CN102374141B - 一种用于塔式太阳能热发电系统的定日镜镜场 - Google Patents
一种用于塔式太阳能热发电系统的定日镜镜场 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于塔式太阳能热发电系统的定日镜镜场，包括：接收器，用来接收定日镜反射的太阳光；定日镜阵列，用来接收太阳光并将太阳光反射到接收器上，所述阵列外围轮廓为弧线或弧线和直线的组合；热力系统，将热能转化为电能；能量输送管道，将接收器产生的热能运送到热力系统。本发明从镜场效率最优原则及热力系统综合效用最高原则出发对镜场进行布局，提供了一种定日镜阵列外围轮廓为弧线或弧线和直线组合的定日镜镜场。
Description
技术领域
本发明涉及塔式太阳能热发电领域，具体涉及太阳能热发电系统中的定日镜镜场。
背景技术
太阳能热发电系统是利用定日镜将太阳光反射到接收器上，然后通过接收器内的吸热工质如水、空气、液态金属或熔盐等将太阳辐射能转变为接收器输出的热能，最终产生高温高压的气体来推动蒸汽轮机或者燃气轮机进行发电。在太阳能热发电系统中，定日镜的投资成本占总资本的约50%，而且其布局方式将直接影响到整个系统的光电转换效率，因此定日镜的布局方式显得至关重要。
定日镜镜场的排布形式受到多种因素的影响，如土地面积、形状、接收面形状、定日镜数量等，目前比较常见的定日镜镜场边界形状多为矩形、菱形等规则多边形，该布局方式主要从简化镜场结构的角度出发，而未充分考虑镜场效率及热力系统综合效用。考虑到以上镜场布局存在的问题，本发明从镜场效率最优原则及热力系统综合效用最高原则出发对镜场进行布局，提供了一种定日镜阵列外围轮廓为弧线或弧线和直线组合的定日镜镜场。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明公开了一种用于塔式太阳能热发电系统的定日镜镜场，其解决了现有技术中，定日镜场的布局分布未充分考虑镜场效率及热力系统综合效用的技术问题。
本发明的技术方案如下：
一种用于塔式太阳能热发电系统的定日镜镜场，其包括：
接收器，用来接收定日镜反射的太阳光；
定日镜阵列，用来接收太阳光并将太阳光反射到接收器上，所述定日镜阵列外围轮廓为弧线或弧线和直线的组合；
热力系统，将热能转化为电能；
能量输送管道，将接收器产生的热能运送到热力系统。
较佳地，所述定日镜镜场以接收器为界，接收器以北为北镜场，以南为南镜场。
较佳地，所述定日镜镜场关于接收器东西向对称。
较佳地，所述定日镜镜场位于赤道时，南镜场和北镜场关于接收器南北向对称；定日镜镜场位于南半球或北半球时，南、北镜场的南北向宽度不等。
较佳地，所述定日镜镜场位于北半球时，北镜场的南北向宽度大于南镜场的南北向宽度，纬度越高，南、北镜 场的南北向宽度差越大。
较佳地，所述定日镜镜场位于南半球时，南镜场的南北向宽度大于北镜场的南北向宽度，纬度越高，南、北镜 场的南北向宽度差越大。
较佳地，所述定日镜镜场外围轮廓可以为蛋形、云朵形、胶囊形、鼓形、拱桥形的一种或者上述形状的组合。
较佳地，定日镜场由若干镜场模块组成。
较佳地，各镜场模块的接收器可采用同一吸热工质，也可采用不同吸热工质。
较佳地，接收器的吸热工质可以为水、熔盐、空气或液态金属。
较佳地，定日镜镜场包括供大型装吊设备和人员进出的具有一定宽度的通道。
较佳地，热力系统可安置于除定日镜阵列和通道外的任意空地。
较佳地，能量输送管道可预埋于地下，也可布置于地面。
