CN113587461B - 太阳能吸热器热效率的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太阳能热发电技术领域，公开了一种太阳能吸热器热效率的测试方法，包括如下步骤：在第一时间段内，稳定运行太阳能吸热器；在以规定比例N升高或者降低入射功率后的第二时间段内，稳定运行太阳能吸热器，其中，在第一时间段内和第二时间段内，太阳能吸热器的进出口传热工质状态一致；根据太阳能吸热器在第一时间段内和在第二时间段内的输出功率P_outpA、P_outpB以及N，确定热效率。本发明提供的太阳能吸热器热效率的测试方法，只需测量测试期间内吸热器进出口温度、压力和流量,即可测试太阳能吸热器的热效率，对电站运行的干扰小、测试成本低，能够实现对太阳能吸热器性能的验收工作，并可为以后的优化运行提供指导。

Description

太阳能吸热器热效率的测试方法

技术领域

本发明涉及太阳能热发电技术领域，特别涉及一种太阳能吸热器热效率的测试方法。

背景技术

太阳能热发电技术的利用形式主要是指聚光太阳能热发电系统。该系统是利用聚光集热装置将太阳辐射聚焦起来加热传热工质，具有装机容量大、可产生高温蒸汽、转换效率高和可高温储能等特点，发出的电与常规的火电厂的参数一致，因此容易获得配套设备。

聚光太阳能热发电系统热主要由聚光系统、集热系统、蓄热系统和发电系统等组成。根据聚光形式的不同，聚光太阳能热发电系统主要分为槽式太阳能热发电、塔式太阳能热发电、碟式太阳能热发电和线性菲涅尔式太阳能热发电。槽式太阳能热发电系统采用的是抛物槽型反射镜面，通过反射镜的聚焦，将太阳的辐射能聚焦在集热管上，其特点是有许多分散布置的槽形抛物面反射镜集热器串、并联组成。塔式系统的集热系统主要包括数目众多的聚光镜以及位于吸热塔顶部的吸热器构成；每面聚光镜采用双轴跟踪结构，实时追踪太阳位置，并将太阳辐射反射到吸热器上。碟式系统采用盘状的抛物面镜聚集太阳辐射能，它是一个更为紧凑的独立发电单元，接收器放置在旋转抛物面聚光器的焦点处，入射的太阳光经聚光器的反射和聚焦后被吸热器吸收。线性菲涅尔发射式太阳能聚光集热系统主要由一次反射镜场、二次反射镜、吸热器和跟踪装置等组成，一次反射镜场由平面镜或者略微弯曲的条状反射镜组成，一次反射镜提供单轴跟踪，将入射的太阳辐射光反射集中到吸热器上。

吸热器是太阳能热发电系统的核心设备，是实现太阳能到传热工质热能转换的关键。根据吸热器结构的不同，可以将吸热器分为管式吸热器、容积式吸热器和颗粒吸热器。对于管式吸热器，传热工质在金属或陶瓷管内流动，管外壁涂以耐高温选择性吸收涂层，聚焦入射的太阳能以辐射方式使管外壁面温度升高，再通过管壁以导热和对流的方式将热量传递给管内的传热工质。容积式吸热器一般以密织网状或蜂窝状的多孔材料为吸热器，多孔吸热器吸收反射聚焦的太阳能，空气流经吸热器时，与吸热器本身发生对流换热后被加热至高温。颗粒吸热器一般基于颗粒层进行吸热，颗粒层受到聚焦太阳光加热而不断升温，伴随着颗粒层流动，太阳能持续得到收集。

吸热器的热效率是指吸热器的输出功率与吸热器的入射功率之比。在工程实践中，由于吸热器尺寸和形状各异、聚光分布不均且时时变化，总的入射功率无法准确测量；如果采用太阳能聚光系统的计算模拟结果来估算吸热器的入射功率，则其精度难以保证和衡量，进而无法计算热效率。

发明内容

本发明针对上述技术问题而提出，目的在于提供一种太阳能吸热器热效率的测试方法，本发明的太阳能吸热器热效率的测试方法是通过选择不同的工况来调整吸热器的入射功率，进而改变吸热器的输出功率，并通过合理设定前提条件，抵消热效率计算中吸热器入射功率对结果的影响，只需测量测试期间内吸热器进出口温度、压力和流量就可以计算出吸热器热效率。测试方法对光热电站的正常运行的影响较小，易于现场操作。

