集成塔式太阳能的新型超临界压缩二氧化碳储能系统性能分析

随着可再生能源快速发展,储能技术在实现可再生能源大规模并网中起着至关重要的作用。与压缩空气储能系统相比,压缩超临界二氧化碳储能系统具有体积小、储能密度高的优势。该文提出集成塔式太阳能的简单回热压缩循环和再压缩循环的两种超临界压缩二氧化碳储能(supercritical compressed carbon dioxide energy storage,SC-CCES)系统,并进行热力学分析和经济性分析。相较于集成塔式太阳能的SC-CCES参比系统,集成塔式太阳能的简单回热压缩和再压缩循环SC-CCES系统更有利于提高太阳能利用率,其光电转换效率分别为23.56%和28.77%,分别比参比系统高出2.63%和7.84%。提高储能压力和释能压力都可以有效提高系统的能量效率、光电转换效率、㶲效率和单位体积储存能量。此外,集成塔式太阳能的再压缩SC-CCES系统具有较好的经济性能,动态投资回收年限约6到7年,20年净现值(net present value,NPV)为23456.16×10^(3)美元,比耦合简单回热压缩系统高7956.69×10^(3)美元,内部收益率(internal rate of return,IRR)为17.55%。

塔式太阳能光热发电站设计标准国际化实现路径

文章依托国家标准GB/T 51307—2018《塔式太阳能光热发电站设计标准》和IEC国际标准IEC 62862—4—1《塔式太阳能光热发电站设计总体要求》的编制实践,从技术储备、项目立项、项目组工作、中方编制团队和编制内容等方面系统总结IEC标准编制关键工作。在此基础上,分析提出我国塔式太阳能光热发电站设计标准国际化实现路径,具体包括以系统性思维推进前期技术研究、发挥专题研究的技术支撑作用、统筹兼顾共性与差异性、标准与工程实践互馈,以及完善工作机制,以期为我国相关单位和机构主导研制IEC标准提供实践经验。

塔式光热电站设计国家标准与IEC标准的对比研究

2018年我国发布了国内首部国家标准GB/T 51307—2018《塔式太阳能光热发电设计标准》,2022年发布了世界首部国际标准IEC 628624-1《塔式太阳能光热发电设计总体要求》。文章介绍两部标准的主要技术内容,梳理分析两部标准在主要内容上的差异,包括接入系统、太阳能资源评估、汽轮机系统、水处理系统、信息系统和电气系统,为设计工程师提供了有用的依据,相关结论也可为其他国际标准编制的工作思路提供参考。

塔式太阳能光热电站发电区总平面布置及优化

文章选取国外13个、国内8个已建成的塔式太阳能光热电站和近两年正在前期阶段或正在实施的6个国内项目,利用跨平台地图浏览软件进行塔式光热电站发电区总平面布置及优化研究。针对发电区呈圆形布置造成的局部空地较多的问题,采用“切一刀”的方式进行初步优化,采用“切几刀”的方式进行深度优化,使得塔式太阳能光热电站发电区平面布置更为合理、紧凑,功能分区明确,工艺流程更加顺畅,土石方量和工艺管线短截,从而达到节约用地、节省项目投资的效果。

太阳能塔式热发电站熔融盐吸热器过热故障的影响因素分析

在塔式太阳能热发电站中使用熔融盐作为换热工质,有利于提高电站整体运行效率,但高温下运行的吸热器易发生过热故障,对吸热器的结构与熔融盐都会造成破坏。为了找出过热发生的主要影响因素,利用计算流体力学数值模拟软件,对吸热器及换热工质各项参数进行温度的敏感性分析。分析结果表明,决定吸热器圆管及内部工质局部温度的变量主要有4个,分别为辐照能流极大值qmax、吸热器圆管壁厚δ、熔融盐工质的流速u与流体平均温度tf,并进一步分析了这4个变量对温度的影响趋势及各自原因。这一结论有助于吸热器运行时进行局部过热的预测。该文还提出了将其用于判断吸热器过热的方法。

新型塔式太阳能热发电系统集成研究

基于我国发展塔式太阳能的实际情况和能的综合梯级利用思路,提出一种新颖的太阳能塔式热发电系统。新系统采用双级蓄热技术,分级存储不同品位的太阳能;同时具有多种运行模式,可以灵活地切换。模拟计算表明,1MW塔式太阳能热电站的峰值太阳能发电效率为10.6%,年平均发电效率为5.1%。研究表明,合理的运行模式和系统的规模化是提高太阳能热发电系统性能的关键所在。该文研究结果为我国塔式太阳能热发电提供了新的思路和方案。