定日镜镜场由若干镜场模块组成，各模块的接收器可采用同一吸热工质，也可采用不同吸热工质，其中吸热工质可以为水、熔盐、空气、液态金属等。各镜场模块的接收器采用非单一吸热工质有以下优点：若一种不易蓄热的吸热工质（如水）产生的蒸汽品质不够好，则可通过另一种易于蓄热的吸热工质（如融盐）将蒸汽品质提高，有利于提高热力系统的发电效率。对于采用易蓄热工质（如融盐）为接收器吸热工质的镜场模块，其定日镜阵列形式与该镜场中采用不易蓄热工质（如水）为接收器吸热工质的镜场模块的定日镜阵列形式不同。
根据镜场效率最优原则，定日镜镜场排布由镜场所处的地理位置决定。具体来说，当定日镜镜场位于赤道时，南北镜场关于接收器对称；当定日镜镜场位于北半球时，北镜场的南北向宽度大于南镜场的南北向宽度；当定日镜镜场位于南半球时，北镜场的南北向宽度小于南镜场的南北向宽度。
本发明的有益效果在于：
第一，采用模块化镜场，各镜场模块的接收器可采用同一吸热工质，也可采用不同吸热工质，根据接收器内吸热工质蓄热能力的不同，接收器所对应定日镜阵列的排布形式也有所不同。该设计打破了以往模块化镜场只是将定日镜阵列形式相同的若干模块进行简单组合的传统，有利于提高热力系统的发电效率，提高热发电系统的整体效率；
第二，定日镜阵列外围轮廓为弧线或弧线和直线的组合，该设计既兼顾了镜场整体效率，又能减少热力系统管路，降低管路安装、维护成本，提高热力系统综合效用；
第三，定日镜镜场排布由镜场所处的地理位置决定，在南半球或北半球，南、北镜场的南北向宽度不等。该设计有利于降低电站的占地成本，提高单位输出功率。
镜场基本设计属性设定相同的条件下，采用本发明所提供镜场可以较少的镜子数量获得较高的镜场效率，与传统规则多边形镜场相比，镜场效率可提高5%-10%。
附图说明
图1是本发明实施例一的镜场示意图；
图2是本发明实施例二的镜场示意图；
图3是本发明实施例三的镜场示意图；
图4是本发明实施例四的镜场示意图；
图5是本发明实施例五的镜场示意图；
图6是本发明实施例六的镜场示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，本发明所有实施例附图均以北半球为例。
实施例一
实施例一提供一种用于塔式太阳能热发电系统的定日镜镜场，如图1所示，本实施例的矩形地块51包括热力系统61及多个镜场模块71，但并不限于图示的镜场模块。定日镜阵列101、102与接收器3同属一镜场模块71，阵列101的轮廓近似云朵形，阵列102的轮廓近似拱桥形。阵列101位于接收器3的北侧，阵列102位于接收器3的南侧，阵列101与102关于接收器3东西向对称，阵列101南北向宽度大于阵列102南北向宽度。
定日镜将太阳光反射至接收器3，加热其中的吸热工质，由此产生的蒸汽由能量输送管道91传输至热力系统61，然后由热力系统61将热能转化为电能。其中，热力系统61的布置遵循能量输送管道91路径最短原则。
本实施例所提供镜场还包括通道81，通道81有足够的宽度供大型装吊设备和人员进出，对接收器3和定日镜等装置进行安装和维护，可根据当地土地条件对通道81进行改善。
本实施例所示各镜场模块71的接收器3采用同一吸热工质。
现将采用本实施例镜场计算所得镜场效率与传统矩形阵列镜场的镜场效率进行对比，对比数据如表1所示。
表1是本发明实施例一所提供镜场与传统矩形阵列镜场的镜场效率比较表。
由表1所示结果可见，在基本设计属性设定相同的条件下，采用本实施例镜场可以较少的镜子数量获得较高的镜场效率，与传统矩形阵列镜场相比，本实施例镜场效率提高了5.32%。限于篇幅，本发明仅对实施例一进行计算以说明本发明所提供镜场在提高镜场效率方面的有效性。
实施例二
