CN103838251B - 一种塔式太阳能热发电站定日镜的调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种塔式太阳能热发电站中的定日镜的控制方法，解决吸热器表面局部过热的问题。本装置包括集热塔，集热塔顶部设置吸热器，围绕集热塔设置有复数个将太阳光反射到吸热器表面的定日镜组成定日镜场，其特征在于：所述吸热器表面划分为若干网格状的吸热区域，所述定日镜场划分为若干个定日镜组，每个定日镜组包含若干个定日镜，所述吸热器表面的各吸热区域与定日镜组一一对应，各定日镜组中的定日镜反射目标为对应吸热区域的几何中心，各吸热区域均设有独立的温控装置，当某吸热区域温控装置监测到信号超过设定值，将该吸热区域对应的定日镜组中的若干定日镜反射目标调度到设定范围内的邻近吸热区域。本发明能最大限度保证吸热器表面能量的均匀分布，避免吸热器表面局部过热的情况。

Description

一种塔式太阳能热发电站定日镜的调度方法

技术领域

本发明属于太阳能热发电领域，涉及一种塔式太阳能热发电站中的定日镜的控制方法，具体涉及一种控制定日镜投射到吸热器上的调度方法。

技术背景

定日镜场是塔式太阳能热发电站的重要组成部分，是由众多定日镜组成的定日镜群，用于将太阳光反射到塔的吸热器上。现有的塔式太阳能电站，通常是通过开环或者闭环的控制方法，使定日镜随着太阳位置的变动调整角度，实时将光斑投射到吸热器表面；通过对吸热器表面光斑的监测或者定日镜自身的校准系统，确定定日镜将反射太阳光形成的光斑投射到吸热器表面上的位置。然而，仅仅确保定日镜对太阳的跟踪，还是不足够的。塔式太阳能电站，通常具有数量庞大的定日镜，不同位置的定日镜，在不同的时间，投射到吸热器表面的光斑大小和强度都不相同，另外还有比如云层遮挡等等原因，都会导致吸热器表面不同位置的温度，经常处于变化中，如果某个时刻投射到吸热器表面某处的光能过多，就可能造成吸热器表面局部过热，严重的可能引起设备故障。塔式太阳能热发电站要保证电站的长期正常运行，就要保证吸热器的安全，就要在追日跟踪之外，对定日镜设计额外的调度方法，这在塔式太阳能热发电站的定日镜控制技术中，是至关重要的难题。

发明内容

本发明的目的在于针对塔式太阳能热发电站定日镜反射到吸热器上的能量可能导致吸热器局部过热的问题，提供一种调度定日镜反射到吸热器表面的位置，控制能量分布的定日镜调度方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种塔式太阳能热发电站定日镜的调度方法，包括集热塔，集热塔顶部设置吸热器，围绕集热塔设置有复数个将太阳光反射到吸热器表面的定日镜组成定日镜场，所述吸热器表面划分为若干网格状的吸热区域，所述定日镜场划分为若干个定日镜组，每个定日镜组包含若干个定日镜，所述吸热器表面的各吸热区域与定日镜组一一对应，各定日镜组中的定日镜反射目标为对应吸热区域的几何中心，各吸热区域均设有独立的温控装置，当某吸热区域温控装置监测到信号超过设定值，将该吸热区域对应的定日镜组中的若干定日镜反射目标调度到设定范围内的邻近吸热区域。通过对吸热器表面吸热区域、定日镜组的划分和对应，使吸热器表面的能量能处于平均分布的效果，并可以对单独吸热区域进行定点监控，当由于某些不可控因素，如一些定日镜光斑超出对应吸热区域范围导致周边吸热区域能量过高等问题，导致吸热区域温度过高或者温度升高速度过快时，能对定日镜组内的定日镜进行调整反射目标，进行能量分流。

作为优选，所述定日镜组划分每隔一段时间进行重新计算划分，计算t时刻各定日镜反射到吸热器表面的能流密度，根据各定日镜能流密度划分定日镜组，使各吸热区域之间能流密度均匀分配。不同时间段的日照强度有所区别，因此定时对定日镜组进行重新划分，保证能量分布均匀。而同一时间段中的日照变化产生的影响可以通过温控装置进行调节。

作为优选，所述各定日镜组均具有一个或几个基准定日镜，各基准定日镜和吸热区域对应关系恒定，定日镜组划分界限在相邻两组的基准定日镜之间划定。对定日镜组的划分范围进行基本定位，保证基准定日镜和对应吸热区域之间具有较佳的反射角度，而基准定日镜周边的定日镜可以理论上认为与基准定日镜具有相同的光照和反射情况，以基准定日镜的计算结果为参照。