具体来说，本发明提供了一种太阳能吸热器热效率的测试方法，包括如下步骤：

在第一时间段内，稳定运行太阳能吸热器；

在以规定比例N升高或者降低入射功率后的第二时间段内，稳定运行太阳能吸热器，其中，

在第一时间段内和第二时间段内，太阳能吸热器的进出口传热工质状态一致；

根据太阳能吸热器在第一时间段内和在第二时间段内的输出功率P_outpA、P_outpB以及规定比例N，确定热效率。

在吸热器稳定运行，且不同时间段进出口传热工质状态一致时，吸热器的散热损失基本不变，可以建立不同时间段入射功率之间的关系。基于N提供的不同时间段入射功率之间的另一关系，可以借助数值运算的方式，将入射功率对热效率造成的影响抵消，使得热效率基于输出功率即可测算得到。

相较于现有技术而言，本发明提供的太阳能吸热器热效率的测试方法，只需测试一些易于测量的物理量，而不需要测量或者计算模拟得到吸热器的入射功率，即可确定太阳能吸热器的热效率，测试成本低，对吸热器运行所造成的干扰也较小。

在第一时间段和第二时间段内改变吸热器的入射功率，来确定热效率，可以适用于不同类型的吸热器和不同种类的传热工质，受众面广、适应性强。

另外，作为优选，输出功率P_outp的计算公式为：

其中，

为吸热器的质量流量，单位为t/h；h_in表示吸热器进口处传热工质的焓值，单位为kJ/kg；h_out表示吸热器出口处传热工质的焓值，单位为kJ/kg；

太阳能吸热器在第一时间段内和第二时间段内的热效率η_A、η_B的计算公式为：

其中，α_rcv为吸热器的吸收率；P_outpA和P_outpB分别为吸热器在第一时间段内和第二时间段内的输出功率，单位为W。

进一步地，作为优先，根据多次测试的结果，通过插值的方式获得吸热器在额定工况下的热效率。

根据该优选方案，通过合理的公式计算，能够获得更为精准的热效率结果，测试精度更高。

进一步地，作为优选，通过改变太阳能聚光镜场中向太阳能吸热器照射的太阳能聚光镜数目来改变N的值。

根据该优选方案，根据太阳能聚光镜数目的变化推算规定比例N值，更加方便、快捷和精确。

进一步地，作为优选，第一时间段和第二时间段为同一天的关于当地真太阳时间正午12:00对称的时间段。

根据该优选方案，对称于当地真太阳时间正午12:00的两个时间段，使得第一、第二时间段内的辐射强度相近，有效避免了太阳辐照度变化对入射功率比值N的影响。

进一步地，作为优选，太阳能吸热器热效率的测试方法还包括将太阳能聚光镜场中的太阳能聚光镜分组的步骤，其中，不同组别的定日镜布局关于太阳能吸热器交错排列。通过对太阳能聚光镜的分组，可以使得不同分组之间的太阳能聚光场效率基本相同，从而有效避免太阳能聚光场效率对入射功率比值N的影响。

进一步地，作为优选，太阳能吸热器热效率的测试方法还包括根据第一时间段内的DNI值和第二时间段内的DNI值之间的比例，确定规定比例N的步骤。

DNI值作为入射功率比值N的影响参数，一方面是较为易于测量的量，另一方面，天气情况的改变会直接地反映到DNI值的变化，并且造成入射功率的变化，也是易于改变的量。

另外，作为优选，采用改变太阳能聚光镜的清洁率的方法，升高或者降低入射功率，规定比例N根据清洁率改变前后的比值确定。

根据该优选方案，通过不同的方式均可以改变规定比例N的值，热效率的测试方式灵活多样。此外，还可通过各种方式的计算结果进行对比和计算，获得更为精准的热效率结果。

进一步地，作为优选，第一时间段和第二时间段为太阳能聚光镜姿态角变化不超过3％的两天中对应的时间段。

根据该优选方案，第一时间段和第二时间段的时间间隔对应于太阳能聚光镜姿态角变化不超过3％，并且这两天当中的测试时间段相同，该方式可以使得不同测试时间段内太阳能聚光镜场的瞄准点位置几乎相同，太阳能聚光场效率的差别几乎可以忽略，从而可以降低太阳能聚光场效率对入射功率比值N的影响。

