CN112696835B - 一种聚光式太阳能发电站的性能考核试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种聚光式太阳能发电站的性能考核试验方法，其用于对聚光式太阳能发电站的年发电量∑P和设备投入率a进行性能考核试验。其预先对聚光式太阳能发电的工作状态进行定义，聚光式太阳能发电站运行一个考核年度，只存在以下四个工作状态，将其定义如下：1、设计工作日运行状态，假设运行工作日天数为S1；2、非设计工作日运行状态，假设运行工作日天数为S2；3、聚光性能偏离运行状态，假设运行工作日天数为S3；4、停运状态，假设停运工作日天数为S4。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能发电的技术领域，具体为一种聚光式太阳能发电站的性能考核试验方法。
背景技术
聚光式太阳能发电站，又简称光热电站、CSP电站，是一种使用光学装置汇聚太阳辐射能，投射到集热管道，加热管内工质，借助工质传递热量加热循环水产生推动汽轮机蒸汽，蒸汽机带动发电机发电的发电方式。
当前聚光式太阳能电站分为太阳能聚光集热系统，储能系统和蒸汽发电系统，其一个完整的工作日运行状态为，太阳升起达到聚光条件是，聚光集热系统将太阳辐射能转化为热能，通过储能系统收集并传递给蒸汽发电系统发电，随着太阳的落下，此时聚光集热系统停止工作，储能系统开始逆向运行，将白天储存的热量传输给发电系统继续发电直至太阳重新升起，因此可以实现24小时不间断发电运行。
任何发电站在建成投产时，乙方和甲方都会约定一个性能保证值作为评价电站性能水平的依据，为了验证投产后的电站真实性能是否达到保证值，通常采用的做法是对电站进行性能考核试验。聚光式太阳能发电站投产前，甲方和乙方约定的性能保证值通常为电站的标准年发电量∑P和设备投入率a。
常规燃煤电站或者联合循环电站由于发展成熟，其性能考核试验执行方法有着权威的性能考核试验标准可以参考，如美国的ASME标准，中国的GB等性能试验标准等，这些标准详细的规定的相应电厂性能考核试验的试验方法和计算方法，因此常规电站性能考核试验的执行一般不存在问题。但由于聚光式太阳能发电站作为发电领域的新事物，聚光式太阳能发电站投产性能考核试验在国际上和国内都没有相关的试验标准可以参考，而且由于光热发电的技术特殊性，根据国际上的专家预测，在未来相当长的时间内，聚光式太阳能发电站性能考核试验标准都难以发布，由此，因为没有权威的性能试验标准作为依据，聚光式太阳能发电站的性能考核试验执行，存在着相当大的不确定性，基本没有形成一个通用的试验方法。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种聚光式太阳能发电站的性能考核试验方法，其用于对聚光式太阳能发电站的年发电量∑P和设备投入率a进行性能考核试验，其可以有效的解决当前针对聚光式太阳能发电站缺乏通用性能考核试验方法的缺陷，大大节省了聚光式太阳能发电站性能考核试验的成本，而且具备了相当的试验精度，对聚光式太阳能发电站的投产考核，有着极大的促进作用。
一种聚光式太阳能发电站的性能考核试验方法，其特征在于，其预先对聚光式太阳能发电的工作状态进行定义，聚光式太阳能发电站运行一个考核年度，只存在以下四个工作状态，将其定义如下：
a、设计工作日运行状态，假设运行工作日天数为S1；聚光式太阳能电站在设计环境参数、且聚光系统达到设计反射率的工作日下运行的状态；
b、非设计工作日运行状态，假设运行工作日天数为S2；聚光式太阳能电站在偏离了设计环境参数，但聚光系统达到设计反射率的工作日下运行的状态；
c、聚光性能偏离运行状态，假设运行工作日天数为S3；太阳能反射镜的性能直接影响聚光效率，刚投运的聚光式太阳能电站其聚光系统，即太阳反射镜均为清洁的，此时聚光系统运行在设计效率下，在运行一段时期后由于反射镜面脏污，其反射率会逐渐变低，聚光性能会逐渐下降，当严重影响发电效率时，需要对反射镜进行清洗，待全部镜场清洗完成后，聚光系统又回到设计效率，如此周而复始；
d、停运状态，假设停运工作日天数为S4；由于天气原因不适合太阳能发电、或者由于设备原因无法发电导致电站停运的状态；
