[發明專利]一種多點聚焦塔式太陽能熱發電站的聚焦點優化設計方法

在審

• 申請號: 201710203500.9
• 申請日: 2017-03-30
• 公開（公告）號: CN107169153A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 韓臨武
• 申請（專利權）人: 中國聯合工程公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;F03G6/06
• 代理公司: 杭州天欣專利事務所(普通合伙)33209
• 代理人: 梁斌

技術領域

本發明涉及一種多點聚焦塔式太陽能熱發電站的聚焦點優化設計方法，屬于太陽能光熱發電技術領域。

背景技術

塔式太陽能熱發電技術是通過多面反射鏡構成的鏡場將太陽能聚焦到高塔上，再利用集熱器將光能轉化為熱能，直接或間接將水加熱生成水蒸氣，進而利用水蒸氣驅動汽輪機做功發電，如申請號為201310373199.8的中國專利所示。

現有的塔式太陽能熱發電站一般采用開環控制、閉環控制以及開閉環結合3種跟蹤控制方式使其定日鏡隨著太陽位置的變動調整角度，實時將太陽光全部反射到集熱器。理想條件下，不同的鏡子對焦不同，所有的反射能量疊加后保證沿軸向即吸熱管長度方向上受熱均勻一致，不會發生過熱現象。但由于這樣設計鏡場復雜度高，一般僅設置一個或幾個聚焦點。

通常塔式發電系統理論聚光比達到1000以上，當定日鏡的目標點均在集熱器上同一位置(即單點聚焦)，易導致集熱器吸熱管局部位置出現較大的熱流密度，進而引起吸熱管過熱，損壞集熱器結構，影響電站的正常運行。具體的，對于集熱器吸熱管單根管道而言，其外徑相對于集熱器直徑很小，因此太陽輻射熱流在單根吸熱管受熱面周向分布基本均勻，而吸熱管軸向(即高度方向)輻射熱流分布通常在定日鏡場單點聚焦時變化較大，易在鏡場聚焦點位置處出現過大的輻射熱流，導致熱故障。對此，可以采用多點聚焦的鏡場控制策略，即對定日鏡場進行分區控制，太陽輻射投射到集熱器受熱面的不同聚焦點，使受熱面的熱負荷分布更加均勻。故聚焦點位置確定的優化設計逐漸提上日程。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中存在的上述不足，而提供一種多點聚焦塔式太陽能熱發電站的聚焦點優化設計方法，使得集熱器吸熱管受熱面輻射熱流分布更加均勻。

本發明解決上述問題所采用的技術方案是：一種多點聚焦塔式太陽能熱發電站的聚焦點優化設計方法，其特征在于：采用具有多個極大值的高斯分布描述塔式太陽能熱發電站定日鏡場多點聚焦時集熱器吸熱管表面高度方向上具有多個熱流集中點的輻射熱流分布，具體包括以下步驟：

(1)確定集熱器結構參數：設集熱器吸熱管高度為H；

(2)確定多點聚焦時，輻射熱流和聚焦點位置的高斯分布關系式；

(3)確定多點聚焦時，其他聚焦點p_i的位置p_iz和第一個聚焦點p₁的位置p_1z的關系式；i為聚焦點的序號；p_iz為第i個聚焦點的位置；

(4)根據步驟(2)和步驟(3)得到輻射熱流和第一個聚焦點p₁的位置p_1z的關系式；

(5)根據步驟(4)得到輻射熱流極大值和第一個聚焦點p₁的位置p_1z的關系式，在集熱器吸熱管接收的總輻射熱流恒定的情況下，以第一個聚焦點p₁的位置p_1z為優化變量進行優化，得到輻射熱流極大值q_max的最優值，所述的最優值使輻射熱流極大值q_max最小，此時其對應的第一個聚焦點p₁的位置p_1z為最優位置；

(6)根據步驟(5)得到的第一個聚焦點p₁的位置p_1z為最優位置，結合步驟(3)，得到其他聚焦點p_i的位置p_iz；

所述輻射熱流為塔式太陽能熱發電站定日鏡場多點聚焦時，集熱器吸熱管表面高度方向上具有的多個熱流集中點的輻射熱流；所述的聚焦點分布于集熱器上。

優選的，本發明所述步驟(2)中高斯分布輻射熱流的位置參數μ_i為聚焦點的位置所在的高度參數，以計算式(1)得到；高斯分布的尺度參數σ通過高斯分布的3σ原則由計算式(2)得到：

μ_i＝p_iz(i＝1,2,3,…,n)(1)

3σ＝p_1z(2)；

式中：p_1z為第一個聚焦點的位置；i為聚焦點的序號；p_iz為第i個聚焦點的位置。