此处，“两天中对应的时间段”是指按照24小时计时方法，起点和终点时刻数值相同的时间段。

另外，作为优选，对应于传热工质为液态和颗粒的吸热器，进出口传热工质状态一致是指在第一时间段内和第二时间段内，吸热器进口和出口处传热工质的温度差在±5℃以内；

对应于传热工质为气态的吸热器，进出口传热工质状态一致是指在第一时间段内和第二时间段内，吸热器进口和出口处传热工质的温度差在±5℃以内以及吸热器出口处传热工质的压力差在±5kPa以内。

根据该优选方案，由于天气因素和现场运行的影响，第一时间段内和第二时间段内的吸热器进口温度和出口温度不一定相同，对于气体传热工质其出口压力也存在一定差别。只要保证两个时间段内，吸热器进口和出口处传热工质的温度变化范围在±5℃以内、气体传热工质的压力变化范围在±5kPa以内，就可以达到测试的要求，也符合实际运行的条件。

另外，作为优选，对应于传热工质为液态和颗粒的吸热器，稳定运行太阳能吸热器是指在第一时间段内和第二时间段内的任意2分钟内，吸热器进口和出口处传热工质的温度波动范围在±2℃以内；

对应于传热工质为气态的吸热器，稳定运行太阳能吸热器是指在第一时间段内和第二时间段内的任意2分钟内，吸热器进口和出口处传热工质的温度波动范围在±2℃以内以及吸热器出口处传热工质的压力波动范围在±1kPa以内。

根据该优选方案，由于测试时间段内法向直射辐照度、温度和风速的波动以及现场控制策略的影响，吸热器进口和出口温度以及气态传热工质出口压力均可能出现波动。只要保证两个时间段内的任意2分钟内，吸热器进口和出口处传热工质的温度波动范围不超过±2℃、气体传热工质的压力波动范围不超过±1kPa，就可以视为稳定运行。

附图说明

图1是熔盐系统流程图；

图2是本发明实施方式一中太阳能聚光镜场的划分示意图；

图3是本发明实施方式一中吸热器热效率测试步骤；

图4是本发明实施方式二中吸热器热效率测试步骤；

图5是本发明实施方式三中吸热器热效率测试步骤。

附图标记说明：

1、冷盐罐；2、冷盐泵；3、流量计；4、入口缓冲罐；5、进口温度传感器；6、进口压力传感器；7、太阳能聚光镜场；8、吸热器；9、出口压力传感器；10、出口温度传感器；11、出口缓冲罐；12、阀门；13、热盐罐。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明进行进一步的详细说明。附图中示意性地简化示出了测试太阳能吸热器热效率的结构等。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施方式一

本发明的第一实施方式提供了一种太阳能吸热器热效率的测试方法，图1示出了熔盐系统流程图，在其他实施方式中，以熔盐系统为例，熔盐依次在冷盐罐1、入口缓冲罐4、吸热器8、出口缓冲罐11以及热盐罐13中流通，太阳能聚光镜场7将太阳辐射聚焦并反射给吸热器8。

更为具体的，冷盐罐1和吸热器8之间设置有入口缓冲罐4，在冷盐罐1的出口端利用冷盐泵2提供熔盐朝向吸热器8流通的动力。在冷盐罐1和入口缓冲罐4之间设置有流量计3，实时检测自冷盐罐1流出的熔盐的流通量。在入口缓冲罐4和吸热器8之间依次设置有进口温度传感器5和进口压力传感器6，分别检测吸热器8的进口端的熔盐的温度和压强。太阳能聚光镜场7将太阳能聚焦辐射给吸热器8，流通到吸热器8的熔盐吸收辐射并升温。

