[發明專利]一種快速開關鏡場方法

有效

• 申請號: 201310728388.2
• 申請日: 2013-12-25
• 公開（公告）號: CN103728984A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 宓霄凌;薛剛強;蘇斌;劉志娟;金建祥;陳武忠
• 申請（專利權）人: 青海中控太陽能發電有限公司
• 主分類號: G05D3/00
• 分類號: G05D3/00;F24J2/38
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

技術領域

本發明涉及塔式太陽能領域，特別是涉及一種快速開關鏡場的方法。

背景技術

塔式太陽能熱發電系統區別于太陽能光伏發電系統，是聚焦型太陽能熱發電（Concentrating?Solar?Power，簡稱CSP）的一種，它通過使大量的定日鏡實時地將太陽光聚焦到設置在吸熱塔上的吸熱器，加熱工質，產生蒸汽，推動汽輪機帶動發電機發電。與光伏發電相比，塔式太陽能熱發電系統不僅原材料、生產環節無污染，且因帶有蓄熱裝置，發電功率較穩定，深受電網歡迎，是真正清潔、優質的能源。相比槽式太陽能熱發電，塔式太陽能熱發電系統因聚光比較高，其導熱工質能達到較高溫度，從而大大提升了發電效率。

塔式太陽能熱發電系統的單個單元（即一個吸熱塔所對應的一套系統），其電功率（熱功率一般為電功率的3倍左右）一般在MW級別，微型的如1MW，小型的如5MW、10MW，中型的如30MW、50MW，大型的一般在100MW以上，如BrightSource公司的Ivanpah項目，其電功率達133MW。塔式太陽能發電電站受天氣的制約，在電站運營的情況下，每天至少執行一次開場和關場操作，如遇多云天氣，更是可能頻繁的在開場和關場間切換，如此高的能量在吸熱塔上匯聚，對吸熱塔的安全提出了嚴峻的挑戰。

塔式太陽能光熱電站不同于一般的發電站，大量定日鏡實時聚焦于吸熱器的運營特性，使得鏡場中用于定日鏡追日和控制定日鏡的上位機鏡場控制系統的供電不可隨意切斷，需要有一定的預留時間用于定日鏡的安全撤離，否則，斷電后因太陽在動而定日鏡無法轉動，使其原本聚焦于吸熱器上的光斑緩慢移出吸熱器，所過之處能量極大，很容易導致塔身結構高溫熔化造成安全事故。此外，如果該系統采用水作為蓄熱工質，且吸熱器內蓄水量較少，在斷電過程中很可能造成吸熱器中水被燒干，吸熱器本身的安全也會受到威脅。可見，出于安全考慮，用于保證鏡場持續供電的備用電池在塔式太陽能熱發電系統必不可少。目前，市場上的UPS電池一般都造價昂貴，電池價格直接與電池容量相關。

為了防止吸熱塔局部因光斑劃過塔身導致高溫出現融化造成安全事故的出現，不得不采取以下措施：1、吸熱塔塔身必須采用隔熱性好、能承受高溫、且熔點高的材料。2、鏡場中定日鏡的轉速必須盡可能的快，以減少光斑在塔身上停留的時間。3、吸熱塔上任何需要人工維修的時候，必須停止運行，以保證人員的安全。以上這些措施無疑會使鏡場成本上升。本發明提供一種安全、快速的開關鏡場方法，對于解決該問題具有重要意義。

發明內容

本發明提供了一種快速開關鏡場方法，其用于塔式太陽能熱發電系統的鏡場開關，包括快速開場步驟與快速關場步驟；

所述快速開場步驟包括：

在定日鏡開場前將鏡場的定日鏡轉至一級開場姿態，

將所述定日鏡由所述一級開場姿態切換到運營追日姿態；

所述快速關場步驟包括：

在定日鏡關場前將定日鏡轉至一級關場姿態，

將所述定日鏡由所述一級關場姿態切換到關場結束姿態。

較佳地，所述定日鏡由所述一級開場姿態切換到運營追日姿態的過程包括：

獲取定日鏡由所述一級開場姿態切換到運營追日姿態時的光斑落點軌跡；

根據所述光斑落點軌跡得到所述定日鏡的轉動軌跡；

所述定日鏡根據所述轉動軌跡由所述一級開場姿態切換到運營追日姿態。

較佳地，所述定日鏡由所述一級關場姿態切換到關場結束姿態的過程包括：

獲取定日鏡由所述一級關場姿態切換到關場結束姿態時的光斑落點軌跡；

根據所述光斑落點軌跡得到所述定日鏡的轉動軌跡；

所述定日鏡根據所述轉動軌跡由所述一級關場姿態切換到關場結束姿態。

較佳地，所述光斑軌跡的確定過程包括：

利用太陽位置算法計算得入射光線，記為m2s。

假設鏡面中心的坐標為(x0,y0,z0)，鏡面上任意點p與其位移為d，則當定日鏡在特定姿態下時，p的坐標(x,y,z)=(x0,y0,z0)+R(α)*d；上述R(α)為在此姿態下的變化矩陣；

根據定日鏡的當前姿態，求得這面定日鏡的鏡面法向量為R(α)*z0,記為N，上述z0指單位向量[0,0,1]；

由鏡面法向量N和入射光線m2s，可求得出射光線，為2*dot(N,m2s)*N-m2s，記為m2r；

由出射點(x,y,z)、出射光線(m2r)和目標體的坐標，求出這條出射光線在目標體上的落點，聯立鏡面上所有的點，繪制出定日鏡的一個完整的光斑圖。