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.

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。

定日镜参数对塔式太阳能聚光集热系统性能的影响

建立塔式太阳能热发电站聚光集热系统的数学模型,构造系统技术经济性评价指标,分析定日镜参数变化对聚光集热系统性能的影响。结果显示:定日镜长宽比变化对系统技术经济性能的影响与集热场布置有关。区域2镜子径向间距为最小间距时,随着定日镜长宽比增加,年均光热转换效率增大,平准化集热成本降低。区域3镜子径向间距为2倍最小间距时,定日镜长宽比越接近1,年均光热转换效率越高,平准化集热成本越小。

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。

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。

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。

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。

塔式太阳能定日镜控制系统综述

概述塔式太阳能发电系统中定日镜硬件设计及控制方式研究现状。通过对镜场控制系统分析,论述定日镜场控制方案优缺点,指出现有定日镜控制中,最大难点在于通过何种方式使定日镜实现对太阳实时、有效跟踪,诸如镜场中定日镜以何种方式排列、不同天气情况下如何控制定日镜等;提出以可编程控制器(Programm able Logic Controller,PLC)为主体的定日镜控制整体思路,并对未来塔式太阳能定日镜控制系统研究发展做出展望。

基于自适应引力搜索算法的定日镜场优化布置

针对塔式太阳能热发电电站中定日镜场优化布置问题,提出一种基于自适应引力搜索算法的定日镜场优化布置方法。以Campo布置规则为基础建立比目标定日镜场大1.5倍的密集型初始镜场,将定日镜所在环的半径作为输入变量并将年均效率作为镜场优化布置的评价标准。通过在引力搜索算法中引入动态调整因子α,可提高算法在高维搜索问题方面的求解能力。最后以塞维利亚Gemasolar电站的定日镜场为例进行优化布置,证明使用自适应引力搜索算法优化后的定日镜场具有更高的年均效率。

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.

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%。

定日镜及其成本分析

定日镜是塔式太阳能热发电系统中最基本的聚光单元,也是系统中花费成本最大的部分,占整个电站成本的40%~50%。介绍了定日镜的主要组成部分及其在定日镜总成本中所占的比例,以及定日镜尺寸和规模与定日镜成本之间的关系,由此探讨了降低定日镜成本的主要途径,为降低塔式太阳能热发电系统的发电成本,使其更好地替代化石燃料提供了思路。

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。

塔式太阳能热发电中的定日镜跟踪系统设计

在塔式太阳能热发电中,应用全新的跟踪聚光理论——陈氏跟踪方法[1],以PIC16F877单片机为控制核心,设计了闭环控制的定日镜跟踪系统。与传统的跟踪方式相比,自旋+仰角跟踪方式使得定日镜的像差小,可实现在任何气候条件下对日的稳定可靠跟踪。