CN111609572A - 一种槽式太阳能集热系统性能测试方法 - Google Patents

一种槽式太阳能集热系统性能测试方法 Download PDF

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heat collection
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performance
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张子楠
董军
张亚南
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Cgn Solar Energy Delhi Co ltd
CGN Wind Energy Ltd
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Cgn Solar Energy Delhi Co ltd
CGN Wind Energy Ltd
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    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S40/00—Safety or protection arrangements of solar heat collectors; Preventing malfunction of solar heat collectors
    • F24S40/90—Arrangements for testing solar heat collectors
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers

Abstract

本发明涉及一种槽式太阳能集热系统性能测试方法，属于槽式太阳能发电的技术领域；其包括步骤：（1）流量设置到稳定状态后开始测试，连续测量进出口温度、流量、压力、法向直接辐照量、温度、湿度、风力参数；（2）计算导热介质热物性；（3）计算集热功率；（4）计算效率；（5）分析集热功率不确定度；（6）分析集热效率不确定度；（7）数据汇总整理得出结果。本发明具有方便对槽式集热系统性能进行检测，有助于槽式太阳能热发电站集热系统性能评价及验收。

Description

一种槽式太阳能集热系统性能测试方法
技术领域
本发明涉及槽式太阳能发电的技术领域，尤其是涉及一种槽式太阳能集热系统性能测试方法。
背景技术
槽式太阳能热发电系统全称为槽式抛物面反射镜太阳能热发电系统，是将多个槽式抛物面聚光集热器经过串并联的排列，加热工质，产生高温蒸汽，驱动汽轮机发电机组发电；槽式太阳能热发电系统一般采用导热油作为导热介质，采用熔融盐作为蓄热介质，采用水蒸汽作为发电介质；槽式集热器是一种在野外恶劣环境中工作的精密光学设备。
由于光热发电在国内处于发展初期，国内对于槽式太阳能热发电集热器施工建设及电站性能测试都缺乏经验，故对于槽式太阳能集热系统性能的测试存在空白。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种槽式太阳能集热系统性能测试方法。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种槽式太阳能集热系统性能测试方法，包括以下步骤：
(1)流量设置到稳定状态后开始测试，连续测量进出口温度、流量、压力、法向直接辐照量、温度、湿度、风力参数；
(2)计算导热介质热物性；
(3)计算集热功率；
(4)计算效率；
(5)分析集热功率不确定度；
(6)分析集热效率不确定度；
(7)数据汇总整理得出结果。
通过采用上述技术方案，通过以上步骤的配合，能够对集热系统中的各个数据进行测量，然后对各个数据进行计算，最后对测量、计算出的数据进行整理，从而能够对集热系统的性能进行测试，得到集热系统能否适应恶劣的环境稳定运行的结果，进而对槽式光热电站是否满足设计要求进行判断，保证槽式光热电站高效稳定的运行。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤(1)之前还设有步骤(0)实验前准备，实验前准备包括在开始实验之前确认实验前置条件，实验前置条件包括以下三方面；
①确定槽式太阳能光热发电站集热系统相关试验需在电站正常运行后进行；
②确保试验期间法向直接辐照度最大值大于600W/m2；
③设置集热器的导热介质流量、温度进行限定，确定导热介质流量、温度集热器安全运行允许范围。
通过采用上述技术方案，通过三个方面的实验前期准备，能够使集热系统处于假想工作状态下，进而能够对集热系统性能进行更好的测试，使测试的结果更加准确，减少意外因素对性能测试造成的影响。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤(0)实验前准备还包括开始测试前保证集热系统运行时间大于4倍系统时间常数Ts，且大于15分钟，其中系统时间常数Ts定义为出口温度达到总温升的63.2％所需的时间。
通过采用上述技术方案，使集热系统处于负荷的工作状态中，能够使集热系统的测试结果更加准确。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步步骤(0)实验前准备还包括试验时间选在真太阳时上午9点与下午3点之间，每次试验时间大于10分钟。
通过采用上述技术方案，天空中太阳没有遮挡时，9点到3点的太阳光照强度为一天中最强的时间段，进而能够在接近极限的情况下对集热系统进行测试，试验时间大于10分钟，能够使测试的结果更加准确。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：设定所述步骤(1)中各个参数的采集时间间隔参为：