作为优选，定日镜组划分计算方法如下：某时刻t，计算定日镜n反射到对应吸热区域的能量，其中，DNI(t)为太阳辐射度，S为定日镜反射面积，为余弦效率，为定日镜的反射率（包括受反射镜材料，工艺，表面清洁度影响，短时间内为常数），为定日镜阴影、遮挡损失，为大气透射率，为溢出损失（包括光斑超出对应吸热区域面积的溢出、吸热器边界溢出等）；定日镜场投射到吸热器上表面的总能量，S’为吸热器表面有效面积；则t时刻吸热器表面的能流密度为，每个定日镜组选取基准定日镜作为周围定日镜的代表计算能流密度，单个定日镜投射的能流密度为，其中是定日镜n投射到吸热器表面的光斑大小，根据以上计算，在t时刻吸热器表面某吸热区域对应的定日镜组的定日镜数为。计算结果定日镜数在计算后进行取整，而通过取整造成的定日镜计算数目和实际数目的差距，可以通过定日镜数目较多的定日镜组之间进行调剂。定日镜反射到对应吸热区域之外或者溢出吸热器边界的部分等不可控因素在计算过程中采用系数进行平衡，使计算结果能从理论上满足能量均匀分布的需求，而不可控因素造成的影响可以利用温控装置根据实际工作情况进行二次平衡。

作为优选，所述温控装置监测信号包括吸热区域的温度T和温度变化速度值△T，任意一个信号超过设定值均对定日镜进行调度。

作为优选，单次调度的定日镜数量根据温度变化速度值△T确定，△T越大则调度定日镜数量越多。

作为优选，所述邻近吸热区域设定为相邻吸热区域，或设定为与原对应吸热区域间隔小于P的吸热区域，P为正整数。邻近吸热区域的范围可以根据吸热器表面的实际面积大小与单个吸热区域大小进行设定，可以设定为相邻或者间隔若干区域内，而设定P值时考虑反射角度的问题，若吸热器为环形或者扇形，保证可调节的邻近区域小于120度的扇形区域内。

作为优选，当某吸热区域温控装置监测到信号超过设定值，将需要调度的定日镜反射目标调度到各邻近的温度最低的吸热区域。

本发明对定日镜场和吸热器表面进行区域分割对应进行调度，能最大限度保证吸热器表面能量的均匀分布，避免吸热器表面局部过热的情况；定日镜调度过程采用理论计算和温控装置监控调节结合的方式，提高了系统运行的可靠性。

附图说明

图1是本发明定日镜组的一种划分方式示意图。

图2是本发明吸热区域的一种划分方式示意图。

图中：1.吸热器，2.集热塔，3.定日镜场，4.定日镜组，5.基准定日镜，6.吸热区域。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明进一步说明。

实施例：一种塔式太阳能热发电站定日镜的调度方法，如图1所示。塔式太阳能热发电站的吸热器1安装在集热塔2顶部，定日镜场3由众多的定日镜组成，定日镜将太阳光反射到吸热器1表面。图1局部地展示了镜场3划分的情况，镜场3划分为若干定日镜组4：a1，a2，a3……；b1，b2，b3……；c1，c2，c3……。被划分到各个定日镜组内的定日镜，在吸热器1表面具有相同的反射目标区域。相应的，如图2所示，吸热器1的表面，划分为若干吸热区域6：A1，A2，A3……；B1，B2，B3……；C1，C2，C3……，在每个区域背面，都设置有温控装置。

定日镜组4和吸热区域6，具有一一对应关系：a1-A1，b2-B2，c3-C3……，每个定日镜组4中均设有一个基准定日镜5，基准定日镜与吸热区域的对应关系保持不变。定日镜组4的分组是这样得到的：某时刻t，计算定日镜n反射到对应吸热区域的能量，其中，DNI(t)为太阳辐射度，S为定日镜反射面积，为余弦效率，为定日镜的反射率（受反射镜材料，工艺，表面清洁度等影响，短时间内为常数），为定日镜阴影、遮挡损失，为大气透射率，为溢出损失（包括光斑超出对应吸热区域面积的溢出、吸热器边界溢出等）。定日镜场反射到吸热器上表面的总能量，S’为吸热器表面有效面积，则t时刻吸热器表面的能流密度为。计算过程中，可以仅选取基准定日镜进行计算，基准定日镜周边的区域认为和基准定日镜具有默认等同的工作情况以减少计算量。

定日镜场通过基准定日镜进行基本的区域划分，因为相邻的定日镜在同一时刻，具有很接近的工作情况。也就是说，在同一时刻相邻的定日镜具有相近的，以基准定日镜作为定日镜组的代表，光斑的能流密度，其中是反射到吸热器表面的光斑大小。根据以上计算，在t时刻投射到吸热器表面某吸热区域的，对应的定日镜场的区域内的定日镜数是。计算结果定日镜数在计算后进行取整，而通过取整造成的定日镜计算数目和实际数目的差距，可以通过定日镜数目较多的定日镜组之间进行调剂。这样，根据计算的数量在相邻定日镜组的基准定日镜之间进行界限划分，保证吸热器表面各个区域的能流密度，都在附近。