实施例二提供一种用于塔式太阳能热发电系统的定日镜镜场，如图2所示，本实施例的矩形地块51包括热力系统61及多个镜场模块71，但并不限于图示的镜场模块。定日镜阵列103、104与接收器3同属一镜场模块71，模块71的轮廓近似鼓形。阵列103位于接收器3的北侧，阵列104位于接收器3的南侧，阵列103与104关于接收器3东西向对称，阵列103的南北向宽度大于阵列104的南北向宽度。
本实施例所提供镜场还包括通道81，通道81有足够的宽度供大型装吊设备和人员进出，对接收器3和定日镜等装置进行安装和维护，可根据当地土地条件对通道81进行改善。
定日镜将太阳光反射至接收器3，加热其中的吸热工质，由此产生的蒸汽由能量输送管道91传输至热力系统61，然后由热力系统61将热能转化为电能。其中，热力系统61的布置遵循能量输送管道91路径最短原则。
本实施例所示各镜场模块71的接收器3采用同一吸热工质。
实施例三
实施例三提供一种用于塔式太阳能热发电系统的定日镜镜场，如图3所示，本实施例的矩形地块51包括热力系统61、多个镜场模块71及模块72，但并不限于图示的镜场模块。定日镜阵列105、106与接收器3同属一镜场模块71，阵列105、106的轮廓近似胶囊形。阵列105位于接收器3的北侧，阵列106位于接收器3的南侧，阵列105与106关于接收器3东西向对称，阵列105南北向宽度大于阵列106南北向宽度。与模块72对应的接收器3采用与模块71的接收器3不同的吸热工质，模块72的定日镜阵列107轮廓为半鼓形；本例中模块72的接收器3采用融盐为吸热工质，模块71的接收器3采用水为吸热工质。
定日镜将太阳光反射至接收器3，加热其中的吸热工质，由此产生的蒸汽由能量输送管道91传输至热力系统61，然后由热力系统61将热能转化为电能。其中，热力系统61的布置遵循能量输送管道91路径最短原则。
本实施例所提供镜场还包括通道81，通道81有足够的宽度供大型装吊设备和人员进出，对接收器3和定日镜等装置进行安装和维护，可根据当地土地条件对通道81进行改善。
实施例四
实施例四提供一种用于塔式太阳能热发电系统的定日镜镜场，如图4所示，本实施例的矩形地块51包括热力系统61及多个镜场模块71，但并不限于图示的镜场模块。定日镜阵列108、109与接收器3同属一镜场模块71，模块71的轮廓近似蛋形。阵列108位于接收器3的北侧，阵列109位于接收器3的南侧，阵列108与109关于接收器3东西向对称，阵列108南北向宽度大于阵列109的南北向宽度，阵列108、109的南北向宽度由定日镜镜场的地理纬度决定，纬度越高，阵列108与阵列109的南北向宽度差越大；镜场位于南半球时，阵列108南北向宽度小于阵列109的南北向宽度；位于赤道附近时，阵列108与阵列109的南北向宽度相等。
本实施例所提供镜场还包括通道81，通道81有足够的宽度供大型装吊设备和人员进出，对接收器3和定日镜等装置进行安装和维护，可根据当地土地条件对通道81进行改善。
定日镜将太阳光反射至接收器3，加热其中的吸热工质，由此产生的蒸汽由能量输送管道91传输至热力系统61，然后由热力系统61将热能转化为电能。其中，热力系统61的布置遵循能量输送管道91路径最短原则。
本实施例所示各镜场模块71的接收器3采用同一吸热工质。
实施例五
实施例五提供一种用于塔式太阳能热发电系统的定日镜镜场，如图5所示，本实施例的矩形地块51包括热力系统61、多个镜场模块71及模块72，但并不限于图示的镜场模块。定日镜阵列110、111与接收器3同属一镜场模块71，阵列110的轮廓近似鼓形。阵列110位于接收器3的北侧，阵列111位于接收器3的南侧，阵列110与111以接收器3中心东西方向长度对称。其中阵列110南北向宽度大于阵列111南北向宽度。与模块72对应的接收器3采用与模块71的接收器3不同的吸热工质，模块72只有北镜场，采用定日镜阵列110。本例中模块72的接收器3采用融盐为吸热工质，模块71的接收器3采用水为吸热工质。