由上述定义可知，聚光式太阳能电站每天只会运行在上述四个状态下，因此聚光式太阳能电站的年发电量∑P可由下式计算：
∑P＝∑PS1+S2+S3+∑PS4 (1)
根据该公式，由于∑PS4＝0，因此只需∑PS1+S2+S3达到相应的保证值即可；
根据聚光式太阳能发电站的工作状态，设定性能考核试验工况如下：
A、工况1：选取一个镜面完全清洗完毕，且太阳辐射量为年平均DNI值的工作日进行试验，测试时间为一个工作日，加装高精度试验专用仪表测试相关物理量，试验编号为TEST01；
B、工况2：选取一个镜面即将开始下一周期清洗，即镜场效率最低，且太阳辐射量为年平均DNI值的工作日进行试验，测试时间为一个工作日，加装高精度试验专用仪表测试相关物理量，试验编号为TEST02；
C、工况3：选取一个镜面清洗了一半，且太阳辐射量为年平均DNI值的工作日进行试验，测试时间为一个工作日，加装高精度试验专用仪表测试相关物理量，试验编号为TEST03；
D、工况4：选取一个镜面完全清洗完毕，且太阳辐射量DNI高于年平均值15％的工作日进行试验，测试一个工作日，加装高精度试验专用仪表测试相关物理量，试验编号为TEST04；
E、工况5：选取一个镜面完全清洗完毕，且太阳辐射量DNI低于年平均值15％的工作日进行试验，测试一个工作日，加装高精度试验专用仪表测试相关物理量，试验编号为TEST05；
F、考核年其它时间，采用运行低精度仪表，连续测试相关物理量，以每天为单位记录数据，编号为TESTi，其中统计因设备原因导致的停运小时数S；
I、根据TEST01、TEST02和TEST03的测试结果，可以拟合得到镜场效率变化对发电量的影响函数μ(G)；
II、根据TEST01、TEST04和TEST05的测试结果，可以拟合得到太阳辐射DNI变化对发电量的影响函数μ(DNI)；
III、再根据定义1中的已知函数关系，则可以将任意一天的机组的发电量，修正至设计环境条件下机组的发电量：
Pi设计＝Pi*μ(DNI)*μ(G)*μ(T)*μ(AP)*μ(H)*μ(v) (2)
而如果电站效率、设备可靠性以及考核年天气指标达到设计值，则理论上应有：
∑P＝∑S1+S2+S3 i＝1Pi设计＝∑S1+S2+S3 i＝1Pi*μ(DNI)*μ(G)*μ(T)*μ(AP)*μ(H)*μ(v)(3)
IV、将每天的TESTi中的测试数据代入公式(2)和公式(3)，即可判断∑P试验是否达到性能保证值∑P；
V、设备投入率a试验＝(1-S/365*24)*100％，然后即可判断a试验是否达到性能保证值a。
其进一步特征在于：
影响聚光式太阳能电站发电性能的外部环境参数包括太阳辐射强度DNI、环境温度T、大气压力AP、大气湿度H以及风速v，设计工作日运行状态即聚光式太阳能电站的外部环境因素达到或接近原始设计条件的工作日运行状态；
在一个考核年度内，由于四季的变化，环境参数会不断偏离原始设计的条件，而环境参数的变化会对聚光式太阳能电站的发电性能产生影响，其中环境温度T、大气压力AP、大气湿度H以及风速v四个参数对电站性能的影响函数μ(T)、μ(AP)、μ(H)和μ(v)一般都会在设计阶段由设备方给出，属于已知量，通常称之为环境因素对电站的性能修正曲线；
环境参数没有达到设计值的因素包括但不限于为多云、雾霾、季节因素。
采用本发明的技术方案后，其用于对聚光式太阳能发电站的年发电量∑P和设备投入率a进行性能考核试验，其操作性强，可以有效的解决当前针对聚光式太阳能发电站缺乏通用性能考核试验方法的缺陷，大大节省了聚光式太阳能发电站性能考核试验的成本，而且具备了相当的试验精度，对聚光式太阳能发电站的投产考核，有着极大的促进作用。
具体实施方式
一种聚光式太阳能发电站的性能考核试验方法，其预先对聚光式太阳能发电的工作状态进行定义，聚光式太阳能发电站运行一个考核年度，只存在以下四个工作状态，将其定义如下：
a、设计工作日运行状态，假设运行工作日天数为S1；聚光式太阳能电站在设计环境参数、且聚光系统达到设计反射率的工作日下运行的状态；
b、非设计工作日运行状态，假设运行工作日天数为S2；聚光式太阳能电站在偏离了设计环境参数，但聚光系统达到设计反射率的工作日下运行的状态；