导热介质质量流量、压力、温度≤10s；
环境风速、风向、温度、湿度≤1min；
太阳光法向直接辐照量≤10s。
通过采用上述技术方案，能够尽量使测得的数据更加客观，进而减少特殊情况的发生，进而提高对集热性能测试的准确性。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤(2)中导热介质热物性计算包括以下两个方面的计算：
导热介质密度计算：
ρ＝a+bT+cT2+dT3·······················(1)
导热介质比热计算：
cp＝e+fT+gT2·······················(2)。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤(3)集热功率计算采用下列公式；
Figure BDA0002504899950000031
其中：P——集热场热功率，kW；
Figure BDA0002504899950000032
—导热介质(HTF)质量流量，kg/s；
cp，out——导热介质出口定压比热容，kJ/(kg·K)；
cp，in——导热介质入口定压比热容，kJ/(kg·K)；
Tout——导热介质出口温度，K；
Tin——导热介质入口温度，K。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤(4)中效率计算采用下列公式：
Figure BDA0002504899950000033
其中：
η——热效率，％；
θ——试验过程中的平均太阳入射角，单位：°；
A——试验过程中跟踪模式下的集热场采光口面积，m2，由集热器采光口长度和宽度乘积获得；
ANI——采光口垂直辐照；
DNI——法向直接辐照；
其中ANI＝DNI*cosθ。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤(5)中集热功率不确定度分析采用下列公式计算；
Figure BDA0002504899950000034
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述步骤(6)集热效率不确定度分析采用下列公式计算；
Figure BDA0002504899950000035
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1.通过步骤1-7能够对集热系统中的各个参数进行测量，最后对测量的结果进行汇总整理计算，能够得出当前集热系统的性能，达到对集热系统性能进行测试的目的，有助于槽式光热电站集热系统性能验收及电站稳定的运行；
2.通过计算公式1-6能够对侧得的各个数据进行计算，进而能够得出导热介质密度、导热介质比热、集热场功率、效率、集热功率不确定、集热效率不确定的数值，进而能够对集热系统的性能进行判定，得出最终的测试结果。
附图说明
图1是实施例中进出口温度以及流量测量点的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明公开了一种槽式太阳能集热系统性能测试方法，包括以下步骤：
(0)实验前准备；
(1)流量设置到稳定状态后开始测试，连续测量进出口温度、流量、压力、法向直接辐照量、温度、湿度、风力参数；
(2)计算导热介质热物性；
(3)计算集热功率；
(4)计算效率；
(5)分析集热功率不确定度；
(6)分析集热效率不确定度；
(7)数据汇总整理得出结果。
通过上述步骤能够对集热系统中各个参数进行收集，再对收集的参数进行整理比较，就能够对集热系统的性能进行评估，判断集热系统是否存在问题，有助于槽式光热电站集热系统的工程验收，保证槽式光热电站高效稳定运行。
步骤(0)实验前准备包括实验前置条件，实验前置条件包括以下三个方面：
①槽式太阳能光热发电站集热系统相关试验需在电站正常运行后进行。
②试验期间法向直接辐照度最大值不宜小于600W/m2。
③试验时集热器的导热介质流量、温度不得超出集热器安全运行允许范围。
通过以上三个步骤的准备工作，能够使系统处于正常工作的状态，进而能够减少意外因素对测试结果造成的影响，从而能够对集热系统的性能进行准确迅速的检测，方便对集热器施工建设及电站性能进行测试，方便对性能进行评估，进而有助于槽式光热电站集热系统工程的验收，保证槽式光热电站高效稳定的运行。
步骤(0)实验前准备还包括开始测试前集热系统应先保证运行时间大于4倍系统时间常数Ts；因为集热系统惯性的原因，所以要求集热系统应先保证运行时间大于4倍系统时间常数Ts，且Ts不得小于15分钟，系统时间常数Ts定义为出口温度达到总温升的63.2％所需的时间。同时，试验时间选在真太阳时上午9点与下午3点之间；这个时间段内的阳光照射强度最大，能够使集热系统尽量处于最大的负荷下进行工作，进而能够提高性能检测的准确性，每次试验时间应大于10分钟，从而能够检测不同时段的性能，进一步提高性能检测的准确性。
参照图1，步骤(1)中，将流量设置到稳定状态后开始测试，连续测量进出口温度、流量、压力、法向直接辐照量、温度、湿度、风力的环境参数；在集热系统的出入管道上对各个参数的采集时间间隔应满足表1要求。
表1参数测量时间间隔
测量对象 测量时间间隔
导热介质质量流量、压力、温度 ≤10s
环境风速、风向、温度、湿度 ≤1min
DNI ≤10s
反射镜反射率 试验前后各测量一次
其中，DNI——法向直接辐照。
步骤(2)计算导热介质热物性包括以下两个方面：
导热介质密度计算：
ρ＝a+bT+cT2+dT3·····················(1)
导热介质比热计算：
