基于差分进化的塔式太阳能定日镜场布局优化

为提高塔式太阳能的辐射反射效率和发电性能,需要对定日镜场进行布局优化。采用日平均年光学效率的方法,计算分析定日镜年均余弦效率、大气衰减效率、截断效率及最大光学效率,为后续定日镜场的布置及优化提供评价指标。以西班牙Gemasolar塔式电站为例,采用密集campo的布置方法进行镜场初始化,验证了布置方法的高光学效率和高可靠性。采用差分进化算法对镜场进行优化,镜场年均综合效率由56.99%提高至59.03%,提升了3.58%,验证了该方法的有效性。

基于改进粒子群算法的定日镜场优化设计模型

定日镜场是塔式光热电站的重要子系统.定日镜的优化布置问题是塔式光热电站建设需要解决的关键问题.以塔式光热电站的定日镜场为研究对象,建立阴影遮挡效率模型、余弦效率模型、截断效率模型以及大气透射率模型,得出定日镜场的光学效率.以镜场年平均输出热功率作为目标函数,建立非线性规划模型,用基于同心圆的粒子群算法进行圆形定日镜场的参数设计及优化求解.通过迭代寻优,找到年平均输出热功率最大时即可找到粒子的特征因子的最优解.

定日镜场光学效率的计算模型

定日镜场可将太阳光反射汇聚到安装在镜场中的吸收塔集热器上从而实现能量转换,不同的定日镜场参数会影响定日镜场的光学效率.本文通过光线追踪法与坐标变换等建立了定日镜场的光学效率计算模型,具体地,首先建立大地坐标系、镜面坐标系和光锥坐标系,并给出入射光线、反射光线以及法向的向量表示;其次,建立3个坐标系之间的坐标变换,利用坐标变换矩阵和方程联立判断并计算阴影遮挡损失、余弦损失、集热器截断效率等;最后,根据镜面反射率、大气透射率建立了定日镜场每块镜面的光学效率计算模型.

基于改进灰狼算法的定日镜场布局优化方法

提出一种基于改进灰狼算法的塔式太阳能热发电电站定日镜场优化布局方法,该改进算法将灰狼优化算法与记忆、局部搜索和进化算子相结合,增强了算法的全局性和搜索精度。以西班牙Gemasolar塔式太阳能热发电电站为例验证算法的有效性,使用改进灰狼算法对该电站定日镜场布局优化后,定日镜场光学效率提升5%,证明定日镜场布局经过改进灰狼算法优化后有更高的年平均光学效率。

二次反射塔式电站运行测试与模拟研究

光热发电中的二次反射塔式技术具有高聚光比、低泵耗和安装维护要求低等优点,依托玉门鑫能第一电力有限公司50 MW二次反射塔式电站建立了定日镜场、二次反射模、吸热器、熔盐储罐和发电循环等关键部件模型,并完成了模型验证。运行测试结果表明:当直射辐射为739.70 W/m^(2)时,熔盐出口温度可以在559℃下维持50 min;12:00定日镜场的余弦效率、阴影与遮挡效率、二次反射阴影效率和大气透射率分别为0.856 8、0.999 7、0.994 1、0.974 6,二次反射镜照度和吸热器照度分别为11.3 kW/m^(2)和400.5 kW/m^(2),同时电站在50 MW的额定发电功率下维持16 h。该研究内容对二次反射塔式电站运行和理论研究具有一定参考意义。

定日镜场效率参数模型的研究

针对定日镜场相关效率参数问题,根据几何光学知识,计算出定日镜场中太阳高度角和方位角、每个定日镜与地面的倾角.采用光线追踪法,通过阴影遮挡效率、余弦效率、大气透射率集热器截断效率和镜面反射率构建光学效率参数模型,建立定日镜场的输出热功率的优化模型,在定日镜场达到额定功率的条件下,得出定日镜单位面积镜面平均输出热功率的优值.

定日镜场的最优参数选择

在定日镜场的最优参数选择问题中,通过栅格化方法将定日镜面离散分割,求解阴影遮挡效率和截断效率,以计算定日镜场年平均输出热功率;建立单目标优化模型,采用控制变量法依次对镜面高度、相邻定日镜间距等变量单独分析,以降低庞大的解空间维度;通过试算得到镜场年平均输出热功率关于各变量的变化曲线,利用0.618法等方法搜索曲线极值点,得到定日镜场参数的近似最优解.