c、聚光性能偏离运行状态，假设运行工作日天数为S3；太阳能反射镜的性能直接影响聚光效率，刚投运的聚光式太阳能电站其聚光系统，即太阳反射镜均为清洁的，此时聚光系统运行在设计效率下，在运行一段时期后由于反射镜面脏污，其反射率会逐渐变低，聚光性能会逐渐下降，当严重影响发电效率时，需要对反射镜进行清洗，待全部镜场清洗完成后，聚光系统又回到设计效率，如此周而复始；
d、停运状态，假设停运工作日天数为S4；由于天气原因不适合太阳能发电、或者由于设备原因无法发电导致电站停运的状态；
由上述定义可知，聚光式太阳能电站每天只会运行在上述四个状态下，因此聚光式太阳能电站的年发电量∑P可由下式计算：
∑P＝∑PS1+S2+S3+∑PS4 (1)
根据该公式，由于∑PS4＝0，因此只需∑PS1+S2+S3达到相应的保证值即可；
根据聚光式太阳能发电站的工作状态，设定性能考核试验工况如下：
A、工况1：选取一个镜面完全清洗完毕，且太阳辐射量为年平均DNI值的工作日进行试验，测试时间为一个工作日，加装高精度试验专用仪表测试相关物理量，试验编号为TEST01；
B、工况2：选取一个镜面即将开始下一周期清洗，即镜场效率最低，且太阳辐射量为年平均DNI值的工作日进行试验，测试时间为一个工作日，加装高精度试验专用仪表测试相关物理量，试验编号为TEST02；
C、工况3：选取一个镜面清洗了一半，且太阳辐射量为年平均DNI值的工作日进行试验，测试时间为一个工作日，加装高精度试验专用仪表测试相关物理量，试验编号为TEST03；
D、工况4：选取一个镜面完全清洗完毕，且太阳辐射量DNI高于年平均值15％的工作日进行试验，测试一个工作日，加装高精度试验专用仪表测试相关物理量，试验编号为TEST04；
E、工况5：选取一个镜面完全清洗完毕，且太阳辐射量DNI低于年平均值15％的工作日进行试验，测试一个工作日，加装高精度试验专用仪表测试相关物理量，试验编号为TEST05；
F、考核年其它时间，采用运行低精度仪表，连续测试相关物理量，以每天为单位记录数据，编号为TESTi，其中统计因设备原因导致的停运小时数S；
I、根据TEST01、TEST02和TEST03的测试结果，可以拟合得到镜场效率变化对发电量的影响函数μ(G)；
II、根据TEST01、TEST04和TEST05的测试结果，可以拟合得到太阳辐射DNI变化对发电量的影响函数μ(DNI)；
III、再根据定义1中的已知函数关系，则可以将任意一天的机组的发电量，修正至设计环境条件下机组的发电量：
Pi设计＝Pi*μ(DNI)*μ(G)*μ(T)*μ(AP)*μ(H)*μ(v) (2)
而如果电站效率、设备可靠性以及考核年天气指标达到设计值，则理论上应有：
∑P＝∑S1+S2+S3 i＝1Pi设计＝∑S1+S2+S3 i＝1Pi*μ(DNI)*μ(G)*μ(T)*μ(AP)*μ(H)*μ(v)(3)
IV、将每天的TESTi中的测试数据代入公式(2)和公式(3)，即可判断∑P试验是否达到性能保证值∑P；
V、设备投入率a试验＝(1-S/365*24)*100％，然后即可判断a试验是否达到性能保证值a。
其用于对聚光式太阳能发电站的年发电量∑P和设备投入率a进行性能考核试验，其操作性强，可以有效的解决当前针对聚光式太阳能发电站缺乏通用性能考核试验方法的缺陷，大大节省了聚光式太阳能发电站性能考核试验的成本，而且具备了相当的试验精度，对聚光式太阳能发电站的投产考核，有着极大的促进作用。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (4)
1.一种聚光式太阳能发电站的性能考核试验方法，其特征在于，其预先对聚光式太阳能发电的工作状态进行定义，聚光式太阳能发电站运行一个考核年度，只存在以下四个工作状态，将其定义如下：
a、设计工作日运行状态，假设运行工作日天数为S1；聚光式太阳能电站在设计环境参数、且聚光系统达到设计反射率的工作日下运行的状态；
b、非设计工作日运行状态，假设运行工作日天数为S2；聚光式太阳能电站在偏离了设计环境参数，但聚光系统达到设计反射率的工作日下运行的状态；
