浅析光热电站槽式集热器光学设计方法

基于槽式太阳能集热器“太阳辐照能流”的传递流程,搭建光线在集热器的反射镜(考虑集热器钢构支撑精度和跟踪精度)到集热管的能量传递计算模型和公式组;通过分析公式中的“变量因素”对集热器光学性能的影响,归纳出关键变量(抛物线面型变量,能流变量和拦截率变量)。梳理具有商业化项目业绩和符合未来技术发展趋势的集热器样本方案,通过多变量下相关因素的矩阵式关联计算,开展不同方案的光学性能分析,梳理出集热器光学设计的优化要素。

槽式太阳能热发电站中槽式集热器桩基础的施工工艺研究

以某槽式太阳能热发电站的集热场施工工程为例,在国内尚无相关成熟施工工艺的现状下,针对槽式集热器桩基础施工工程量大,以及地脚螺栓施工精度高、工期紧的特点,对槽式集热器桩基础及地脚螺栓安装、固定的施工工艺进行了研究。在满足工程实践需求的前提下,从桩基础点位测量、桩基础成孔、钢筋笼的制作与安装、地脚螺栓固定架的设计和制作、地脚螺栓的安装及固定、混凝土浇筑等各方面对槽式集热器桩基础施工工艺流程进行了多次论证和现场实际验证,最终提出了一套独特的槽式太阳能热发电站中槽式集热器桩基础的施工工艺。通过实际工程验证,该槽式集热器桩基础施工工艺有效控制了地脚螺栓的施工质量,从而确保了槽式集热器的安装精度,并在大幅加快现场施工进度的基础上满足了工程的施工要求。该施工工艺可广泛应用于其他大规模槽式太阳能热发电站的槽式集热器桩基础施工中。

槽式集热器真空集热管传热特性研究

通过分析太阳能槽式集热器真空集热管的热性能,建立了槽式集热器真空集热管稳态传热模型,通过和典型实验数据对比,验证该模型的适用性和准确性。在此基础上,分析在无光照条件下,吸热管内壁温度、环境温度、风速和集热管残存气体种类等因素对集热管热损失的影响。结果表明:吸热管内壁温度的升高会增大玻璃管外壁温度和集热管热损失;环境温度和风速对玻璃管外壁温度有显著影响,但对热损失的影响甚微;吸热管与玻璃管之间以辐射传热为主,对流换热受环形区域残存气体种类和压力的影响。

槽式集热器真空管安装装置

在槽式集热器安装过程中,因集热管脆弱,在运输、安装过程中,很容易因为受力不均导致集热管损坏,要十分小心细致,安装进度缓慢,传统的集热管焊接方式为手工焊接,无法实现自动化焊接,鉴于以上情况,公司根据现场实际工况,通过一系列的实验,研发出槽式集热器真空管运输及安装的装置以及集热管的焊接对口装置,能够实现运输平稳、安装便利,实现了自动化焊接,打破了有着多年施工经验的西班牙阿本格(ABG)公司手工焊接的传统,大幅度提升了焊接合格率(70%提升至99%),大幅度提高了施工效率,得到阿本格(ABG)公司和业主方的高度赞扬。

DSG太阳能槽式集热器动态特性

采用数值模拟方法,分析了以水/水蒸气为工质的DSG槽式集热器的动态流动与传热特性。首先建立了管内流体的一维多相流动与传热模型,并利用差分法对该模型进行求解,计算结果与现有文献数据吻合较好。分析了稳态条件下,集热器出口流体工质参数受太阳辐射强度、流体质量流量、入口温度和入口压力的影响规律。在动态分析中,研究了辐射强度变化所导致的出口参数变化特性。从阶跃响应和脉冲响应的分析中得出,虽然热惯性存在,但短期的辐射强度波动对出口温度仍有较大影响,但对出口压力的影响较小。辐射波动将对一次直通DSG系统出口温度产生很大波动。

抛物槽式集热器太阳入射角的计算

针对抛物槽式集热器布置和跟踪方式容易混淆及太阳入射角计算公式不统一的问题进行研究,通过明确定义集热器的跟踪方式,采用理论推导和数值模拟相结合的方法,检验相关文献中集热器太阳入射角计算公式的可靠性,计算不同跟踪方式下北纬40°集热器两至日的太阳入射角。分析结果表明,除跟踪方式归类不同外,相关文献中有关抛物槽式集热器太阳入射角的计算公式基本可靠。集热器的跟踪方式不同,太阳入射角的变化规律也不同,即集热器所获得太阳直射辐射能也不同。由此,可根据集热用途来确定集热器的布置跟踪方式。