cp＝e+fT+gT2······················(2)
且式中a、b、c、d、e、f、g值根据不同的导热介质特性进行确定。
步骤(3)计算集热功率采用下列公式进行计算：
Figure BDA0002504899950000051
其中：P——集热场热功率，kW；
Figure BDA0002504899950000052
—导热介质(HTF)质量流量，kg/s；
cp，out——导热介质出口定压比热容，kJ/(kg·K)；
cp，in——导热介质入口定压比热容，kJ/(kg·K)；
Tout——导热介质出口温度，K；
Tin——导热介质入口温度，K。
步骤(4)计算效率采用下列公式进行计算，
Figure BDA0002504899950000061
其中：
η——热效率，％；
θ——试验过程中的平均太阳入射角，单位：°；
A——试验过程中跟踪模式下的集热场采光口面积，m2，由集热器采光口长度和宽度乘积获得；
ANI——采光口垂直辐照；
其中ANI＝DNI*cosθ。
步骤(5)分析集热功率不确定度采用下列公式进行分析：
Figure BDA0002504899950000062
步骤(6)分析集热效率不确定度，采用下列公式进行分析：
Figure BDA0002504899950000063
步骤(7)数据汇总整理得出结果，且在试验结果处理过程中，测量参数允许波动范围见表2，发现异常则应对所测数据进行修正或舍弃所测数据。
表2集热场试验期间运行参数允许波动范围
Figure BDA0002504899950000064
其中：ANI——采光口垂直辐照；其中ANI＝DNI*cosθ。
最后根据采集到的各个数据、参数，然后根据公式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)(6)对各个数据进行计算，进而得出最终的测试结果，对槽式集热系统的性能进行判断，进而对槽式光热电站能够交付进行判断。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种槽式太阳能集热系统性能测试方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)流量设置到稳定状态后开始测试，连续测量进出口温度、流量、压力、法向直接辐照量、温度、湿度、风力参数；
(2)计算导热介质热物性；
(3)计算集热功率；
(4)计算效率；
(5)分析集热功率不确定度；
(6)分析集热效率不确定度；
(7)数据汇总整理得出结果。
2.根据权利要求1所述的一种槽式太阳能集热系统性能测试方法，其特征在于：所述步骤(1)之前还设有步骤(0)实验前准备，实验前准备包括在开始实验之前确认实验前置条件，实验前置条件包括以下三方面；
①确定槽式太阳能光热发电站集热系统相关试验需在电站正常运行后进行；
②确保试验期间法向直接辐照度最大值大于600W/m2；
③设置集热器的导热介质流量、温度进行限定，确定导热介质流量、温度集热器安全运行允许范围。
3.根据权利要求1所述的一种槽式太阳能集热系统性能测试方法，其特征在于：所述步骤(0)实验前准备还包括开始测试前保证集热系统运行时间大于4倍系统时间常数Ts，且大于15分钟，其中系统时间常数Ts定义为出口温度达到总温升的63.2％所需的时间。
4.根据权利要求1所述的一种槽式太阳能集热系统性能测试方法，其特征在于：所述步步骤(0)实验前准备还包括试验时间选在真太阳时上午9点与下午3点之间，每次试验时间大于10分钟。
5.根据权利要求1所述的一种槽式太阳能集热系统性能测试方法，其特征在于：设定所述步骤(1)中各个参数的采集时间间隔参为：
导热介质质量流量、压力、温度≤10s；
环境风速、风向、温度、湿度≤1min；
太阳光法向直接辐照量≤10s。
6.根据权利要求1所述的一种槽式太阳能集热系统性能测试方法，其特征在于：所述步骤(2)中导热介质热物性计算包括以下两个方面的计算：
导热介质密度计算：
ρ＝a+bT+cT2+dT3·······················(1)
导热介质比热计算：
cp＝e+fT+gT2·······················(2)。
7.根据权利要求1所述的一种槽式太阳能集热系统性能测试方法，其特征在于：所述步骤(3)集热功率计算采用下列公式；
Figure FDA0002504899940000021
其中：P——集热场热功率，kW；
Figure FDA0002504899940000024
—导热介质(HTF)质量流量，kg/s；
cp，out——导热介质出口定压比热容，kJ/(kg·K)；
cp，in——导热介质入口定压比热容，kJ/(kg·K)；
Tout——导热介质出口温度，K；
Tin——导热介质入口温度，K。
8.根据权利要求1所述的一种槽式太阳能集热系统性能测试方法，其特征在于：所述步骤(4)中效率计算采用下列公式：
Figure FDA0002504899940000022
其中：
η——热效率，％；
θ——试验过程中的平均太阳入射角，单位：°；
A——试验过程中跟踪模式下的集热场采光口面积，m2，由集热器采光口长度和宽度乘积获得；
ANI——采光口垂直辐照；
DNI——法向直接辐照；
其中ANI＝DNI*cosθ。
9.根据权利要求1所述的一种槽式太阳能集热系统性能测试方法，其特征在于：所述步骤(5)中集热功率不确定度分析采用下列公式计算；
Figure FDA0002504899940000023
10.根据权利要求1所述的一种槽式太阳能集热系统性能测试方法，其特征在于：所述步骤(6)集热效率不确定度分析采用下列公式计算；
Figure FDA0002504899940000031
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