基于DSP的定日镜跟踪控制系统研究

研制了一种用于塔式太阳能热发电站中定日镜的新型跟踪控制系统,该系统采用开-闭环结合的控制方式,以DSP2812为控制器,并针对定日镜谐波传动机构在控制过程中其参数在一定范围内具有'自相似性'的特性,系统采用了复合式分段控制算法,即:在开环时输出脉冲常量快速定位,在闭环粗调时采用增量式数字PID算法,在闭环精调时利用分形修正的PID算法,最终实现定日镜的精准跟踪。经测试表明,该系统跟踪精度优于3.5mrad,25度阶跃响应常数小于103ms,超调量小于3.2%,半振荡次数小于2次。该文主要成果已在国家863计划重点项目示范基地中经过现场测试检验。

塔式太阳能电站中定日镜集群的追日控制

针对近地定日镜是塔式太阳能热发电系统中关键部件。现有的控制方案很难适应大规模定日镜集群的高精度追日跟踪控制需求。根据定日镜的运动机理建立了其非线性的运动模型,基于精确的太阳轨迹计算,提出了基于太阳光参照系统的定日镜运动轨迹的采集,进一步利用非线性优化获得运动轨迹的最佳拟合,以实现定日镜运动方程模型参数的在线校正,克服由于定日镜存在制造、安装上的离散性,定日镜转动机构的磨损、环境和季节的变化引起的追日跟踪精度的漂移问题,以达到定日镜精确追日跟踪控制和预期的聚光集热效率,理论仿真计算验证了方法的有效性。

太阳能塔式电站镜场对地面的遮阳分析

分析了拟建于北京市延庆县的1 MW太阳能塔式电站定日镜场对地面的遮阳情况.采用光线追迹计算了定日镜对地面的阴影.为了精确计算镜场对地面的阴影面积,提出了相邻镜面间阴影率的计算方法,并推导了计算公式.提出了在一段时期内地面日照时间分布的统计方法.使用MATLAB编程模拟了镜场对地面的阴影以及地面日照时间分布情况,并能够绘制任意时刻地面阴影图和任意时期内地面日照时间分布图.

塔式太阳能热发电太阳倍数及储热时长优化研究

针对配备分离式吸热器的50 MW直接蒸汽(DSG)塔式太阳能电站,通过建立塔式电站系统耦合模型和经济性评价模型,探究太阳倍数和储热时长对其运行性能和标准发电成本(LCOE)的影响。结果表明:对于设计工况,当太阳倍数从1.0增加到3.0时,定日镜场光学效率随着太阳倍数的增加而降低,由67.8%降至62.3%,分离式吸热器热效率则基本不发生变化,朗肯循环效率也稳定维持在40.6%;对于年评价因子,电站年发电量和年容量因子均随着太阳倍数和储热时长的增加而增加;经优化计算,电站最低LCOE为0.214$/(k W·h),太阳倍数为2.7,储热容量为9 h,年容量因子为0.501,年发电量为219.5 GW·h;在最低LCOE下计算电站的月性能,发现提高太阳法向直射辐射强度(DNI)有利于提高容量因子和发电量。

塔式太阳能发电多孔介质吸热器传热研究

为研究多孔介质结构参数对塔式太阳能多孔介质吸热器传热传质特性的影响,建立容积式吸热器稳态传热模型,在总结一般多孔介质容积换热系数模型的基础上,利用实验数据提出针对太阳能多孔介质吸热器的容积换热系数模型,并与实验数据进行比较,验证了所提模型的可靠性。采用数值方法对吸热器传热模型进行求解,并分别分析孔隙率、平均颗粒直径、厚度与入口空气速度对温度场的影响,为同类型太阳能吸热器的设计和改造提供了参考。

塔式太阳能热发电站故障诊断专家系统的研究

为了确保塔式太阳能热发电系统的稳定运行,减少电站事故的发生,缩短故障后的处理时间,使用VisualC++和CLIPS开发了塔式太阳能热发电站故障诊断专家系统。结合塔式太阳能热发电系统征兆和故障的特点,提出了采用基于规则的模糊专家系统对其进行诊断。该专家系统通过检测现场数据及参数库,得出故障初始征兆,然后结合规则库中的知识,通过模糊推理机制,诊断出可能出现的故障。诊断结论用故障的可信度和趋势图来表示。利用ACESS数据库对故障情况进行了模拟,诊断实例验证了该系统的可行性和正确性。

内可逆热机太阳能塔式电站的热经济优化

实际的塔式太阳能热动力系统中,塔接收器的对流与辐射损失以及系统各换热器的传热热阻等不可逆过程总是存在的,在考虑这些因素条件下,建立塔式太阳能热动力系统的理论模型。以单位投资成本的产功量最大值为目标函数,分析系统的投资构成对系统经济性的影响。分析接收器工作温度、聚光比、内可逆热机的效率以及聚光器成本比例等参数对系统经济参数的影响,给出系统最经济工作条件。结果表明,合理选择接收器工作温度和内可逆热机效率都可让目标函数取最大值。在给定接收器表面温度和内可逆热机效率的情况下,聚光比和聚光器成本比例增加有利于提高系统的经济性。