流通的熔盐自吸热器8流通向热盐罐13，在吸热器8和热盐罐13之间设置有出口缓冲罐11，吸热器8和出口缓冲罐11之间依次设置有出口压力传感器9和出口温度传感器10，分别检测吸热器8的出口端的熔盐的温度和压强。在出口缓冲罐11和热盐罐13之间设置有阀门12。

图3示出了本实施方式一中太阳能聚光镜场的划分示意图，太阳能聚光镜场中的多个太阳能聚光镜绕吸热器呈交错排列。并且，，每一圈聚光镜中，每间隔一面聚光镜标记为黑色，其余的聚光镜标记为白色。标记为黑色的聚光镜构成第1组，标记为白色的聚光镜构成第2组。从而保证，两组太阳能聚光镜在太阳能聚光镜场效率之间的差别可以忽略不计，从而使得，关闭某组太阳能聚光镜时，入射功率的差别可以成比例的缩小，例如N取0.5。

以熔盐系统为例，本实施方式一采用分组方式一对热效率进程测试，测试步骤如图3所示，步骤如下：

步骤1：吸热器入射功率的不同只与投射的太阳能聚光镜数目变化有关。测试时间关于太阳能热发电站所在地真太阳时间正午12:00对称。通过太阳能聚光镜场的分组和控制策略来改变吸热器的入射功率，受天气的影响较小。测试时间关于当地真太阳时间正午12:00对称，有效避免了太阳能聚光镜场效率对入射功率比值N的影响。

在测试开始之前，现场运行人员应确定吸热器8不存在堵盐的现象，各测试仪表3、5、6、9、10和太阳能聚光镜场7工作正常。开启太阳能聚光镜场7之后先对吸热器8进行预热，吸热器管壁达到要求后进行上盐。在上盐之后，熔盐系统可保持低负荷运行一段时间，即吸热器出口温度传感器10读数维持在400℃以下，以观察系统运行的情况。若系统稳定正常运行，缓慢提高熔盐的温度。在测试开始前20分钟，投入太阳能聚光镜的位置应均匀分布，投入的太阳能聚光镜数量应达到全部太阳能聚光镜数量的80％以上，吸热器出口温度传感器10读数达到500℃以上，减少正式测试开始后熔盐升温的时间。此时，熔盐直接进入热盐罐13，吸热器入口温度不再发生较大波动，可确立相应的吸热器进口温度。

步骤2：工况A测试：当地真太阳时间正午12:00以前，也即第一时间段内，第1组和第2组两组太阳能聚光镜都处于追日工作状态。

步骤3：熔盐系统操作人员利用冷盐泵2变频调节熔盐的质量流量，使测试时间段内吸热器出口温度读数达到测试温度。测试温度根据测试工况确定，如要测试额定工况下太阳能吸热器热效率，则此温度为吸热器出口额定温度。

步骤4：当在2分钟内，吸热器进口温度传感器5和出口温度传感器10读数的波动范围不超过±2℃即可视为达到稳定。此时，熔盐系统操作人员记录法向直射辐照度、风速、温度、吸热器流量

进口温度T_in、出口温度T_out、进口压力P_in和出口压力P_out等数据。

步骤5：工况B测试：当地真太阳时间正午12点以后，也即第二时间段内，除去第2组太阳能聚光镜(或者第1组太阳能聚光镜)，仅使其中一组太阳能聚光镜处于追日工作状态。

步骤6：重复步骤3。工况B吸热器进口温度传感器5和出口温度传感器10读数与工况A进口温度传感器5和出口温度传感器10读数变化范围均在±5℃以内。

步骤7：重复步骤4。

步骤8：通过所记录的数据分别计算得到测试工况A和测试工况B吸热器8的输出功率。再通过吸热器8的输出功率计算得到测试工况A和测试工况B吸热器8的热效率。

输出功率P_outp计算方法为：

其中：

为吸热器的质量流量，单位为t/h；h_in表示吸热器进口处传热工质的焓值，单位为kJ/kg；h_out表示吸热器出口处传热工质的焓值，单位为kJ/kg。

吸热器的热效率计算方法为：

其中，η_A和η_B分别为工况A和工况B的吸热器的热效率；α_rcv为吸热器的吸收率；P_outpA和P_outpB分别为吸热器在第一时间段内和第二时间段内的输出功率，单位为W；N为第一时间段内吸热器入射功率与第二时间段内吸热器入射功率的比值。

