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.

考虑接收塔阴影的定日镜有效利用率计算

经几何光学分析,导出了考虑接收塔阴影影响的太阳能塔式热发电站的定日镜有效利用率计算公式,并通过算例比较了考虑与不考虑接收塔阴影影响的定日镜有效利用率计算结果,验证了这些计算公式的正确性和考虑接收塔阴影影响的合理性。

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。

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.

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.

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。

塔式太阳能电站聚光镜场的土地利用率研究

塔式太阳能热发电站的聚光镜场大多是由按一定规律排列的矩形定日镜组成,在相邻定日镜间无机械碰撞的情况下,聚光镜场的最大土地利用率仅为58%。文章提出了选用规则交错排列的聚光镜场布置方案,建立不同形状定日镜的土地利用模型,并计算出不同情况下的最大土地利用率。通过仿真得出,矩形定日镜和六边形定日镜在一定长宽比时可获得最大土地利用率,其中六边形定日镜的土地利用率最高,约为100%。

塔式系统圆形镜场中余弦效率分布的研究

定日镜在接受和反射太阳辐射能至吸热器的过程中,存在着诸多损失。不正当的聚光镜场布置方案将引起过量的损失,其余弦损失所占的比例最大。因而有必要对定日镜处于不同坐标位置的余弦效率进行研究。首先建立了塔式太阳能热发电中余弦效率的数学模型。其次通过对阴影和阻挡损失——聚光场密度的折衷考虑,选择规则且灵活的放射状交错排列方式,得到圆形聚光镜场。最后在圆形镜场中对夏至日不同时间的余弦效率进行仿真,并从仿真结果中得到一些结论。基于这些结论,可重新定义定日镜的布置方案和检修策略,以便于获得更多的太阳辐射能,降低其成本。

塔式系统定日镜场的热经济性优化设计

采用辐射网格分布,在避免相邻定日镜之间发生机械碰撞的前提下,以接收最多能量和花费最少成本为目标,对塔式太阳能热发电系统中传统跟踪方式下的定日镜场的分布进行了优化设计,优化结果得到了以单位能量成本与投资成本为横、纵坐标的Pareto曲线。与文献中已发表先例相比,所得到定日镜场的单位能量花费较小,具有较好的热经济性,且场的分布均匀合理。同时还分析了获得能量与主要决策变量之间的关系,可为定日镜场的优化设计提供一定的理论依据。

基于分解多目标进化的椭圆定日镜场布局

针对塔式太阳能热电站中的定日镜场布局多目标优化问题,将基于分解的多目标进化算法(MOEA/D)应用于定日镜场布局领域,提出了基于改进的MOEA/D多目标定日镜场布局优化算法(MOEA/D-HFL)。首先建立了以镜场年均综合光学效率和镜场占地面积为目标的椭圆形定日镜场优化模型,接着将基于佳点集和反向学习的初始种群生成策略、目标函数稳定归一化机制以及动态遗传交叉分布指数引入MOEA/D用于求解该问题,获得了定日镜场布局问题的Pareto前沿,并利用模糊集理论获得了最优折中解。为验证所提算法的性能,将MOEA/D-HFL算法与NSGA-Ⅱ和基本MOEA/D对比,仿真结果证明了MOEA/D-HFL在多目标定日镜场布局问题上的高效性与准确性。

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。

塔式太阳能热发电相关技术的最新进展

塔式太阳能热发电是大型太阳能发电中最为经济和最具市场前景的发电方式.本文在简要介绍了塔式太阳能热发电系统的工作原理和系统组成的基础上,详述了国内外塔式太阳能电站的最新发展现状,进一步对其核心部件定日镜的形制、镜场布局及主要设备吸热器及其吸热介质等关键技术进行了重点介绍和分析,为推动塔式太阳能热发电技术在我国的推广应用提供了相应的依据和技术参考.

基于NSGA-Ⅱ的塔式太阳能电站定日镜场调度方案研究

针对目前塔式光热电站定日镜场调度方案存在过度简化、调度目标考虑不周、求解算法与模型不适配等问题,提出了以总能量、均匀度、焦点变化次数为指标的多目标调度模型。在优化定日镜场调度问题数学模型的同时引入焦点变化次数作为评价指标,这样能够反映调度能耗和设备磨损。运用带精英策略的非支配排序多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ)作为调度算法求取问题的Pareto最优解集,然后以加权最大满意度法进行决策得到最终的调度方案。利用我国西部某太阳能电站数据对模型及求解算法进行单次运行和连续运行仿真,仿真结果表明本文方法在单次运行和连续运行中均能保持良好效果,通过与现有调度模型及算法的仿真对比进一步验证了模型的实用价值。

塔式太阳能电站定日镜场的聚焦策略研究

针对目前塔式太阳能电站定日镜场存在的聚焦目标单一的缺点,改进并提出了多聚焦目标的聚焦优化策略。基于定日镜聚光成像的二维高斯分布模型,通过多目标优化,应用分组优化的序列二次规划算法,得到了定日镜场聚焦策略的帕累托最优解集,提高了聚焦策略的完备性,有效地兼顾了定日镜场聚焦策略中集热效率问题和局部过热问题。文章还讨论了定日镜分组对聚焦策略的影响。

塔式太阳能热发电站定日镜场容量优化配置

太阳倍数是反映太阳能热发电站镜场容量的直接参数,同时也是影响储热系统容量的关键参数。文章以我国西部某地区的50 MW塔式太阳能热发电站为例,建立了塔式太阳能热发电站的能量耦合模型和经济性评价模型。以LCOE最低为优化目标,通过模拟得到无储热系统以及当储热时间分别为6,10 h时,有储热系统的太阳能热发电站的最优太阳倍数,并分析了不同储热时间条件下,定日镜场容量对该电站经济效益、定日镜场效率、电站年容量因子等的影响。研究结果表明:太阳倍数和储热容量存在一个最优组合,使得塔式太阳能热发电站的LCOE最低,在此组合下,配置定日镜场容量和储热系统容量,将使得太阳能热发电站能够获得理论上最优的综合经济效益。

塔式太阳能镜场三轴支撑定日镜控制装置

为了解决常规塔式太阳能镜场中单轴定日镜不稳、易损坏的问题,提出了基于三轴支撑定日镜的塔式太阳能镜场控制系统,设计了独特的三轴支撑定日镜。本文根据实际运行需要,采取程序与传感器混合控制的方法,实现对太阳光线的实时监测;为了提高系统吸热效率,通过图像监测与处理的方法,定时提取定量定日镜进行偏差校正;根据3种定日镜控制方法,设计了基于PLC的3种计算模块,实时计算镜面最理想的位置。试验结果表明,基于三轴支撑定日镜的塔式太阳能镜场控制系统能达到实际工程需要,实现定日追踪。

塔式光热电站集热场设计综述及经济性研究

[目的]为系统性梳理塔式光热电站集热场设计的内容,评估集热场设计对电站经济性的影响,对集热场设计进行综述介绍,提出了塔式光热电站集热场设计的基本思路,分析了影响集热场效率的因素并进行经济性研究。[方法]将集热场设计分为吸热塔位置和高度设计、定日镜布置设计及集热场道路设计这三部分内容分别介绍,采用对集热场效率的构成子效率进行分解的方法,并以影响集热场经济性的主要两个设计因素为重点开展研究。[结果]提炼了集热场设计需考虑的多种因素,总结列出提升集热场子效率的各因素设计结论,提出在目前工程条件下集热场规模越大光热电站经济性越好,得到定日镜布局疏密对经济性的影响结论。[结论]所提出的结论指导意义强,为塔式光热电站设计提供借鉴。