的热流密度分布,对比吸热管壁面热流分布的模拟结果与相应的近似高斯分布,发现近似处理与模拟结果差异较大.研究结果表明,对于塔式吸热器壁面热流分布,采用SolTrace仿真分析比用近似高斯分布更具有实际指导意义.

关键词：太阳能塔式光热电站 SolTrace 热流分布近似高斯分布

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塔式光热电站定日镜不同聚焦策略的影响分析

动力工程学报 2020年第5期40卷 426-432页

作者：杜宇航刘向民王兴平蒋志浩上海发电设备成套设计研究院有限责任公司上海200240

以某50MW塔式光热电站为仿真对象,根据电站的主要仿真参数,建立了光热电站定日镜场模型和圆柱形外露式吸热器模型。针对定日镜简单聚焦、交替偏移聚焦和正态分布聚焦3种不同聚焦策略,选取典型气象年的气象数据,采取光线追迹法,通过计算... 详细信息

以某50MW塔式光热电站为仿真对象,根据电站的主要仿真参数,建立了光热电站定日镜场模型和圆柱形外露式吸热器模型。针对定日镜简单聚焦、交替偏移聚焦和正态分布聚焦3种不同聚焦策略,选取典型气象年的气象数据,采取光线追迹法,通过计算得到在设计点工况、夏至日全天以及不同镜场布置条件下吸热器表面能流密度的分布情况,比较分析了3种不同聚焦策略对吸热器安全性的影响。结果表明:3种聚焦策略中,交替偏移聚焦策略较好地缓解了吸热器表面能流密度分布不均的现象,具有较高的安全性。

关键词：塔式光热电站定日镜聚焦策略能流密度

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塔式光热电站定日镜场清洗策略优化研究

动力工程学报 2020年第11期40卷 924-928页

作者：蒋志浩杜宇航刘向民上海发电设备成套设计研究院有限责任公司上海200240

基于某50 MW塔式光热电站构建仿真模型,分析定日镜反射率对年均发电量和平准化度电成本的影响。通过建立定日镜场清洗策略优化模型,以定日镜反射率降低导致的全年发电量损失与定日镜清洗成本费用之和作为电站年总损失,得到了电站年总经... 详细信息

基于某50 MW塔式光热电站构建仿真模型,分析定日镜反射率对年均发电量和平准化度电成本的影响。通过建立定日镜场清洗策略优化模型,以定日镜反射率降低导致的全年发电量损失与定日镜清洗成本费用之和作为电站年总损失,得到了电站年总经济损失费用与定日镜场清洗周期的变化规律,提出最优的定日镜清洗策略。结果表明:随着定日镜反射率的提高,年均发电量增加,平准化度电成本下降;随着清洗周期的增加,电站年总经济损失费用先降低后升高。

关键词：塔式光热电站镜面反射率年均发电量平准化度电成本清洗策略

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塔式光热电站定日镜跟踪精度校正技术研究

热能动力工程 2022年第5期37卷 137-142页

作者：吴凯马敬程斌王长久陕西君创智盈能源科技有限公司陕西西安710016 中国能源建设集团西北电力试验研究院有限公司陕西西安710000

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... 详细信息

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/m^(2)、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。

关键词：塔式光热电站定日镜跟踪精度校正

塔式光热电站的太阳直接辐射预测方法研究与实现

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塔式光热电站的太阳直接辐射预测方法研究与实现

作者：袁晓军浙江大学

学位级别：硕士

塔式光热电站利用定日镜场把太阳光聚焦到吸热器进行热发电,其能量来源是太阳直接辐射(Direct Normal Irradiance,DNI),而云团的移动是影响DNI最大因素。当天空中云团遮挡或离开太阳,会使到达定日镜的太阳光数量骤变,造成DNI波动,对吸... 详细信息

