太阳能塔式热发电聚光场的光学性能分析

提出了一种动态模拟太阳能塔式热发电聚光场焦斑及焦面上能流密度分布的方法,采用光线追迹法对聚光过程进行建模,推导了焦斑计算公式,并编制了基于MATLAB的应用程序,实现了对焦斑及焦面上能流密度分布的实时模拟,给出了焦斑分布及焦面上任意点能流密度随时间的变化曲线.

塔式太阳能热发电站吸热塔的电气系统设计要点分析

通过对塔式太阳能热发电站吸热塔的负荷特性和电气设备布置进行分析,并对吸热塔电气系统的接线方案及盘柜布置要点进行了总结。分析结果表明:1)根据吸热塔负荷需求,推荐采用电动机控制中心(MCC)就地布置和不间断电源(UPS)综合利用的设置原则,并给出了典型的电气设备布置方案及影响其布置的因素;2)根据吸热塔的结构特点及检修需求,确定了吸热塔电气配电室内电气盘柜采用“上进上出线”的方式、电缆采用竖向电缆通道及单层梯式桥架多排敷设的方案;3)根据电缆铠装型式及特点,建议塔内动力电缆选用钢丝铠装。该设计方案可有效提高塔式太阳能热发电站吸热塔电气系统的合理性、可靠性及运行检修维护的便利性,对电气系统的设计具有重要的参考意义。

塔式太阳能热发电站的定日镜无线控制自持系统研究进展

太阳能热发电技术受益于热能的可存储性,相较于光伏发电技术,其具备更好的调峰、调度及储能能力。综述了国内外在塔式太阳能热发电站的定日镜无线控制自持系统方面的研究进展,在无线控制系统方面,从安全性、传输距离及经济性角度重点比较了ZigBee、射频、蓝牙、Wi-Fi等无线通信技术,以及星型、树状、网状、环状等不同网络拓扑结构;在自持系统的供电方式方面,对光伏组件的不同安装方式,以及储能电池的类型选择和使用寿命预测进行了详细阐述。此外,简要论述了塔式太阳能热发电站的定日镜无线控制自持系统未来技术发展需考虑的方向。为塔式太阳能热发电站的定日镜无线控制自持系统的设计和优化提供了全面的分析和建议,以期为太阳能热发电技术的发展和应用提供参考。

塔式太阳能热发电站冷盐泵振动机理及处理方法

针对塔式太阳能热发电站共性存在的冷盐泵振动问题,对塔式太阳能热发电站的冷盐泵支撑平台结构形式进行了分析,剖析了振动机理,发现了振动原因,并提出了“治标”方案和根本解决方法。研究结果表明:由于熔盐动能和动量很大,熔盐运行系统中较多的弯道导致流体在流动时产生巨大冲击力,是形成振动的激振源;同时,冷盐泵所处的悬臂梁结构支撑平台存在刚度差的问题,容易导致冷盐泵与平台设备的整体晃动。从设计角度减少弯道数量并增加支撑平台刚度是解决振动问题的有效手段,可对塔式太阳能热发电站的设计和安全运行提供帮助。

迪拜100 MW塔式太阳能热发电站的大气衰减率测量与分析

为缓解大气颗粒物浓度偏高地区的大气衰减对塔式太阳能热发电站发电量的影响,利用Ecotech Aurora 3000型浊度计在迪拜100 MW塔式太阳能发电站进行大气衰减率测量试验,对测量结果进行一系列的数据处理与统计学分析。试验结果表明:平均环境温度越高,大气衰减也越严重。试验得到的大气衰减率日平均值、月平均值和整个试验周期内的平均值,以及相应的变化趋势,可为塔式太阳能热发电站提供参考。在大气衰减率较高的月份,可预先考虑适当补偿太阳辐射量损失,以保证发电机组输出功率要求。

熔盐塔式太阳能吸热器传热特性计算模型研究进展

熔盐塔式太阳能热发电技术是目前国际主流的光热发电技术,熔盐吸热器作为将太阳能转换为热能的核心设备,其性能直接影响系统发电效率,吸热器安全性影响电厂运行小时数。因此,建立熔盐吸热器传热模型,获得准确的传热特性十分重要。对主流的外置圆柱式熔盐吸热器的传热计算模型进行了系统梳理,总结了传热模型中投入辐射能、辐射热损失、对流热损失及熔盐得热量的计算过程及基本方法。根据计算结果的精细程度,吸热器传热模型分为详细模型和简化模型。详细模型的计算精度高,能细致反映实际能量转换过程,但计算成本较高,瞬态过程计算耗时多,但其特定工况的计算结果可为简化模型提供计算结果的验证参考。简化模型是对描述熔盐吸热器传热特性的理论模型做合理简化,在较为准确地完成计算的同时具备较快的计算速度,多用于吸热器设计阶段。通过各模型特点及性能的总结对比,可为熔盐吸热器热性能计算过程的传热模型选择提供技术指导。