太阳能槽式集热系统动态传热特性

采用数值模拟方法研究了太阳能槽式集热系统的动态传热特性。建立了管内流体的一维传热模型,并进行了检验,计算结果与实验结果符合较好。采用该模型,该文首先分析了恒定辐射强度下,集热特性受入口温度、环境温度、流体质量流量以及风速的影响规律。然后,研究了辐射强度变化情况下的出口参数动态变化特性。得出:集热管出口温度的变化由于热惯性的影响滞后于辐射强度的变化,对于短期的辐射强度波动,出口温度变化较小,系统可不考虑加入额外的能量。对于全天辐射强度变化,集热管出口温度受辐射影响较大,尽管可忽略短时辐射强度波动的影响,但为维持系统正常运行,蓄热或额外的燃料供应是必须的。

槽式集热器吸热管外混合对流换热数值模拟

本文总结了太阳能抛物槽式集热器吸热器玻璃管外对流换热的影响因素。在Shiraz 250 kW槽式太阳能热发电系统集热器结构基础上,采用最佳口径比,设计了几种结构参数不同且具有典型意义的集热器;并对所设计不同集热器结构及位置因素影响下的吸热管外混合对流换热进行了数值模拟。模拟结果表明:吸热管外混合对流平均换热热损失随集热器距地距离增大而增大,但增幅越来越小;随集热器两半反射器间间距增大而减小。而不同结构参数下混合对流换热热损失,主要受到风流在不同运行方位下由于集热器阻滞所形成的风流压力场及速度场的影响,且随结构参数呈一定趋势变化。在此基础上进一步可研究吸热器复杂耦合传热过程。

槽式集热系统流速及布置优化

通过对槽式太阳能集热器结构及能量转换过程特性的研究,建立了基于多热容变物性的集热器动态仿真模型,并由LS-2型槽式集热器实验数据进行了验证.在仿真平台上结合泵、阀门等模型组建起集热系统仿真模型,并根据SEGS-VI的电站实际运行数据进行了对比验证.在此基础上,分析研究了系统的集热效率和所消耗总泵功随太阳辐照量及导热油流速的变化,得到了不同工况下集热系统的最优折合效率、导热油最佳流速和单支路最优长度.结果表明:在相同的导热油进、出口温度下,太阳辐照量越大,集热系统最优折合效率越高,当太阳辐照量从500 W/m2升至1 000W/m2时,导热油最佳流速从2m/s变化到3m/s;在同一太阳辐照量下,系统最优折合效率随导热油工作温度的升高而降低.

DSG太阳能槽式集热器聚光特性模拟

在槽式集热器光学理论的基础上,以DSG太阳能槽式真空集热器为研究对象,建立DSG集热器模型,并运用蒙特卡罗光线追踪法进行辐射计算及分析.通过研究集热器几何聚光比和边界角对集热器吸热管表面圆周方向热流密度分布的影响,获取了集热器的聚光特性.结果表明:计算结果与文献数据吻合良好;随着几何聚光比的增大,吸热管表面圆周方向的热流密度分布趋势不变,数值相应增大;随着集热器边界角的减小,热流密度的最大值增大,热流密度的分布曲线向圆周角-90°方向偏移相应的角度.

基于槽式集热器中抛物线的量化分析模型

针对带有管状接收器的槽式集热装置中所采用的抛物线,运用锥体光学法结合太阳形状模型对选择抛物线所需考虑的光学聚光比、光学利用率、误差造成影响的程度、所需镜面的材料以及镜面所承受的最大曲率等方面进行研究.结果表明:临界聚光比最大值为68.45;聚光比的理论最大值为215;所设计的集热器相对于传统集热器误差影响系数降低8.2%,曲面长度系数增加16.8%,曲率半径系数降低10.6%;所建立的模型可指导实际设计中选择合适的抛物线方程.

水平布置方式下抛物槽式集热器辐照量分析

采用适用于中等纬度的Hottel晴天太阳辐射模型,对地处北纬41.34°,水平布置方式下的抛物槽式集热器夏季和冬季的辐照量进行了计算。计算结果表明：水平南北布置的抛物槽式集热器在夏季接收的太阳辐射较多,月辐照量可达1 GJ/m2,而冬季接收的太阳辐射较少,月辐照量为0.3～0.45 GJ/m2,且冬至日辐照量仅为夏至日辐照量的1/4左右;水平东西布置的抛物槽式集热器夏季月辐照量在0.75 GJ/m2左右,而冬季月辐照量为0.5 GJ/m2左右,冬至日辐照量可达夏至日辐照量的1/2以上。由此可见,在北纬41.34°地区应用抛物槽式集热器时,如考虑在夏季使用,应采用水平南北布置方式;若考虑在冬季使用,则应采用水平东西布置方式。

严寒地区太阳能槽式集热器影响因素研究

以大庆地区为研究背景,分析了LS-2型太阳能槽式集热器光热转化过程中的能量传递,综合利用Sol Trace软件与Fluent软件计算了集热器的光学效率及瞬时效率。研究内容包括聚光面积、环境温度、流量以及管长对集热器瞬时效率的影响。结果表明：针对该模型而言,太阳能槽式集热器的瞬时效率随着聚光面积的增加而增大;环境温度在-20~20℃的变化范围内,瞬时效率有小幅度的提高,约为1%;且对于流量及管长来说,均存在一个使瞬时效率趋于稳定的值。本文的研究结果可以为严寒地区利用太阳能光热转换技术提供支撑和技术参考。