塔式光热电站利用定日镜场把太阳光聚焦到吸热器进行热发电,其能量来源是太阳直接辐射(Direct Normal Irradiance,DNI),而云团的移动是影响DNI最大因素。当天空中云团遮挡或离开太阳,会使到达定日镜的太阳光数量骤变,造成DNI波动,对吸热器造成冲击,从而影响光热发电站的稳定运行。因此预测DNI变化曲线能够优化汽轮机运行负荷曲线,提高发电效率,并为光热电站的稳定运行提供安全保障。本文分析了DNI的影响因素,并根据DNI预测的需求,设计了一种能够实现DNI超短期预测的方案。本文利用全天空成像及辐射计采集数据,首先对全天空成像仪采集的全天空图像进行云检测和云速计算,得到太阳的未来遮挡信息,然后设计融合模型算法预测实时DNI。本文主要研究内容如下:(1)本文基于全天空成像仪的成像方法以及太阳的成像特点,设计了一种利用太阳位置对全天空图像畸变矫正及纵轴偏差补偿的方法,并对全天空图像进行坐标变换。拟合了全天空图像的晴空背景图,并基于全天空图像改进了拟合公式,得到了较好的拟合效果。考虑到阈值识别与基于晴空背景拟合的云检测方法都不能解决光晕区域云团的识别问题,本文提出一种基于随机森林进行云检测的算法,该算法提取全天空图像自身的RGB三通道灰度值及晴空背景图的RGB三通道灰度值作为特征,训练随机森林模型检测薄云、厚云和蓝天。(2)本文设计了基于像素点的模板匹配云速算法和基于SURF(Speeded Up Robust Features)特征点匹配的云速算法,并进行了比较分析,选择了模板匹配算法来计算云速。然后基于Kalman滤波对云速进行修正,并预测出太阳相对云团的运动轨迹。(3)本文研究了全天空图像中能表征云团的图像信息,提出利用太阳周围区域的薄云面积比、薄云像素的归一化红蓝通道比均值、薄云像素亮度均值、厚云面积比、厚云像素的归一化红蓝通道比均值、薄云像素亮度均值作为遮挡信息,并以理论DNI及遮挡信息作为特征,选择了机器学习模型SVR、GBRT、Xgboost作为底层模型,设计了基于stacking的模型融合算法预测DNI。经过验证,本文能够准确实现云检测和云速计算,并且能够预测出未来半个小时内的DNI值,与实际DNI值相比,预测的DNI值有较小误差,能够达到预期的设计目标和性能要求。

关键词：塔式光热电站全天空成像仪成像方法图像处理云检测及云速计算 DNI预测

塔式光热电站光学效率建模仿真及定日镜场优化布置

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塔式光热电站光学效率建模仿真及定日镜场优化布置

作者：刘建兴兰州交通大学

学位级别：硕士

定日镜场是塔式光热电站的重要子系统,定日镜场的优化布置问题是塔式光热电站建设前期需要解决的关键问题之一。定日镜场作为整个系统的能量输入单元,其综合效率直接决定了发电系统的最高性能。整个镜场的建设成本占据电站总投资的40%～... 详细信息

定日镜场是塔式光热电站的重要子系统,定日镜场的优化布置问题是塔式光热电站建设前期需要解决的关键问题之一。定日镜场作为整个系统的能量输入单元,其综合效率直接决定了发电系统的最高性能。整个镜场的建设成本占据电站总投资的40%～50%,而大约有30%～40%的能量损失发生在定日镜场,因此定日镜场就成了塔式光热电站进行“降本增效”的主要目标。本文以塔式光热电站的定日镜场为研究对象,分析了定日镜场的光学效率组成、光学效率分布和相关的镜场布置方法后,以镜场年均光学效率最高为目标,开展了定日镜场优化布置方面的研究。本文的主要研究内容和研究成果如下:(1)在国内外学者的研究基础上选择了精度较高的太阳位置算法,在MATLAB中建立了太阳视运动轨迹的数值模型。对镜场的各部分光学效率进行分析,研究了影响镜场光学效率的因素,给出了相应的解决方案,最后建立了定日镜场光学效率的数学模型。(2)以中国太阳能资源较为丰富的拉萨地区为仿真地点,选择2016年的四个典型日为仿真时间并在各个典型日内选择了五个关键的时间节点。以放射状栅格方法建立了一个具备2640面定日镜的密集型仿真镜场,选择合适镜场参数后对余弦效率、阴影遮挡效率、大气衰减效率以及综合效率在镜场中的不同时间点的分布规律进行仿真计算后,得出了位于北半球定日镜场中效率分布规律的相关结论。(3)通过分析引力搜索算法的迭代寻优过程,发现了限制算法搜索能力的关键问题,提出了对经典引力搜索算法中的引力常量G(t)进行自适应改进的方法。以种群离散度为评价标准,为衰减因子α和引力常量初值G设置相应的自适应策略,使算法可以在寻优过程中自动选择不同的搜索策略,提升了算法的求解能力。最后通过六个高维测试函数与遗传算法、粒子群算法进行对比,证明了自适应引力搜索算法的可行性和优越性。(4)以Campo布局方式为基础,结合自适应引力搜索算法提出了一种新的定日镜场布置方法。其布置过程从大于目标镜场1.5倍的密集型镜场开始,将定日镜所在环的半径作为输入变量并以年均综合效率为镜场优化布置的评价标准。设置相应的限制条件后,利用自适应引力搜索算法寻找最佳行间距组合,直至镜场的年均综合效率达到最大。然后根据设计要求剔除效率低下的定日镜后得到最终的镜场布置方案。最后以塞维利亚的Gemasolar塔式光热发电站的定日镜场为例对该方法进行验证,证明了该方法的可行性。

关键词：塔式光热电站定日镜场优化布置自适应引力搜索算法

塔式光热电站机组性能模型建模及运行特性研究

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塔式光热电站机组性能模型建模及运行特性研究

作者：杜宇航上海发电设备成套设计研究院

学位级别：硕士

与槽式、碟式、线性菲涅尔式三种太阳能光热发电系统相比,塔式光热电站是一种技术成熟、聚光比高、综合发电效率高、易于实现大规模商业化发电的太阳能光热发电系统。聚光系统通过多面定日镜,将太阳辐射能反射聚焦到吸热器上,产生高温... 详细信息