基于CO_(2)混合工质动力循环的塔式太阳能热发电系统四季性能分析

为高效转换塔式太阳能系统的聚光热量,将混合工质(CO_(2)/R290、CO_(2)/R600a和CO_(2)/R601a)应用于再压缩动力循环,建立塔式太阳能热发电系统的热力模型,并基于典型日(春分、夏至、秋分、冬至)的辐照条件对系统热力性能进行分析比较。结果表明:在混合工质不可燃的质量分数范围内,随着CO_(2)质量分数的增加,3种混合工质的系统热效率、效率和发电量均先升高后降低,最优质量分数分别为0.7/0.3、0.8/0.2和0.8/0.2。在3种混合工质中,CO_(2)/R290(0.7/0.3)的系统性能最佳,春分的系统热效率为18.99%,发电量为17.1 MWh。在不同典型日下,夏至系统热效率和效率略低于冬至,但其发电量最高。基于3种混合工质探究透平进口温度、循环最低温度、高温熔盐温度和分流比对系统性能的影响,结果表明,系统存在最佳分流比使热效率和发电量最高,相应分流比的范围为0.70~0.75。

135 MW_(e)塔式太阳能热发电站全生命周期碳排放研究

以中国西北地区135 MWe塔式太阳能热发电站(太阳直接辐射量为2015 kWh/m2,年均光电效率为14.9%,储热时长为11.2 h,全生命周期为25年)为研究对象,基于全生命周期评估方法,通过研究边界定义、清单统计,计算得到该电站全生命周期4个阶段的度电碳排放量,并对结果进行分析。结果显示:1)该塔式太阳能热发电站的全生命周期度电碳排放量为22.7 gCO_(2e)/kWh,处于国内外同类电站度电碳排放量(22~35 gCO_(2e)/kWh)的低位水平,折合到单位镜场面积的度电碳排放量为1.56×10^(-5)gCO_(2e)/(kWh•m^(2))。2)在该塔式太阳能热发电站全生命周期4个阶段中,设备、材料制造阶段的度电碳排放量最高(占比约为87.4%),运营维护阶段次之(占比约为7.2%),废弃处置阶段位列第3(占比约为3.3%),建设安装阶段最低(占比约为2.1%)。3)当新增的百兆瓦级塔式太阳能热发电站发电量替代全国火力发电发电量的1%~20%时,年碳减排量可达0.49亿~9.78亿t。由此可知,塔式太阳能热发电站具有极大的碳减排能力及环保效益。

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。

基于改进鲸鱼算法的太阳能热发电站镜场优化布置

针对塔式太阳能热发电系统中定日镜布局优化问题,以无遮挡(EB)布局模型为基础,建立光热电站定日镜场光学效率模型,通过与SolarPILOT对相同坐标数据的定日镜场进行效率计算,证明光学效率建模的准确性。通过在种群初始化时加入Kent映射,在迭代过程中添加动态双子群收敛因子、自适应精英非均匀变异、自适应惯性权重得到混合策略鲸鱼优化算法,同时引入非支配排序和拥挤度计算使算法适用于多目标优化问题,最后结合Gemasolar电站的数据以单目标和双目标分别优化EB布局中的关键参数(方位间距因子和极限重置因子),得到最优布局方案。

塔式太阳能吸热器表面热流密度预测及优化

以塔式太阳能聚光集热系统为研究对象,耦合蒙特卡洛光线追踪法和卷积法,通过综合考虑定日镜阴影和遮挡因子以及反射光束对热流密度的影响,建立一种精度高、计算量小的吸热器表面热流密度分布预测数学模型,获得考虑光线遮挡、余弦损失、溢出损失及大气衰减等因素时单定日镜及全镜场下的光迹追踪路线及热流密度分布规律。并根据镜场光学效率与镜面所处的位置关系提出一种镜场布局优化方式。优化后12:00时镜场的光学效率从43.5%提高到45.6%,日平均光学效率提高约2%,太阳热流密度分布更加均匀。