c、聚光性能偏离运行状态，假设运行工作日天数为S3；太阳能反射镜的性能直接影响聚光效率，刚投运的聚光式太阳能电站其聚光系统，即太阳反射镜均为清洁的，此时聚光系统运行在设计效率下，在运行一段时期后由于反射镜面脏污，其反射率会逐渐变低，聚光性能会逐渐下降，当严重影响发电效率时，需要对反射镜进行清洗，待全部镜场清洗完成后，聚光系统又回到设计效率，如此周而复始；
d、停运状态，假设停运工作日天数为S4；由于天气原因不适合太阳能发电、或者由于设备原因无法发电导致电站停运的状态；
由上述定义可知，聚光式太阳能电站每天只会运行在上述四个状态下，因此聚光式太阳能电站的年发电量∑P由下式计算：
∑P＝∑PS1+S2+S3+∑PS4 (1)
根据该公式，由于∑PS4＝0，因此只需∑PS1+S2+S3达到相应的保证值即可；
根据聚光式太阳能发电站的工作状态，设定性能考核试验工况如下：
A、工况1：选取一个镜面完全清洗完毕，且太阳辐射量为年平均DNI值的工作日进行试验，测试时间为一个工作日，加装高精度试验专用仪表测试相关物理量，试验编号为TEST01；
B、工况2：选取一个镜面即将开始下一周期清洗，即镜场效率最低，且太阳辐射量为年平均DNI值的工作日进行试验，测试时间为一个工作日，加装高精度试验专用仪表测试相关物理量，试验编号为TEST02；
C、工况3：选取一个镜面清洗了一半，且太阳辐射量为年平均DNI值的工作日进行试验，测试时间为一个工作日，加装高精度试验专用仪表测试相关物理量，试验编号为TEST03；
D、工况4：选取一个镜面完全清洗完毕，且太阳辐射量DNI高于年平均值15％的工作日进行试验，测试一个工作日，加装高精度试验专用仪表测试相关物理量，试验编号为TEST04；
E、工况5：选取一个镜面完全清洗完毕，且太阳辐射量DNI低于年平均值15％的工作日进行试验，测试一个工作日，加装高精度试验专用仪表测试相关物理量，试验编号为TEST05；
F、考核年其它时间，采用运行低精度仪表，连续测试相关物理量，以每天为单位记录数据，编号为TESTi，其中统计因设备原因导致的停运小时数S；
I、根据TEST01、TEST02和TEST03的测试结果，拟合得到镜场效率变化对发电量的影响函数μ(G)；
II、根据TEST01、TEST04和TEST05的测试结果，拟合得到太阳辐射DNI变化对发电量的影响函数μ(DNI)；
III、再根据公式(1)中的已知函数关系，则将任意一天的机组的发电量，修正至设计环境条件下机组的发电量：
Pi设计＝Pi*μ(DNI)*μ(G)*μ(T)*μ(AP)*μ(H)*μ(v) (2)
而如果电站效率、设备可靠性以及考核年天气指标达到设计值，则理论上应有：
∑P＝∑S1+S2+S3 i＝1Pi设计＝∑S1+S2+S3 i＝1Pi*μ(DNI)*μ(G)*μ(T)*μ(AP)*μ(H)*μ(v) (3)
环境温度T、大气压力AP、大气湿度H以及风速v四个参数对电站性能的影响函数分别为μ(T)、μ(AP)、μ(H)和μ(v)；
IV、将每天的TESTi中的测试数据代入公式(2)和公式(3)，即可判断∑P试验是否达到性能保证值∑P；
V、设备投入率a试验＝(1-S/365*24)*100％，然后即可判断a试验是否达到性能保证值a。
2.如权利要求1所述的一种聚光式太阳能发电站的性能考核试验方法，其特征在于：影响聚光式太阳能电站发电性能的外部环境参数包括太阳辐射强度DNI、环境温度T、大气压力AP、大气湿度H以及风速v，设计工作日运行状态即聚光式太阳能电站的外部环境因素达到或接近原始设计条件的工作日运行状态。
3.如权利要求1所述的一种聚光式太阳能发电站的性能考核试验方法，其特征在于：在一个考核年度内，由于四季的变化，这些环境参数会不断偏离原始设计的条件，而环境参数的变化会对聚光式太阳能电站的发电性能产生影响，其中环境温度T、大气压力AP、大气湿度H以及风速v四个参数对电站性能的影响函数μ(T)、μ(AP)、μ(H)和μ(v)都会在设计阶段由设备方给出，属于已知量，称之为环境因素对电站的性能修正曲线。
4.如权利要求1所述的一种聚光式太阳能发电站的性能考核试验方法，其特征在于：环境参数没有达到设计值的因素包括多云、雾霾、季节因素。
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