[發明專利]一種多塔鏡場的邊界優化方法

有效

• 申請號: 201811269007.8
• 申請日: 2018-10-29
• 公開（公告）號: CN109446650B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 匡蕘;王凱麗
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F30/10
• 分類號: G06F30/10;G06F30/20;G06F17/16
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王安琪

本發明公開了一種多塔鏡場的邊界優化方法，包括如下步驟：(1)設定鏡場的邊界計算范圍；(2)計算不同邊界范圍鏡場的年平均余弦效率；(3)確定多塔單位面積塔成本不高于單塔鏡場的等價面積；(4)綜合比較鏡場的年平均余弦效率和多塔鏡場的塔成本，以確定鏡場的邊界范圍。本發明的方法使得多塔鏡場能夠在比單塔方案光學效率更高的條件下具有低得多的單位鏡面塔成本，這種多塔鏡場有利于在東西向狹長的場地內形成大功率的能源供應中心。

技術領域

本發明涉及太陽能利用技術領域，尤其是一種多塔鏡場的邊界優化方法。

背景技術

利用城鄉閑散空間建設更貼近用戶側的小型聚光系統，作為分布式可再生能源互聯網的能源供應節點是一個值得努力的方向。由于這些空間的大小、形狀和朝向不規則，其中可能還有各種障礙物，因此傳統的塔式大鏡場已經不適用。

定日鏡場中會產生余弦、陰影和遮擋、鏡面反射、大氣衰減和溢出幾種光學損失。其中，余弦損失所占的比重是最大的，占鏡場光學總損失的50％-70％。

吸收塔高度對鏡場的余弦效率有很大的影響。對于單塔鏡場，余弦效率在一定塔高范圍內是隨著塔高的增加而增加的。但是，隨著塔高的不斷增大，余弦效率會趨于一個穩定值，同時塔本身的成本以及吸熱器管路設備損失逐步增加，邊際效益逐漸降低。在鏡場的形狀和邊界尺寸均不受約束的區域，例如沙漠，可以直接根據效率來生成定日鏡場的布局。這樣的方法在布局上更具靈活性，可以獲得效率更高的鏡場。但是，利用城鄉閑散空間建設的小型鏡場的邊界和內部顯然有很多限制條件。通過優化鏡場布局，雖然提高了余弦效率，但定日鏡的方位角變化范圍仍然過大，在比較長的運行時段內會具有過大的入射角，因此整個鏡場的年平均余弦效率仍然很難超過85％。為了進一步縮小定日鏡入射角，有人提出了多塔鏡場方案，讓定日鏡在不同的時段把太陽光聚焦到不同的塔上，以提高余弦效率。其中，在環形鏡場中雖然可以獲得較大的單塔輸出功率，但其吸熱塔南側的定日鏡余弦效率的改善仍不夠理想。考慮到利用城鄉閑散空間建設的聚光系統一般功率較小，因此把吸熱塔布置在全部定日鏡的南側就夠了。Amos Danielli等人提出了將多個這種小型塔式鏡場相互連接并讓陽光在不同時段匯聚于最有利塔上的方案(CMT)，讓其年度平均余弦效率提高了大約10％，達到95％左右，但是這種方案的致命問題是塔群的造價過高。按照CMT提供的鏡場參數，多塔鏡場中一座17m高的塔能夠覆蓋40×40m的鏡場；而在單塔鏡場中100m高的塔能夠覆蓋的鏡場大約為600×780m。在中國，一座17m高的塔造價在9-14萬元左右，而100m高的塔造價在200-300萬元之間。要想多塔鏡場達到與單塔鏡場相同的規模，大約需要292座塔，其造價顯然遠遠高于單塔鏡場。

為了提高這類鏡場的經濟可行性，一個可行的思路是首先擴大一座塔覆蓋的鏡場面積以降低平攤到單位面積定日鏡上的塔成本，使該鏡場內塔群的總造價與采用單塔方案時的塔的總造價大致相等。這樣，在鏡、塔成本基本相同的前提下，多塔方案余弦效率更高的優點才能帶來顯著的成本下降。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，提供一種多塔鏡場的邊界優化方法，使得多塔鏡場能夠在比單塔方案光學效率更高的條件下具有低得多的單位鏡面塔成本，這種多塔鏡場有利于在東西向狹長的場地內形成大功率的能源供應中心。

為解決上述技術問題，本發明提供一種多塔鏡場的邊界優化方法，包括如下步驟：

(1)設定鏡場的邊界計算范圍；

(2)計算不同邊界范圍鏡場的年平均余弦效率；

(3)確定多塔單位面積塔成本不高于單塔鏡場的等價面積；

(4)綜合比較鏡場的年平均余弦效率和多塔鏡場的塔成本，以確定鏡場的邊界范圍。