定日镜场在额定输出功率条件下的光学效率优化

为推动“双碳”目标实现,以光线追迹为核心,建立了定日镜平均输出热功率优化模型.首先,确定输出热功率是关于光学效率等参数的函数,通过给出阴影遮挡效率、集热器截断效率等参数的计算方法,提出了定日镜场输出热功率的计算方案.其次,提出定日镜场输出热功率的优化方案.针对定日镜规格相同的情况,提出“吸收塔选址策略”约束吸收塔的位置,提出“分区域同心圆规划策略”完成定日镜的排布,建立了定日镜输出热功率优化模型,并采用变步长搜索法完成最佳参数的求解.最后,针对定日镜规格不同的情况,提出“定日镜规格分区域规划策略”,并结合二分法和变步长搜索法完成最佳参数的求解.

塔式太阳能电站定日镜场的建模与仿真

塔式太阳能电站腔式吸热器内表面的能流分布特征不仅对于电站控制系统的设计具有一定的指导作用,而且对于整个电站的安全运行具有极其重要的意义。该文以1 MW"大汉"塔式太阳能电站的聚光–吸热系统为研究对象,采用蒙特卡洛光线追迹法,建立了定日镜场的动态仿真模型。根据最终的定日镜场布置,在给定太阳辐射模型下,不仅对春分日腔式吸热器内表面的平均能流密度随时间的变化进行了模拟,同时对不同时刻的腔内能流分布特征进行了分析。结果显示,从镜场聚焦的入射能流主要分布在吸热器背侧和两侧表面。文中所得结论对吸热器的优化、控制系统的设计以及整个系统的安全运行具有一定的参考意义。

塔式太阳能镜场阴影与遮挡效率的改进算法

随着塔式太阳能发电技术的进步,如何布置高效低成本的塔式太阳能电站镜场,已成为提高太阳能集热效率的关键问题之一。其中,阴影和遮挡效率作为镜场光学效率的重要组成部分一直以来都是计算的难点。结合两种传统阴影和遮挡的计算方式——射线追踪法和平板投影法,提出一种新的计算方法,该计算方法包括高效的预判断模型和改进的效率算法两部分,将该算法与已有的改进算法进行对比,研究结果表明:不论是计算精度还是计算速度,改进后的算法都明显优于已有的改进算法。

塔式电站定日镜场布置范围的理论分析

采用MALAB编程,计算了余弦效率、大气透过效率以及吸热器开口平面上的截断效率,并将这三项效率的乘积定义为地面利用效率用于限制定日镜场的布置范围,进而分析了一些参数对定日镜场布置范围的影响。分析结果表明,地面利用效率可有效限定定日镜场的布置范围。与接收塔光学高度和吸热器开口的倾斜角度相比,吸热器的开口尺寸和定日镜的整体误差大小在很大程度上限定了定日镜场的布置范围。要增大电站容量,必须增大吸热器开口尺寸。而提高定日镜的整体性能不但可提高定日镜场的光学效率,也可有效扩大定日镜场的布置范围,增大电站容量。

塔式太阳能电站分离式吸热器热流分布与定日镜场设计研究

优化定日镜场,提高其年聚光效率是降低塔式太阳能电站投资成本的主要途径。以直接蒸汽(DSG)塔式太阳能电站的分离式吸热器为研究对象,为解决现有定日镜场设计过程复杂、耗时较长的不足,利用锥体光学法和径向间距优化法来设计定日镜场。为满足分离式吸热器蒸发段和过热段所需要的热量,采用分配、迭代计算方法得到了分离式吸热器蒸发段和过热段所对应的定日镜场。由于分离式吸热器与定日镜场之间的光热耦合方式比较复杂,因此采用计算精度较高的射线追踪法对分离式吸热器表面的热流分布进行模拟。研究结果表明:通过模拟得到的分离式吸热器所对应定日镜场的布置形式,可使该定日镜场的年聚光效率达到0.652 2,其中分离式吸热器的蒸发段和过热段分别对应了442个和182个定日镜;设计点时刻(春分12:00),分离式吸热器蒸发段和过热段接收的热量分别为35.48 MW和14.19 MW,所获得的热流分布结果可为分离式吸热器的管束布置方式和热学性能计算奠定基础。

