塔式太阳能热发电站定日镜场布置优化研究报告新能源_机械制造-汽车理论.pdf

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1、塔式太阳能热发电站定日镜场布置优化 本论文根据塔式太阳能聚光集热技术特点,提出采用密集布置和交错布置相 结合的布置策略，此种优化策略在保证定日镜合理布置的前提下，有效提高定日 鏡场的聚光效率,在相同的镜场采光面积下能够减少定日镜的数量和减少电站占 地面积,起到降低初始投资的作用。关键词:太阳能热发电;塔式;密集布置;交错布置;聚光效率 1 前言 在当今清洁能源发电的大趋势下，可再生能源迎来平价上网，但其不连续不 稳定的缺陷限制了其发展。而光热发电的可再生、安全无污染的优质调峰电源特 性,成为稳定清洁的调峰电源的最佳选择。根据聚光集热系统的不同，太阳能热发电的代表性技术主要有四种1:抛 物槽式系

2、统、塔式或中央集热器系统、线性菲涅尔系统以及碟式系统。其中，碟 式光热转化效率最高，塔式次之,其次为槽式、菲涅尔式，但碟式技术在发达国 家处于实验阶段;国内处于实验示范阶段。根据最新数据显示,目前全球已建成的光热发电项目以槽式技术路线为主,而在建中的塔式项目装机规模约占全球在建总装机的50%左右;规划中的塔式项 目装机量则占到了全球规划装机量的 70%左右。2016 年获批的首批国家光热发电技术20 个示范项目共1.349GW 装机规 模包括9 个塔式电站,7 个槽式电站和 4 个菲涅尔电站。塔式电站将成为未来光 热发电市场主力。2 塔式太阳能热发电系统原理 塔式太阳能热发电系统的基本原理是利

3、用独立跟踪太阳的定日镜群將阳光结合的布置策略此种优化策略在保证定日镜合理布置的前提下有效提高定日鏡场的聚光效率在相同的镜场采光面积下能够减少定日镜的数量和减少电站占地面积起到降低初始投资的作用关键词太阳能热发电塔式密集布置交错布置聚热发电的可再生安全无污染的优质调峰电源特性成为稳定清洁的调峰电源的最佳选择根据聚光集热统的不同太阳能热发电的代表性技术主要有四种抛物槽式统塔式或中央集热器统线性菲涅尔统以及碟式统其中碟式光热转化效率最高全球已建成的光热发电项目以槽式技术路线为主而在建中的塔式项目装机规模约占全球在建总装机的左右规划中的塔式项目装机量则占到了全球规划装机量的左右年获批的首批国家光热发电

4、技术个示范项目共装机规模包括个塔式电图3-1 定日镜场主要布置 聚集到固定在塔顶部的接收器上，加热工质产生过热蒸汽或高温气体，驱动汽轮 机发电机组或燃气轮机发电机组发电,从而将太阳能转换为电能。塔式电站主要包括集热系统、热交换及储热系统、常规岛系统。其中集热系 统主要包含定日镜、吸热器以及吸收塔。据统计，一般定日镜场成本约占总投资 成本的 40%-50%,而定日镜场布置决定了整个光热电站的占地面积,本文主 要对定日镜场的布置进行研究。3 定日镜场布置优化原则 定日镜场布置主要有麦田型排列和辐射网络法两种类型2,其中麦田型排 列法布置比较简单且定日镜密度较大，但其主要适用于定日镜数量较少的情况。

5、辐射网络法采用径向交错排列的方式。如图 3-1所示。目前塔式光热电站容量多为 50MW,100MW甚至向更大容量发展,定日 镜数量从几万到甚至数十万不等，数量庞大,因此目前定日镜场布置多采用辐射 网络法。本文提出定日镜场布置设计原则采用密集布置和交错布置相结合的方 法,即靠近吸热塔的一定区域采用密集布置,剩余区域采用交错布置方式，该布 置方式充分利用占地面积以及高能量利用效率的区域，同时避免了较大的阴影和 遮挡损失。为了避免相邻定日镜之间发生机械碰撞，相邻定日镜之间要留有可以保证旋 转 :结合的布置策略此种优化策略在保证定日镜合理布置的前提下有效提高定日鏡场的聚光效率在相同的镜场采光面积下能够

6、减少定日镜的数量和减少电站占地面积起到降低初始投资的作用关键词太阳能热发电塔式密集布置交错布置聚热发电的可再生安全无污染的优质调峰电源特性成为稳定清洁的调峰电源的最佳选择根据聚光集热统的不同太阳能热发电的代表性技术主要有四种抛物槽式统塔式或中央集热器统线性菲涅尔统以及碟式统其中碟式光热转化效率最高全球已建成的光热发电项目以槽式技术路线为主而在建中的塔式项目装机规模约占全球在建总装机的左右规划中的塔式项目装机量则占到了全球规划装机量的左右年获批的首批国家光热发电技术个示范项目共装机规模包括个塔式电的空间，还应考虑人为常规操作的空间。密集布置即周向间距和径向间距均为 不发生碰撞的最小距离;交错布置

7、即辐射状布置,插空放置。定日镜在布置时按 照一定的数学规律来布置，相邻定日镜的位置由周向间距、径向间距确定。定日 镜径向间距和周向间跑 S 保持镜场的阴影和遮挡效率在合理范围内。表 4-1 定日镜场布置优化结果 序号 参数 辐射网络布置 密集交错结合布置 1 塔高/m 240 238 2 发电量/MWh 380399 402606 3 光电转换效率/%16.46 18.38 4 光热转换效率/%41.369 42.49 5 定日镜数量/面 66262 65443 6 定日镜有效面积/n?1325240 1308860 7 镜场效率/%56.92 58.281 8 占地面积/n?7973122

8、8005335 9 LCOE 元/kWh 1.213 1.084 4 应用成果 镜场在设计点 DNI 下吸收的能量应满足汽轮机满发时的所需能量与储热系 统能量之和,由此可以预估定日镜的总数量。按照上述定日镜场的布置策略,根 据某地夏至日太阳能辐射数据，可以得到研究对象圆形定日镜场布置的坐标，得 出不同时刻的聚光效率分布图。经过对比，采用密集-交错结合布置方法镜场效 率提升了约 1.4%,LCOE 降低了约 9.2%,定日镜数量减少了约 1000 面。结论 采用密集-交错结合布置方法,提高了定日镜场的聚光效率,减少了定日镜 的数量、减少电站占地面积，进而降低电站的初始投资,同时对密集布置区域和

9、交错布置区域给出明确的区域划分原则，相比于现有镜场布置方法更加便捷，更 容易实现计算机编程”对定日镜场的优化布置研究提供了新的理论依据。结合的布置策略此种优化策略在保证定日镜合理布置的前提下有效提高定日鏡场的聚光效率在相同的镜场采光面积下能够减少定日镜的数量和减少电站占地面积起到降低初始投资的作用关键词太阳能热发电塔式密集布置交错布置聚热发电的可再生安全无污染的优质调峰电源特性成为稳定清洁的调峰电源的最佳选择根据聚光集热统的不同太阳能热发电的代表性技术主要有四种抛物槽式统塔式或中央集热器统线性菲涅尔统以及碟式统其中碟式光热转化效率最高全球已建成的光热发电项目以槽式技术路线为主而在建中的塔式项目装机规模约占全球在建总装机的左右规划中的塔式项目装机量则占到了全球规划装机量的左右年获批的首批国家光热发电技术个示范项目共装机规模包括个塔式电