从上述的计算可以看出，不同时间的日照对结果是有影响的，因此，每隔一定的时间，通过以上方法，可以确定一次吸热器1上吸热区域A1，A2，A3……和定日镜场3中定日镜组a1，a2，a3……的对应关系。其中，定日镜组内的定日镜还有人为地更细致的划分，例如，定日镜组a1中的定日镜，划分为a11，a12，a13……，也可以对定日镜场中的定日镜进行总体编号。在电站运行过程中，如果吸热器背面的温控装置检测到某个或者某些吸热区域的温度T或者温度升高速度△T超过设定值，则选定吸热区域，搜索相邻的温度最低的吸热区域，将对应定日镜组中的一部分定日镜的反射目标，修改为温度最低的吸热区域。当某个吸热区域温度过高，则找出附近温度最低的吸热区域,根据超过警戒温度的程度和该区域对应的的定日镜组组内的定日镜，来计算出调整的数目和具体编号，根据温度升高速度，根据热力学方法计算出所需调整的最少定日镜数目，将其反射目标修改为温度最低的吸热区域，并继续观察温度情况，不断依此法调整。例如吸热区域A1温度过高，经过计算，修改定日镜组a1中的a11，a12，a13……的反射目标，使它们的光斑反射到A1附近温度最低的吸热区域，如果A1的温度依然超过警戒温度，或者A1的温度升高速度依然过快，则进行再一次计算，修改A1吸热区域对应的更多定日镜的反射目标。每次修改定日镜的反射目标，都依赖控制中心的计算，在短时间内改变若干定日镜的反射目标，达到迅速缓解吸热器表面局部过热的问题的目的。以上的调度方式，导致在实时运行中，吸热器表面某个吸热区域W1内，可能有对应的定日镜组w1之外定日镜的光斑，比如有a11，b11……如果运行过程中，吸热区域W1的温度过高，或者温度升高速度过快，则优先调度实时反射到吸热区域W1中的非w系列的定日镜，比如a11，b11……。全部调度过程在电站控制中心的计算机上计算完成，由工作人员负责监视。

在太阳能热发电站的运行中，定日镜的跟踪反射结合以上的调度方法，就可以避免吸热器表面发生局部过热烧毁的隐患，极大地增强了太阳能热发电站的稳定性，提高了电站整体的工作效率。

Claims (6)

1.一种塔式太阳能热发电站定日镜的调度方法，包括集热塔，集热塔顶部设置吸热器，围绕集热塔设置有复数个将太阳光反射到吸热器表面的定日镜组成定日镜场，其特征在于：所述吸热器表面划分为若干网格状的吸热区域，所述定日镜场划分为若干个定日镜组，每个定日镜组包含若干个定日镜，所述吸热器表面的各吸热区域与定日镜组一一对应，各定日镜组中的定日镜反射目标为对应吸热区域的几何中心，各吸热区域均设有独立的温控装置，当某吸热区域温控装置监测到信号超过设定值，将该吸热区域对应的定日镜组中的若干定日镜反射目标调度到设定范围内的邻近吸热区域，所述温控装置监测信号包括吸热区域的温度T和温度变化速度值△T，任意一个信号超过设定值均对定日镜进行调度，所述定日镜组划分每隔一段时间进行重新计算划分，计算t时刻各定日镜反射到吸热器表面的能流密度，根据各定日镜能流密度划分定日镜组，使各吸热区域之间能流密度均匀分配。

2.根据权利要求1所述的一种塔式太阳能热发电站定日镜的调度方法，其特征在于：所述各定日镜组均具有一个或几个基准定日镜，各基准定日镜和吸热区域对应关系恒定，定日镜组划分界限在相邻两组的基准定日镜之间划定。

3.根据权利要求1或2所述的一种塔式太阳能热发电站定日镜的调度方法，其特征在于：定日镜组划分计算方法如下：某时刻t，计算定日镜n反射到对应吸热区域的能量P_n(t)＝DNI(t)·S·η_nc(t)·η_nr·η_ne(t)·η_na·η_ns，其中，DNI(t)为太阳辐射度，S为定日镜反射面积，η_nc(t)为余弦效率，η_nr为定日镜的反射率，η_ne(t)为定日镜阴影、遮挡损失，η_na为大气透射率，η_ns为溢出损失；定日镜场投射到吸热器上表面的总能量P(t)＝∑P_n(t)，S’为吸热器表面有效面积；则t时刻吸热器表面的能流密度为每个定日镜组选取基准定日镜作为周围定日镜的代表计算能流密度，单个定日镜投射的能流密度为其中是定日镜n投射到吸热器表面的光斑大小，根据以上计算，在t时刻吸热器表面某吸热区域对应的定日镜组的定日镜数为num＝f‘(t)/f_n(t)。

4.根据权利要求1所述的一种塔式太阳能热发电站定日镜的调度方法，其特征在于：单次调度的定日镜数量根据温度变化速度值△T确定，△T越大则调度定日镜数量越多。

5.根据权利要求1所述的一种塔式太阳能热发电站定日镜的调度方法，其特征在于：所述邻近吸热区域设定为相邻吸热区域，或设定为与原对应吸热区域间隔小于P的吸热区域，P为正整数。

6.根据权利要求1或2或4或5所述的一种塔式太阳能热发电站定日镜的调度方法，其特征在于：当某吸热区域温控装置监测到信号超过设定值，将需要调度的定日镜反射目标调度到各邻近的温度最低的吸热区域。