槽式集热器反射镜抛物变形对允许跟踪误差的影响

为了更好地指导太阳能槽式集热系统的设计和高效运维,本文研究了反射镜抛物变形对集热器允许跟踪误差的影响。首先定义了宽焦比、焦偏比、焦点偏离率3个无量纲参数,理论分析了理想状态不同尺寸下槽式集热器允许跟踪误差,进而给出反射镜剖面抛物变形后的允许跟踪误差的变化;同时计算宽焦比、焦偏比、聚光比对允许跟踪误差的影响并作图,给出基于不同几何参数的槽式集热器在不同变形量下的允许跟踪误差变化及其最大变形量尺寸。结果表明:宽焦比为4时槽式聚光集热器理论允许跟踪误差最大;3个无量纲数耦合影响决定允许跟踪误差的大小,且"膨胀"变形更加不利于集热器聚光。基于本文给出的图表,可预测集热器聚光损失并设计适宜跟踪系统,助力槽式太阳能热利用系统的推广。

DSG太阳能槽式集热器的热性能研究

采用数值计算的方法分别对稳态条件下直接产生蒸汽(DSG)太阳能槽式集热管中单相水区、饱和相区和干蒸汽相区的吸收管温度沿周向的分布进行了研究,在此基础上建立了集热器热损模型,并分析了流体温度、质量流量及工作压力对集热管中不同相区热损的影响.结果表明:影响集热器热损的关键因素是流体温度,随着流体与环境温差的增大,集热管中各相区的热损增加;流体的质量流量和工作压力对集热器热损的影响不大.

熔盐槽式集热回路夜间热损失特性研究

为研究以熔盐作为传热介质的槽式光热电站集热回路夜间低速循环工况的热损失特性,首先利用辐射热网络法和传热热阻原理建立集热管稳态传热模型,通过与典型实验数据对比,验证该模型的适用性和准确性。在此基础上,考察在夜间熔盐低速循环工况下,集热回路长度、环境温度、风速、熔盐流速、熔盐入口温度、集热管真空度等因素对集热回路热损失的影响。研究表明,回路长度、熔盐流速、熔盐入口温度和集热管真空度是集热回路夜间热损失性能的主要影响因素;相比之下,环境温度和风速对热损失的影响较小。

槽式集热场辅助燃煤机组回热系统混合发电热性能分析

以热力学第一、第二定律为基础,对抛物面槽式集热器进行热效率和火用效率分析,并以LS-2典型槽式集热器热性能测试结果为依据,分析不同太阳辐照及工作温度条件下对应的火用效率;以此结果作为指导,对以等面积槽式太阳能集热场作为辅助热源替代燃煤发电机组不同回热抽汽集成方式的热力性能进行分析比较,得到此类集热场作为辅助热源与燃煤机组回热系统集成的最佳方案。

抛物槽式集热器热效率研究

介绍槽式集热器的结构及其工作过程,对集热器进行热性能分析,研究已有集热器热力学模型,并对其进行优化,利用该模型计算各个部位的热损失大小以及集热器热效率,分析得出影响集热器热效率的主要因素,定量分析这些因素对集热器效率的影响趋势,并解释其原因。

槽式集热场与燃煤机组混合发电系统经济性分析

在对用太阳能槽式集热场替代燃煤机组加热器抽汽的混合发电系统进行优化的基础上,对混合发电系统进行技术经济分析,结果表明混合热发电系统中太阳能发电部分的LEC大大低于纯太阳能热发电系统,与风力发电相当;此外还对太阳直射辐射资源,系统寿命,集热场年平均效率,单位集热面积的成本对LEC的影响进行了分析。

槽式集热器集热效率影响因素的分析研究

实际应用中槽式太阳能集热器一般采用一维跟踪太阳的方式,一维跟踪的槽式太阳能集热系统由于照射在抛物镜面末端的太阳光线会聚不到集热管上导致末端损失,全年末端损失变化差异较为明显,对集热器集热效率产生一定影响,利用MATLAB软件对不同集热器参数φ、N、ψ、Wa、L、f下吸热管末端损失对集热器集热效率的影响进行计算分析。研究结果表明:存在末端损失的情况下全年集热器集热效率最大值出现在夏至日前后,最小值出现在冬季;一天中ψ=0°时集热器集热效率最小值为85%出现在正午12点,随着方位角增大集热效率最小值逐渐减小同时出现时刻向正午之后推迟;增加集热管长度可以补偿末端损失提升集热效率,但是在集热管长度较短的情况下效果较为明显。