作为优化，定义吸热器的本真效率为：

则吸热器的效率为吸热器本真效率乘以吸热器的吸收率，吸热器本真效率反映了吸热器输出功率与其所吸收太阳辐射能量的比值。

对于本工况控制策略一，N应取0.5。

通过测试条件下与额定工况下DNI、环境温度与风速的修正，可以通过工况A和工况B的效率计算得到额定工况吸热器的效率。

上述公式具体的演算过程如下：

根据热力学第一定律，在稳态条件下，吸热器受热面的入射功率与吸热器反射的功率、输出功率和热损失功率具有如下关系：

P_inc＝ρP_inc+P_outp+P_loss (1)

由于吸热体的透射可以忽略，故吸热器吸收率α_rcv和吸热器反射率ρ_rcv具有如下关系：

ρ_rcv＝1-α_rcv (2)

则：

α_rcvP_inc＝P_outp+P_loss (3)

吸热器稳定运行时，在恒定的进口和出口温度及风速条件下，吸热器表面和整个吸热器的温度分布与入射功率之间的相关性较小，吸热器的散热损失基本不变。于是得到如下关系：

α_rcvP_incA＝P_outpA+P_loss (4)

α_rcvP_incB＝P_outpB+P_loss (5)

根据工况控制，工况A和工况B的入射功率具有如下关系：

P_incA＝NP_incB (6)

于是得到：

P_outpA+P_loss＝NP_outpB+NP_loss (7)

热损失可表示为：

吸热器输出功率可以表示为：

其中：

为吸热器的质量流量，单位为t/h；h_in表示吸热器进口处传热工质的焓值，单位为kJ/kg；h_out表示吸热器出口处传热工质的焓值，单位为kJ/kg。

热效率的定义为：

通过前面的推导可得工况A和工况B对应的热效率为：

吸热器为外置式吸热器、腔式吸热器、容积式吸热器或者颗粒吸热器，传热工质为熔盐、水/蒸汽、空气、超临界CO₂、导热油或者颗粒。

前述传热工质状态对于不同状态的传热工质是不同的。

如果传热工质是液态或者颗粒，传热工质的状态包括吸热器进出口温度，传热工质的焓值h的计算公式为：

h＝U+PV

其中，U为传热工质的内能，单位为J；液态和颗粒传热工质出口压力一般为常压，对吸热器输出功率的计算影响较小。

对于传热工质是液态或者颗粒的吸热器，传热工质状态一致是指在第一、第二时间段内吸热器进口和出口传热工质的温度的变化范围均在±5℃以内。由于天气因素和现场运行的影响，两个测试时间段的吸热器进口温度和出口温度不一定相同；所以将温度变化范围设立为±5℃以内，既可以保证测试的要求，又符合实际运行的条件。

作为优化，吸热器进出口传热工质状态稳定是指在2分钟内，吸热器进口和出口温度波动范围不超过±2℃。由于测试时间段内DNI、温度和风速的波动以及现场控制策略的影响，吸热器进口和出口温度可能出现波动，以温度波动范围不超过±2℃视为稳定符合实际运行的情况。

实施方式二

本发明的第二实施方式提供了一种太阳能吸热器热效率的测试方法，第二实施方式是对第一实施方式的进一步改进，未做特别说明的部分包括附图标记及文字描述，均与第一实施方式相同，在此不再赘述。

以空气系统为例，本实施方式二采用工况控制策略二对热效率进行测试，测试步骤如图4所示，步骤如下：

步骤1：吸热器入射功率的不同只与法向直射辐照度(以下简称DNI)的变化有关。DNI的变化由云雾或沙尘天气因素所导致。设定DNI发生变化的当天为工况A，也即第一时间段；与工况A所对应的太阳能聚光镜姿态角变化不超过3％的晴朗的一天为工况B，也即第二时间段。工况A和工况B的测试时间段应一致，工况A和工况B的太阳能聚光镜场的状态相同，而且各自测试时间段内的DNI保持稳定。

