组合碟式太阳能系统建模与优化
发布时间：2020-11-22 02:16
本文提出了一种新的计算和优化组合抛物面碟式太阳能聚光系统光学效率的方法。该方法是基于反射点光学效率的计算方法演化而来,考虑了真实太阳光强分布和光学误差高斯分布,可应用于不同曲面的组合反射镜。本文首先计算了单个反射镜的光学效率,然后计算整个系统的光学效率,并将其结果与SolTrace结果相对比,结果显示该方法在保证准确性的同时,还能够使计算量大幅减少。本文以一个反射面积为62.25 m2的249块方形球面镜组合碟式系统为例,研究了其系统的光学效率和拦截率受系统焦距、接收器半径、光学误差以及镜面焦距等因素的影响大小及变化趋势。为使组合碟式系统净热效率最大,本文进一步对接收器半径、系统焦距和镜面焦距的大小进行优化。结果显示,在光学误差为2 mrad时,当所有球面镜的镜面焦距等于镜面中心到接收器距离时,优化后的接收器半径为0.10 m,系统焦距为7 m,最佳净热效率86.05%,此时系统拦截率为98.81%。若采用统一的镜面焦距,则最佳镜面焦距为8 m,此时系统净热效率及拦截率分别为85.87%和98.60%。此外,本文还专门针对计算中应用到的太阳光强分布模型作详细的分析。本文回顾了常用的十个太阳光强分布模型,并分析了各个模型对碟式太阳能系统性能预测及优化的影响。首先,本文采用插值法拟合实测数据建立标准模型,作为对比分析的基础并用SolTrace验证。然后,通过太阳光强分布与光学误差高斯分布的卷积获得反射光强分布,进一步研究了各个太阳光强分布模型在不同因素下对系统性能预测和优化结果的影响差别。其中设置了多种参数条件变化情况,包括接收器半径与系统焦距的比值、系统边缘角、光学误差及太阳周边率等。结果表明,在光学误差小于5 mrad时,太阳光强分布模型对光学性能的预测和优化有较大影响。其中,性能预测时的最大差别可达40%,优化后的结果误差可达3.45%。由于各种近似模型都存在较大误差,因此,本文基于实测数据建立了标准太阳光强模型并将其应用在计算和优化过程中。
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TK513.1
【部分图文】：
?．??图１．丨八达岭塔式太阳能发电站（北京，２０１２）??槽式聚光太阳能系统是将太阳光经柱面镜反射后聚焦到中空接收聚热管处，??目前己经实现了商业化运行。槽式系统的设备简单，成本较低，也便于安装维修，??但因其聚光比较小，导致槽式系统的辐射损失较大。上世纪８０年代后期，美国??加利福尼亚州开始推行“太阳能热发电站”项目（ＳＥＧＳ），美国ＬＵＺ公司先后建??造了?９座槽式太阳能发电站，总装机容量达到３５４ＭＷ。ＳＥＧＳ太阳能热发电厂??的发电成本一般在１２－１４美分／（ｋＷ＊ｈ）左右，而以色列Ｓｏｌｅｌ公司在此基础上进一??步发展，可以将成本进一步降低到５．５美分／（ｋＷ＊ｈ）ｔ６］。希腊在１９９７年投运了克??里达槽式太阳能电站
可以将成本进一步降低到５．５美分／（ｋＷ＊ｈ）ｔ６］。希腊在１９９７年投运了克??里达槽式太阳能电站，装机容量为５０ＭＷ。２００７年，在美国内华达州圆石城的??沙漠中，一座６４ＭＷ的槽式太阳能发电厂正式投入运行Ｈ?（如图１．２所示）。??－：?．?＇：８??，．一……．：?論?３??；??图１．２Ｓｏｌａｒ〇ｎｅ发电厂（美国内华达州，２００７．６正式投入商业运营）??３??