定日镜将太阳光反射至接收器3，加热其中的吸热工质，由此产生的蒸汽由能量输送管道91传输至热力系统61，然后由热力系统61将热能转化为电能。其中，热力系统61的布置遵循能量输送管道91路径最短原则。
本实施例所提供镜场还包括通道81，通道81有足够的宽度供大型装吊设备和人员进出，对接收器3和定日镜等装置进行安装和维护，可根据当地土地条件对通道81进行改善。
实施例六
实施例六提供一种用于塔式太阳能热发电系统的定日镜镜场，如图6所示，本实施例的矩形地块51包括热力系统61及多个镜场模块71，但并不限于图示的镜场模块。定日镜阵列112、113与接收器3同属一镜场模块71，阵列112的轮廓近似蛋形。阵列112位于接收器3的北侧，阵列113位于接收器3的南侧，阵列112与113关于接收器3东西向对称，阵列112的南北向宽度大于阵列113的南北向宽度。
定日镜将太阳光反射至接收器3，加热其中的吸热工质，由此产生的蒸汽由能量输送管道91传输至热力系统61，然后由热力系统61将热能转化为电能。其中，热力系统61的布置遵循能量输送管道91路径最短原则。
本实施例所提供镜场还包括通道81，通道81有足够的宽度供大型装吊设备和人员进出，对接收器3和定日镜等装置进行安装和维护，可根据当地土地条件对通道81进行改善。
本实施例所示各镜场模块71的接收器3采用同一吸热工质。
本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (10)
1.一种用于塔式太阳能热发电系统的定日镜镜场，其包括：
接收器，用来接收定日镜反射的太阳光；
通道，具有一定宽度，用于供大型装吊设备和人员进出；
定日镜阵列，用来接收太阳光并将太阳光反射到接收器上，其外围轮廓为弧线或弧线和直线的组合，一个接收器对应一个定日镜阵列或以接收器和通道为界的南、北两个定日镜阵列；
热力系统，将热能转化为电能；
能量输送管道，将接收器产生的热能运送到热力系统；
其特征在于，所述镜场采用外围轮廓为蛋形、云朵形、胶囊形、鼓形、拱桥形的弧线或弧线和直线组合形状的定日镜阵列的组合，且形成组合的阵列的外围轮廓形状不同。
2.根据权利要求1所述的定日镜镜场，其特征在于，进一步包括：
对于采用不止一个接收器的镜场，各接收器采用同一吸热工质或者采用不同吸热工质，根据接收器内吸热工质蓄热能力的不同，接收器所对应定日镜阵列外围轮廓形状也有不同。
3.根据权利要求1所述的定日镜镜场，其特征在于，所述定日镜阵列关于接收器东西向对称。
4.根据权利要求1所述的定日镜镜场，其特征在于，所述定日镜阵列位于赤道时，南阵列和北阵列关于接收器南北向对称；定日镜阵列位于南半球或北半球时，南、北阵列的南北向宽度不等。
5.根据权利要求4所述的定日镜镜场，其特征在于，所述定日镜阵列位于北半球时，北阵列的南北向宽度大于南阵列的南北向宽度，纬度越高，南、北阵列的南北向宽度差越大。
6.根据权利要求4所述的定日镜镜场，其特征在于，所述定日镜阵列位于南半球时，南阵列的南北向宽度大于北阵列的南北向宽度，纬度越高，南、北阵列的南北向宽度差越大。
7.根据权利要求1所述的定日镜镜场，其特征在于，定日镜阵列由若干阵列模块组成。
8.根据权利要求1所述的定日镜镜场，其特征在于，接收器的吸热工质为水、熔盐、空气或液态金属。
9.根据权利要求1所述的定日镜镜场，其特征在于，热力系统安置于除定日镜阵列和通道外的任意空地。
10.根据权利要求1所述的定日镜镜场，其特征在于，能量输送管道预埋于地下或者布置于地面。
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