塔式太阳能热发电镜场中余弦效率仿真研究

参考eSolar塔式发电站中的矩形定日镜场,通过参数设计得到密集的轴对称交错排列布置方案;建立了余弦效率的数学模型,对一天中不同时刻的太阳入射角变化趋势进行了仿真,得出位于接收塔南北区域余弦效率状况;对矩形定日镜场的余弦效率分布做了进一步研究。仿真结果验证了太阳入射角的变化趋势,并得出塔的高度对余弦效率的影响。

塔式太阳能电站定日镜场优化调度的光功率控制研究

针对定日镜场优化调度的光功率控制问题,鉴于目前调度数学模型不准确、算法运行效率低、速度慢等缺点,改进并优化设计调度模型和调度算法,通过考虑镜场的能耗因素,提高模型的精度和准确性;设计一种混合式遗传算法,采用惩罚项建立适应度函数,引入自适应搜索空间提高算法效率和运行速度。仿真结果验证了该调度模型和算法的准确性和快速性。

基于实测的塔式太阳能定日镜动力特性分析

对某塔式太阳能热发电站定日镜结构的动力特性采用数值模拟和现场实测两种方法进行比较研究。基于有限元理论建立相应的有限元模型,通过模态分析获得结构主要的频率和振型参数并和现场实测结果进行比较。对比分析结果表明:定日镜结构的频率分布较为密集,阻尼比均较小,若干阶模态具有对称或反对称性特征;受现场条件限制,现场模态测试只能识别部分模态,导致部分模态的缺失;同时,数值模拟结果和现场实测结果吻合较好,表明所建立的有限元模型适合,可为后续定日镜抗风研究提供依据。

塔式太阳能吸热器过热评价模型及镜场调度方法研究

针对吸热器在运行工作时可能出现的局部过热、能流密度分布严重不均、过热烧毁等问题,对吸热器危险状况进行等级划分,并引入模糊数学法建立吸热器的过热评价模型,给出判断吸热器是否过热的影响因子。根据吸热器过热评价结果,设计合理的目标点调整原则和方法,并通过仿真效果图进行验证,仿真结果表明:过热评价模型正确、可靠,目标点调整方法可有效减弱吸热器局部过热点的能流密度峰值。

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.

定日镜能量传输效率建模及镜场排布设计

针对定日镜场的排布,鉴于目前定日镜能量传输效率模型不完善的问题,改进并优化相关能量衰减因子,引入大气透射衰减效率进一步提高定日镜传输效率模型的完善程度,并提出镜场排布设计的具体步骤,仿真结果验证了该模型的高效性。

太阳能塔式电站轮胎面定日镜的设计及性能分析

为了提高定日镜的聚光性能,研究了可校正离轴象散的轮胎面定日镜.通过计算聚光场四个典型位置的定日镜与吸热器的间距和阳光在镜面上的全年入射角变化范围,确定定日镜的焦距和视场,使用ZEMAX软件设计出轮胎面定日镜,并分析其聚光性能.与球面定日镜相比,轮胎面定日镜的聚光性能有很大提高:不仅光斑面积变小,而且可将光斑最小点从视场边缘移至视场中心附近.提出了轮胎面定日镜的制作方法,实践证明了该方法的可行性.

风场作用下的定日镜轻量化设计

针对传统优化方法在定日镜轻量化设计中表现出的灵敏度依赖性和计算低效性等缺陷,提出将响应面模型与序列二次规划算法相结合的方法。该方法在保证定日镜强度、刚度和动态性能等要求的基础上,对风场作用下产生非线性响应的定日镜结构进行轻量化设计。通过数值风洞试验和Davenport谱得到作用在定日镜上的静态风荷载和脉动风频率,利用拉丁超立方试验设计得到的空间样本点进行数值仿真,建立各响应值关于15个设计变量的二阶响应面模型,并采用序列二次规划算法进行定日镜轻量化设计。研究结果表明:在保证定日镜满足许用挠度、应力和一阶固有频率的前提下,定日镜总质量减少了198 kg,减重率达12.31%,轻量化效果显著。同时该方法快速、高效、可靠,具有较强的工程实用性。