在测试开始之前，现场运行人员应确定各测试仪表3、5、6、9、10和太阳能聚光镜场7工作正常。开启太阳能聚光镜场7之后先对吸热器8进行预热，吸热器管壁达到要求后进行通气体吸热介质。在通气体吸热介质之后，布雷顿循环系统可保持低负荷运行一段时间，即吸热器出口温度传感器10读数维持在400℃左右，以观察系统运行的情况。若系统稳定正常运行，缓慢提高空气的温度。在测试开始前20分钟，投入太阳能聚光镜的位置应均匀分布，投入的太阳能聚光镜数量应达到全部太阳能聚光镜数量的80％以上，吸热器出口温度传感器10读数达到700℃以上，减少正式测试开始后气体吸热介质升温的时间。此时，空气直接进入透平做功，吸热器入口温度不再发生较大波动，可确立相应的吸热器进口温度。

步骤2：工况A测试：在第一时间段内，在太阳能聚光镜场7聚光状态下，确定和记录太阳能聚光镜场7的姿态角，太阳能聚光镜投入的位置、数量及瞄准点。

步骤3：空气系统操作人员通过调整系统负荷或者涡轮转速来调整空气的质量流量，使测试时间段内吸热器出口温度读数达到测试温度。测试温度根据测试工况确定，如要测试额定工况下太阳能吸热器热效率，则此温度为吸热器出口额定温度。

步骤4：当在2分钟内，吸热器进口温度传感器5和出口温度传感器10读数的波动范围不超过±2℃，吸热器进口压力传感器6和出口压力传感器9的波动范围不超过±1kPa，即可视为达到稳定。此时，空气系统操作人员记录DNI、风速、温度、吸热器流量

进口温度T_in、出口温度T_out、进口压力P_in和出口压力P_out等数据。

步骤5：工况B测试：在第二时间段内，确定和记录太阳能聚光镜场的姿态角，投入与工况A相同位置与数量的太阳能聚光镜，设定与工况A相同的瞄准点。相同的瞄准点位置能够消除因瞄准点造成的截断效率与阴影遮挡效率的差别。

步骤6：重复步骤3。工况B内吸热器进口温度传感器5和出口温度传感器10读数与工况A进口温度传感器5和出口温度传感器10读数变化范围均在±5℃以内，工况B内吸热器进口压力传感器6和出口压力传感器9读数与工况A进口压力传感器6和出口压力传感器9读数变化范围均在±5kPa以内。

步骤7：重复步骤4。

步骤8：通过所记录的数据分别计算得到测试工况A和测试工况B吸热器8的输出功率。再通过吸热器8的输出功率计算得到测试工况A和测试工况B吸热器8的热效率。

输出功率P_outp计算方法为：

其中：

为吸热器的质量流量，单位为t/h；h_in表示吸热器进口处传热工质的焓值，单位为kJ/kg；h_out表示吸热器出口处传热工质的焓值，单位为kJ/kg。

吸热器的热效率计算方法为：

其中，α_rcv为吸热器的吸收率；P_outpA和P_outpB分别为吸热器在第一时间段内和第二时间段内的输出功率，单位为W；N为第一时间段内吸热器入射功率与第二时间段内吸热器入射功率的比值。

对于本工况控制策略二，N＝DNI_A/DNI_B，其值在0.5～0.8。

通过测试条件下与额定工况下DNI、环境温度与风速的修正，可以通过工况A和工况B的效率计算得到额定工况吸热器的效率。

实施方式三

本发明的第三实施方式提供了一种太阳能吸热器热效率的测试方法，第三实施方式是对第一或者第二实施方式的进一步改进，未做特别说明的部分包括附图标记及文字描述，均与第一或者第二实施方式相同，在此不再赘述。