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。

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。

塔式太阳能热发电全寿命周期成本电价分析

塔式太阳能热发电是全球新能源近年发展的新亮点之一,成本电价高是制约其发展的主要原因。文中给出了塔式太阳能热发电站成本电价计算的全寿命周期模型,并结合建造成本、运营维护成本及发电量的预测,对影响成本电价的因素逐一分析,测算了中国塔式太阳能热发电站的预期成本电价。重点从材料、加工和安装运输3个维度对定日镜成本的变化趋势进行了分析。计算结果表明,成本电价随产能规模、单机装机容量及技术工艺因素的发展而下降,其中产能规模作用最为明显。

塔式太阳能热发电站中的定日镜跟踪装置研制

针对塔式太阳能热发电站中定日镜跟踪装置通常采用开环控制方式,存在跟踪精度低、累积误差大等缺点,该文介绍了一种采用双轴传动机构的新型跟踪装置硬件设计、工作原理和控制策略。该装置的控制系统采用开–闭环结合的控制方式,以DSP(TMS320F2812)作为控制器,与发送太阳位置信息和控制命令的监控计算机实时通信。实验结果表明,该跟踪装置设计合理,运行稳定,反应速度快,实时跟踪精度优于3.5mrad,超调量小于3.2%,实现了定日镜的实时精准跟踪。

双级蓄热与双运行模式的塔式太阳能热发电系统

提出了双级蓄热和双运行模式的塔式太阳能热发电新系统,模拟分析了新系统性能特性,同时利用EUD(Energy-Utilization Diagrams)分析方法揭示出关键过程中热能梯级利用与节能机理。双级蓄热系统流程比较好地解决了常规系统在能量蓄存和释放过程中火用损失大的问题,同时双运行模式为缓解太阳能不连续性的缺陷提供了新手段。在相同蓄热量的条件下,新系统的蓄热子系统独立运行的发电增加率为38.1%,研究成果为开发高效、低成本的塔式太阳能热发电系统提供新途径和理论支撑。

塔式太阳能热发电吸热器技术研究进展

近年来,塔式太阳能热发电技术得到了迅猛发展,大量实验和运行数据充分证明了其技术可行性和商业应用前景。文中较系统的回顾了塔式太阳能热发电系统吸热器技术的发展历程及现状,对应用较为广泛的熔盐吸热器、空气吸热器及水/蒸汽吸热器作了详细的分析,并展望了我国开展塔式太阳能热发电应用研究的发展方向。

塔式太阳能热发电中定日镜无光线位置传感器跟踪控制及误差消除

提出一种无需太阳位置传感器和投射光线传感器的定日镜控制技术,用数学手段对镜体的位置进行计算,结合高精度伺服电机实现光斑的正确投射。理论上无传感器控制并不是一种无静差控制,在实际工程应用中应尽量将静态误差在控制环节中用算法消除。提出几种在实际中影响较大的误差消除算法,并在八达岭太阳能热发电实验电站对该方案进行验证。

塔式太阳能热发电站圆月夜聚光实验研究

在塔式太阳能热发电系统中,吸热器采光面上的聚光能流密度分布的测量对优化整个系统的光热性能有着重要意义。本文提出一种基于月光聚光信息的塔式电站定日镜场聚光能流密度分布的间接测量方法。主要介绍2018年9月24日晚在延庆塔式电站开展的两种对月聚光实验:一种是通过塔上布置的照度计标定电荷耦合元件(charge-coupled device, CCD)相机拍摄的光斑图像,得到定日镜场聚光光斑的照度分布;另一种是使聚光光斑扫描过照度计,得到不同时刻的照度计数值,通过高斯拟合得到聚光光斑的照度分布。将聚光光斑的照度分布与月光测光站测得的月光法向直射照度对比,得到塔上聚光光斑的相对能流密度分布。实验结果表明,通过月光聚光实验,可以得到塔式电站的聚光光斑的相对能流密度分布(即聚光比分布),为后续依据太阳和月亮之间的亮度分布关系,转换为日光聚光能流密度分布提供实验数据支持。

塔式太阳能燃气轮机循环热发电技术研究

介绍了塔式太阳能热发电系统的组成,提出了太阳能燃气轮机循环热力发电原理,分析了太阳能燃气轮机循环热力发电热力学系统功率与效率.