与槽式、碟式、线性菲涅尔式三种太阳能光热发电系统相比,塔式光热电站是一种技术成熟、聚光比高、综合发电效率高、易于实现大规模商业化发电的太阳能光热发电系统。聚光系统通过多面定日镜,将太阳辐射能反射聚焦到吸热器上,产生高温的传热介质,加热给水产生高温高压蒸汽,驱动汽轮机发电机组发电。塔式光热电站的输出功率容易受到太阳辐射能量波动的影响,因此,建立塔式光热电站的性能模型,分析电站运行特性,对塔式光热电站的设计与运行优化具有指导意义。本研究从塔式光热电站的性能模型建模和运行特性分析两方面开展工作,主要研究成果包括:(1)基于圆环交替布置方法,生成定日镜场的布置,根据光线追迹法,建立定日镜场聚光子系统模型,计算镜场效率;根据圆柱形吸热器的传热机理,建立了吸热器集热子系统模型,得到了吸热器出口传热介质的温度;基于双罐熔融盐储能系统的工作模式,建立了储能系统储放热模型;建立了带有二级抽汽回热循环的动力岛系统模型,计算电站的输出功率。(2)通过模块化建模的手段,结合子系统模型,建立了塔式光热电站机组整体性能模型,并以某50MW塔式光热电站作为仿真对象,将仿真结果与美国NREL开发的SAM软件仿真结果进行了对比,验证了模型的准确性。(3)在塔式光热电站性能模型的基础上,针对定日镜聚光系统,分析了不同辐照条件、聚焦策略和镜面反射率对机组运行特性的影响;针对吸热器集热系统,分析了传热介质种类、吸热器进出口传热介质温度、吸热器内部传热介质流动方式对机组运行特性的影响;针对储能系统,分析了储能时长对机组运行特性的影响;针对动力岛系统,分析了汽轮机背压对机组运行特性的影响。根据这些关键参数对机组运行特性的影响分析,在塔式光热电站的设计与运行方面提出了相应的优化措施。

关键词：太阳能热发电塔式光热电站性能模型运行特性

国内外大型塔式光热电站吸热器安装技术研究应用

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武汉大学学报（工学版） 2021年第S01期54卷 101-108页

作者：范旭平中国能源建设集团天津电力建设有限公司天津300180

太阳能光热发电是当前全球能源科技和产业发展的重要方向,是国际能源领域具有巨大发展潜力的朝阳新兴产业,发展光热发电对调整世界能源结构、推进能源生产、促进生态文明建设具有重要意义。当前国际光热电站的主流形式分为塔式和槽式两... 详细信息

太阳能光热发电是当前全球能源科技和产业发展的重要方向,是国际能源领域具有巨大发展潜力的朝阳新兴产业,发展光热发电对调整世界能源结构、推进能源生产、促进生态文明建设具有重要意义。当前国际光热电站的主流形式分为塔式和槽式两种,其中熔盐介质塔式光热电站以高聚光比、超高压、高温度为主要特点,具有很好的光电转化效率和汽机热电效率。在塔式光热电站的建设中,吸热塔区是整个电站建设的核心区,而核心部件-吸热器(MSR)的安装也成为了整个塔式光热电站的核心工作,本文列举分析了近年国内外典型的商业化塔式光热电站的吸热器安装技术方案,对比了国内外吸热器安装技术的异同点,由于当前光热建设项目数量并不多,可为今后商业化塔式光热电站建设提供借鉴。

关键词：塔式光热电站吸热塔熔盐吸热器液压提升装置

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塔式光热电站储热系统容量优化配置

电气技术 2018年第11期19卷 37-42,54页

作者：毛维宙陆华军单宝奇南京磐能电力科技股份有限公司南京210061 河海大学能源与电气学院南京210098

储热系统是塔式光热电站的重要组成部件,其容量大小一般用储热时间来描述。储热时间是储热系统所能储存的热量可以供汽轮发电机组在额定工况下运行的最大时间。目前已建的塔式光热电站的储热时间取值比较随意,未考虑其对电站经济效益的... 详细信息

储热系统是塔式光热电站的重要组成部件,其容量大小一般用储热时间来描述。储热时间是储热系统所能储存的热量可以供汽轮发电机组在额定工况下运行的最大时间。目前已建的塔式光热电站的储热时间取值比较随意,未考虑其对电站经济效益的影响,本文提出了一种考虑综合经济效益对电站储热时间进行优化的方法,以在我国西部某地区建设50MW塔式光热电站为例,使用该地区的实际地理气象数据,建立了塔式光热电站的能量转换效率模型及经济性评价模型,以平准化度电成本最低为优化目标,分别得到了太阳倍数分别为1.8和2.4时电站的最优储热时间取值,分析了在一定太阳倍数下,储热系统容量对电站经济效益的影响,并分析了储热系统容量对电站年容量因子的影响。

关键词：塔式光热电站储热系统储热时间平准化度电成本