以颗粒系统为例，本实施方式三采用分组方式三对热效率进程测试，测试步骤如图5所示，步骤如下：

步骤1：吸热器入射功率的不同只与镜面清洁率η_{c ln}的变化有关。清洁率η_{c ln}的变化是由于清洗太阳能聚光镜或者向太阳能聚光镜表面喷洒灰或雾而实现的。设立工况A为太阳能聚光镜清洁率η_{c ln}变化后的晴朗一天，也即第一时间段；设立工况B为太阳能聚光镜清洁率η_{c ln}未变化前的晴朗一天，也即第二时间段。工况A和工况B的天数差距对应于太阳能聚光镜姿态角变化不超过3％，工况A和工况B的测试时间段应一致，工况A和工况B的太阳能聚光镜场的状态相同，而且各自测试时间段内的DNI保持稳定。通过清洗太阳能聚光镜或者向太阳能聚光镜表面喷雾可显著改变太阳能聚光镜清洁率η_{c ln}，操作也较为简单。工况A和工况B的测试时间段相同，则工况A和工况B测试时间内DNI基本相同。而太阳能聚光镜的姿态角变化很小，则两个测试时间段的太阳能聚光镜场效率只与清洁率η_{c ln}有关。

在测试开始之前，现场运行人员应确定颗粒吸热器8中颗粒层能够连续稳定流动，各测试仪表5、6、9、10和定日镜场7工作正常，检查完成后关闭阀门。开启定日镜场7后对颗粒吸热器8内颗粒层进行加热，当颗粒表层温度达到要求后打开吸热器进出口控制阀，颗粒开始流动。在打开控制阀门后，颗粒吸热器可保持低负荷运行一段时间，即颗粒吸热器出口温度传感器10读数维持在400℃以下，以观察系统运行的情况。若系统稳定正常运行，缓慢提高颗粒层温度。在测试开始前20分钟，投入太阳能聚光镜的位置应均匀分布，投入的太阳能聚光镜数量应达到全部太阳能聚光镜数量的80％以上，吸热器出口温度传感器10读数达到800℃以上，减少正式测试开始后熔盐升温的时间。此时，颗粒直接进入热罐13，吸热器入口温度不再发生较大波动，可确立相应的吸热器进口温度。

步骤2：工况A测试：在第一时间段内，在太阳能聚光镜场7聚光状态下，确定和记录太阳能聚光镜场7的姿态角，太阳能聚光镜投入的位置、数量及瞄准点。

步骤3：颗粒系统操作人员调节电动阀2控制颗粒的质量流量，使测试时间段内吸热器出口温度读数达到测试温度。测试温度根据测试工况确定，如要测试额定工况下太阳能吸热器热效率，则此温度为吸热器出口额定温度。

步骤4：当在2分钟内，吸热器进口温度传感器5和出口温度传感器10读数的波动范围不超过±2℃即可视为达到稳定。此时，颗粒系统操作人员记录DNI、风速、温度、吸热器流量、进口温度、出口温度、进口压力和出口压力等数据。

步骤5：工况B测试：在第二时间段内，确定和记录太阳能聚光镜场的姿态角，投入与工况A相同位置与数量的太阳能聚光镜，设定与工况A相同的瞄准点。相同的瞄准点位置能够消除因瞄准点造成的截断效率与阴影遮挡效率的差别。

步骤6：重复步骤3。工况B内吸热器进口温度传感器5和出口温度传感器10读数与工况A进口温度传感器5和出口温度传感器10读数变化范围均在±5℃以内。

步骤7：重复步骤4。

步骤8：通过所记录的数据分别计算得到测试工况A和测试工况B吸热器8的输出功率。再通过吸热器8的输出功率计算得到测试工况A和测试工况B吸热器8的热效率。

输出功率P_outp计算方法为：

其中：

为吸热器的质量流量，单位为t/h；h_in表示吸热器进口处传热工质的焓值，单位为kJ/kg；h_out表示吸热器出口处传热工质的焓值，单位为kJ/kg。

吸热器的热效率计算方法为：

其中，α_rcv为吸热器的吸收率；P_outpA和P_outpB分别为吸热器在第一时间段内和第二时间段内的输出功率，单位为W；N为第一时间段内吸热器入射功率与第二时间段内吸热器入射功率的比值。

对于本分组方式三，N＝η_{c ln A}/η_{c ln B}，其值在0.6～0.8，其中，η_{c ln} 表示太阳能聚光镜的清洁率。

通过测试条件下与额定工况下DNI、环境温度与风速的修正，可以通过工况A和工况B的效率计算得到额定工况吸热器的效率。

第二、第三实施方式中太阳能聚光镜场的状态相同包括追日的太阳能聚光镜位置及数量、每面太阳能聚光镜的追踪姿态和瞄准点的位置。相同位置和数量的太阳能聚光镜能够消除不同位置处太阳能聚光镜效率的差别，保证两个测试时间段整个镜场的效率相同。