1MW塔式太阳能电站蓄热系统模拟分析

以1MW塔式太阳能电站蓄热系统为研究对象,通过理论分析,建立了管壳式换热器、热罐、冷罐以及蒸汽蓄热器的动态数学模型,经验证模型具有合理性。在此基础上对蓄热系统的充、放热过程进行了模拟计算,分析研究了换热器A和C的动态特性、冷热罐内油温的动态变化以及蒸汽蓄热器的充、放热特性。模拟结果为双级蓄热系统的过程控制提供了理论依据。

塔式太阳能与燃煤互补复合发电系统技术经济性分析

提出塔式太阳能与燃煤机组复合发电系统的优化集成方案,建立复合发电系统技术经济性评价的分析计算模型,以330 MW机组为例,对3种集成方案的技术经济性进行模拟计算。结果表明,塔式太阳能与燃煤机组复合发电系统的热功转换效率高于纯塔式太阳能低于燃煤机组,通过单方案判断、多方案比选和财务盈利能力的分析得出,塔式太阳能产生的蒸汽引入燃煤机组主蒸汽是较理想的选择,其热功转换效率约为42.8%,太阳能净发电成本为2.68$/k Wh。

太阳能电站分布式控制系统的研究与应用

根据DCS发展趋势,提出了一种塔式太阳能热发电站分布式控制系统的总体方案以及其各子单元应实现的控制功能,并设计了分布式控制系统的网络结构和主要控制单元的控制策略.该成果已应用于塔式太阳能热发电站的控制系统中.

基于超临界CO_2布雷顿循环的塔式电站热性能分析

超临界CO_2(S-CO_2)作为传热流体具有无毒、廉价、无上限温度限制等优点,近年来受到国内外学者青睐。使用S-CO_2作为传热和工作流体直接用于S-CO_2布雷顿循环发电,既能消除昂贵的中间换热器,减少使用硝酸熔盐带来繁重的防冻保护,降低电站初投资,又能提高电站效率。使用MATLAB编程软件建立塔式太阳能热发电系统的能量和火用分析模型,分析不同直接太阳辐射能(DNI)、吸热器出口温度、循环压比及部件效率等对电站性能的影响。并将其分析结果与常规再热蒸汽朗肯循环和熔盐为传热流体的S-CO_2布雷顿循环塔式电站进行对比。结果表明:电站效率主要受当地的DNI影响较大;为了获得更高效率,需要增加吸热器出口流体温度;在动力循环设备中,相比于压缩机,膨胀机效率对动力循环以及电站效率影响较大;使用S-CO_2作为传热和工作流体的塔式电站具有更高的电站效率,较常规再热蒸汽朗肯循环及熔盐为传热流体的布雷顿循环电站热效率分别高3.42%和1.04%。

塔式太阳能热发电技术及其在我国的应用前景分析

介绍了塔式太阳能热发电的结构原理、关键技术,并结合国内外相关研究的基础上,针对中国的能源情况和自然资源情况,论述了我国发展塔式太阳能热发电的必要性和可行性,并对我国发展塔式太阳能发电技术进行风险分析,提出相关建议。

塔式光热电站定日镜的鲁棒自适应控制算法

塔式光热电站定日镜伺服跟踪控制系统是典型的高阶非线性系统,传统PID控制器无法完成精确的跟踪控制。提出一种基于RBF神经网络的塔式光热电站定日镜鲁棒自适应动态面控制方法。采用自适应RBF神经网络动态面控制技术解决传统反步法中的"微分爆炸"及系统中存在未知参数和不确定项的问题,简化系统控制律设计。通过在控制器设计过程中引入滑模面,在提高系统鲁棒性的同时,加快系统的响应速度。通过设计误差转换函数和跟踪性能指标函数,引入一个新的误差变量,使得系统跟踪误差满足预先设定的性能指标。通过Modeling Tech电力电子仿真实验平台进行半实物实验验证,实验结果表明提出的自适应定日镜控制方案具有良好的跟踪性能,并且能够保证系统跟踪误差始终控制在预先设定的范围之内,满足预先设定的性能指标,验证了控制方案的有效性。最后通过现场测试实验,取得了良好的控制效果。

塔式太阳能热发电定日镜控制系统的设计与应用

从单面定日镜的控制原理和控制方法出发,提出了塔式太阳能热发电定日镜控制系统的整体设计和基本构架,实现了定日镜控制系统的网络通讯功能。并以200面定日镜为例,通过系统测试和实验验证,表明了该设计的可行性。