太阳能系统镜面。美国ＭｃＤｏｎｎｅｌｌ?Ｄｏｕｇｌａｓ航天公司在２０世纪９０年代研发了一??个８７．７平方米的组合方形平面镜碟式聚光系统，输出功率为９０?ｋＷ，聚光效率??可以达到８８％左右［４１Ｌ图１．３展示了澳大利亚国立大学（ＡＮＵ）在１９９４年设计??的一个４００平方米的ＡＮＵ‘ＳＧ３’太阳能碟式镜面系统原型，该系统由５４个三角??形球面镜组成，系统焦距为１３．１ｍ，系统边缘角为４６．６°?［４２］。随后以色列的本？古??里安大学建成了类似的Ｉｓｒａｅｌ?ｄｉｓｈ系统【４３］？但每个三角形球面镜是由长方形镜面??切割成梯形镜面后再组装出来的，十分耗费成本。所以在澳大利亚政府部门的支??持下，ＡＮＵ在２０１１年又设计建造了一个５００平方米的ＡＮＵ５００碟式镜面原型??系统［４４］，如图１．５所示。它是由３８０个相同的１．１７ｍ＊丨．１７ｍ方形球面镜组成，系??统焦距为１３．４ｍ。同年，Ｌｉｌｉｆａｎｇ和Ｓｔｅｖｅｎ［４５］提出了平面镜组合镜面技术，用电??缆将多个平面镜的底部连接在同一处成碟式状，制造了一个开口直径为５６０ｍｍ??测试规模的碟式组合镜面。刘志强和Ｊｕｓｔｉｎ等［４６］在２０１２年设计了一个由１６４块??平面镜组成的８．１５ｋＷ碟式系统
【参考文献】
本文编号：2893949
【学位单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TK513.1
【部分图文】：
?．??图１．丨八达岭塔式太阳能发电站（北京，２０１２）??槽式聚光太阳能系统是将太阳光经柱面镜反射后聚焦到中空接收聚热管处，??目前己经实现了商业化运行。槽式系统的设备简单，成本较低，也便于安装维修，??但因其聚光比较小，导致槽式系统的辐射损失较大。上世纪８０年代后期，美国??加利福尼亚州开始推行“太阳能热发电站”项目（ＳＥＧＳ），美国ＬＵＺ公司先后建??造了?９座槽式太阳能发电站，总装机容量达到３５４ＭＷ。ＳＥＧＳ太阳能热发电厂??的发电成本一般在１２－１４美分／（ｋＷ＊ｈ）左右，而以色列Ｓｏｌｅｌ公司在此基础上进一??步发展，可以将成本进一步降低到５．５美分／（ｋＷ＊ｈ）ｔ６］。希腊在１９９７年投运了克??里达槽式太阳能电站
可以将成本进一步降低到５．５美分／（ｋＷ＊ｈ）ｔ６］。希腊在１９９７年投运了克??里达槽式太阳能电站，装机容量为５０ＭＷ。２００７年，在美国内华达州圆石城的??沙漠中，一座６４ＭＷ的槽式太阳能发电厂正式投入运行Ｈ?（如图１．２所示）。??－：?．?＇：８??，．一……．：?論?３??；??图１．２Ｓｏｌａｒ〇ｎｅ发电厂（美国内华达州，２００７．６正式投入商业运营）??３??
太阳能系统镜面。美国ＭｃＤｏｎｎｅｌｌ?Ｄｏｕｇｌａｓ航天公司在２０世纪９０年代研发了一??个８７．７平方米的组合方形平面镜碟式聚光系统，输出功率为９０?ｋＷ，聚光效率??可以达到８８％左右［４１Ｌ图１．３展示了澳大利亚国立大学（ＡＮＵ）在１９９４年设计??的一个４００平方米的ＡＮＵ‘ＳＧ３’太阳能碟式镜面系统原型，该系统由５４个三角??形球面镜组成，系统焦距为１３．１ｍ，系统边缘角为４６．６°?［４２］。随后以色列的本？古??里安大学建成了类似的Ｉｓｒａｅｌ?ｄｉｓｈ系统【４３］？但每个三角形球面镜是由长方形镜面??切割成梯形镜面后再组装出来的，十分耗费成本。所以在澳大利亚政府部门的支??持下，ＡＮＵ在２０１１年又设计建造了一个５００平方米的ＡＮＵ５００碟式镜面原型??系统［４４］，如图１．５所示。它是由３８０个相同的１．１７ｍ＊丨．１７ｍ方形球面镜组成，系??统焦距为１３．４ｍ。同年，Ｌｉｌｉｆａｎｇ和Ｓｔｅｖｅｎ［４５］提出了平面镜组合镜面技术，用电??缆将多个平面镜的底部连接在同一处成碟式状，制造了一个开口直径为５６０ｍｍ??测试规模的碟式组合镜面。刘志强和Ｊｕｓｔｉｎ等［４６］在２０１２年设计了一个由１６４块??平面镜组成的８．１５ｋＷ碟式系统
【参考文献】
相关期刊论文 前7条
1 王云峰;季杰;李明;陈海飞;;多平面镜线性组合太阳能聚光器的设计和聚光特性[J];光学学报;2016年04期
2 王志峰;;兆瓦级塔式太阳能热发电实验电站[J];现代物理知识;2013年02期
3 刘建明;陈革;章其初;;碟式斯特林太阳能发电系统最新进展[J];中外能源;2011年04期
4 张耀明;;太阳能热发电技术[J];山西能源与节能;2009年03期
5 Robert Peltier;徐慧超;;太阳能热发电技术在美国内华达州Solar One发电厂的应用[J];上海电力;2009年01期
6 杨敏林;杨晓西;林汝谋;袁建丽;;太阳能热发电技术与系统[J];热能动力工程;2008年03期
7 罗智慧;龙新峰;;槽式太阳能热发电技术研究现状与发展[J];电力设备;2006年11期
本文编号：2893949
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