槽式、碟式、线性菲涅尔式或组合聚光形式均可按第二、第三种实施方式进行吸热器测试。

在一些实施方式中，将输出功率P_outp中的焓值转换为可以实际测量的数值，从而将计算公式转换为：

其中，

为吸热器的质量流量，单位为t/h；Cp_in表示吸热器进口处传热工质的比热容，单位为J/(kg·K)；Cp_out表示吸热器出口处传热工质的比热容，单位为J/(kg·K)；T_in分别为吸热器进口处传热工质的温度，单位为℃；T_out分别为吸热器出口处传热工质的温度，单位为℃。

本领域的普通技术人员可以理解，在上述的各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于上述各实施方式的种种变化和修改，也可以基本实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。因此，在实际应用中，可以在形式上和细节上对上述实施方式作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (7)

1.一种太阳能吸热器热效率的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

在第一时间段内，稳定运行太阳能吸热器；

在以规定比例N升高或者降低入射功率后的第二时间段内，稳定运行太阳能吸热器，其中，在第一时间段内和第二时间段内，太阳能吸热器的进出口传热工质状态一致，根据第一时间段内的DNI值和第二时间段内的DNI值之间的比例，确定规定比例N，或者，采用改变太阳能聚光镜场中的太阳能聚光镜的清洁率的方法，升高或者降低入射功率，规定比例N根据清洁率改变前后的比值确定；

根据太阳能吸热器在第一时间段内和在第二时间段内的输出功率P_outpA、P_outpB以及规定比例N，确定热效率。

2.根据权利要求1所述的太阳能吸热器热效率的测试方法，其特征在于，输出功率P_outp的计算公式为：

其中，

为吸热器的质量流量，单位为t/h；h_in表示吸热器进口处传热工质的焓值，单位为kJ/kg；h_out表示吸热器出口处传热工质的焓值，单位为kJ/kg；

太阳能吸热器在第一时间段内和第二时间段内的热效率η_A、η_B的计算公式为：

其中，α_rcv为吸热器的吸收率；P_outpA和P_outpB分别为吸热器在第一时间段内和第二时间段内的输出功率，单位为W；

根据多次测试的结果，通过插值的方式获得吸热器在额定工况下的热效率。

3.根据权利要求1所述的太阳能吸热器热效率的测试方法，其特征在于，第一时间段和第二时间段为同一天的关于当地真太阳时间正午12:00对称的时间段。

4.根据权利要求1所述的太阳能吸热器热效率的测试方法，其特征在于，还包括

将所述太阳能聚光镜分组的步骤，其中，

不同组别的定日镜布局关于太阳能吸热器交错排列。

5.根据权利要求4所述的太阳能吸热器热效率的测试方法，其特征在于，第一时间段和第二时间段为太阳能聚光镜姿态角变化不超过3％的两天中对应的时间段。

6.根据权利要求1所述的太阳能吸热器热效率的测试方法，其特征在于，对应于传热工质为液态和颗粒的吸热器，进出口传热工质状态一致是指在第一时间段内和第二时间段内，吸热器进口和出口处传热工质的温度差在±5℃以内；

对应于传热工质为气态的吸热器，进出口传热工质状态一致是指在第一时间段内和第二时间段内，吸热器进口和出口处传热工质的温度差在±5℃以内以及吸热器出口处传热工质的压力差在±5kPa以内。

7.根据权利要求1所述的太阳能吸热器热效率的测试方法，其特征在于，对应于传热工质为液态和颗粒的吸热器，稳定运行太阳能吸热器是指在第一时间段内和第二时间段内的任意2分钟内，吸热器进口和出口处传热工质的温度波动范围在±2℃以内；

对应于传热工质为气态的吸热器，稳定运行太阳能吸热器是指在第一时间段内和第二时间段内的任意2分钟内，吸热器进口和出口处传热工质的温度波动范围在±2℃以内以及吸热器出口处传热工质的压力波动范围在±1kPa以内。

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