基于复合控制的塔式太阳能跟踪控制装置设计

针对塔式太阳能热发电站中定日镜跟踪装置的跟踪精度不高、构建成本较大等问题,提出采用将遗传算法的选择机制与吸热塔能量变化的反馈机制相结合的方式对光热电站的太阳能跟踪控制系统进行改进.在光热电站的少数几台定日镜上配备光电检测元件,并以其控制角度为基准控制其他定日镜的角度调整.采用DSP(digital signal processing)为控制核心,完成了跟踪控制器的通讯框架及控制系统的硬件电路设计.实验表明,该方案在保证光热电站整体控制精度的基础上,减少了光电检测元件安装数量和电站构建成本,并保证了视日轨迹跟踪控制时的自动调整能力.     

塔式太阳能热发电中定日镜的精度检测方法

介绍了塔式太阳能热发电中定日镜精度检测的常用方法,包括对定日镜关键零部件及定日镜整体的精度检测。定日镜关键零部件主要包括减速机、推杆(含电动及液压推杆),其精度检测是采用专用的测试工装进行;定日镜整体精度检测主要包括定日镜跟踪准确度及定日镜面形精度检测,均采用图像处理技术进行。通过这些检测方法可保证工程应用中的定日镜能够达到设计要求,起到良好的聚光作用。     

塔式太阳能定日镜高精度传动系统设计

介绍了一种应用于塔式太阳能热发电的定日镜高精度传动系统,通过该传动系统定日镜可以得到良好的重复定位精度;结合定日镜运动模型的校正算法控制系统,将定日镜转动的定位精度进行测量与补偿,从而得到准确的定位精度与重复定位精度。保证了定日镜跟踪系统追日长久稳定性。该系统对各零部件的精度要求低,具有跟踪精度高、制造成本低等优点。     

定日镜光斑动态漂移特性的研究

以塔式太阳能热发电系统中的定日镜为研究对象,首先提出一种基于光学反射原理的定日镜反射光斑中心计算方法;然后在理想情况下分析不同塔高、不同位置、不同时刻定日镜光斑中心点的动态变化规律,进一步考虑跟踪误差对定日镜反射光斑漂移特性的影响;最后对矩形全镜场中春分日不同时刻的光斑动态漂移特性进行仿真计算并得出相应结论,为有效实现定日镜的追日聚光跟踪控制和参数校正,提高追日跟踪精度及全境场的聚光效率提供理论依据。     

塔式太阳能定日镜镜面挠曲变形研究

基于弹性薄板弯曲理论,分别采用镜面挠曲变形的大、小挠度弯曲模型对不同边界条件下定日镜镜面的力学模型进行研究,并通过有限元仿真验证理论模型的正确性,同时对影响镜面挠厚比的镜面风压和长厚比进行分析。结果表明:基于四点支承弯曲理论的挠度曲线与有限元挠度曲线吻合度很高,最大偏差不超过5%;结合中国对定日镜结构抗风设计的风速要求,当长厚比a/h200时,应采用四点支承大挠度弯曲模型计算定日镜镜面挠曲变形。     

塔式光热电站集热场设计综述及经济性研究

  目的  为系统性梳理塔式光热电站集热场设计的内容,评估集热场设计对电站经济性的影响,对集热场设计进行综述介绍,提出了塔式光热电站集热场设计的基本思路,分析了影响集热场效率的因素并进行经济性研究。  方法  将集热场设计分为吸热塔位置和高度设计、定日镜布置设计及集热场道路设计这三部分内容分别介绍,采用对集热场效率的构成子效率进行分解的方法,并以影响集热场经济性的主要两个设计因素为重点开展研究。  结果  提炼了集热场设计需考虑的多种因素,总结列出提升集热场子效率的各因素设计结论,提出在目前工程条件下集热场规模越大光热电站经济性越好,得到定日镜布局疏密对经济性的影响结论。  结论  所提出的结论指导意义强,为塔式光热电站设计提供借鉴。     

塔式光热电站定日镜不同聚焦策略的影响分析

以某50 MW塔式光热电站为仿真对象,根据电站的主要仿真参数,建立了光热电站定日镜场模型和圆柱形外露式吸热器模型。针对定日镜简单聚焦、交替偏移聚焦和正态分布聚焦3种不同聚焦策略,选取典型气象年的气象数据,采取光线追迹法,通过计算得到在设计点工况、夏至日全天以及不同镜场布置条件下吸热器表面能流密度的分布情况,比较分析了3种不同聚焦策略对吸热器安全性的影响。结果表明:3种聚焦策略中,交替偏移聚焦策略较好地缓解了吸热器表面能流密度分布不均的现象,具有较高的安全性。     

移动型下击暴流作用下定日镜动力响应特性研究

为研究移动型下击暴流作用下塔式太阳能定日镜的风振响应特性,文章以中国某塔式太阳能光热发电站定日镜的有限元模型为基础,进行了动力特性分析,模拟了作用于定日镜的下击暴流脉动的风速时程,采用Newmark-β法分析了下击暴流风场作用下定日镜的风振响应。研究结果表明：不同工作仰角的定日镜处于距离下击暴流中心1倍出流直径左右时,风致位移响应峰值和风致应力响应峰值最大;相比于0°,45°和60°仰角,定日镜仰角为30°时,镜面峰值位移最大,各部件的应力峰值也最大,且都小于相对应材料的屈服强度;定日镜在不同仰角下,镜面最大位移发生在最上部单元子镜,镜面背部桁架最大等效应力均小于扭力管及立柱的最大等效应力。     

一种简捷的定日镜跟踪角度计算方法

针对目前各种定日镜跟踪角度计算方法非常复杂的问题,提出一种基于镜场分布坐标的简捷定日镜跟踪角度的计算方法。采用该方法可方便地确定定日镜场中,任意定日镜随太阳运动时,定日镜镜面法线的高度角和方位角。     

大规模定日镜群镜面脉动风压特性研究

该文基于Fluent1 7.0软件建立5种典型工况下定日镜群的数值计算模型,通过国家超级计算中心的计算技术,对大规模定日镜群进行大涡模拟(LES)分析,获得典型工况下群镜中不同位置的定日镜镜面的脉动风压系数分布,讨论了代表位置的定日镜镜面脉动风压特性。模拟结果显示群镜中各个定日镜镜面的脉动风压分布受来流风向影响较大,群镜中处于边缘位置的定日镜受脉动风作用最大;群镜镜面正反两侧脉动风压均呈正相关,同风向角下,不同位置的定日镜正反镜面的脉动风压相关性大小和定日镜与流场入口距离有关,远离流场入口处的定日镜正反镜面的脉动风压相关性最大,中间位置定日镜的相关性次之,处于迎风面的定日镜正反镜面的脉动风压相关性较小;沿来流方向前面无遮挡的定日镜叠加面的脉动风压基本符合高斯分布,镜场其他位置的定日镜静面风压不符合高斯分布特性。     

定日镜跟踪纠偏策略综合应用研究

主要介绍了基于跟踪轴参考位错位法的定日镜纠偏子系统的纠偏流程和纠偏数据库内修正值的计算方法和应用方式,同时介绍了基于几何误差模型的定日镜跟踪纠偏策略的误差模型及其求解方法。通过分析位于北京延庆的DAHAN电站(1 MW塔式太阳能热发电站)的实测数据及两种纠偏策略的工作原理,提出两种定日镜跟踪纠偏策略综合应用的3种方式。并从纠偏策略的原理和BCS(Beam Characterization System)的精度两个方面分析纠偏策略无法解决跟踪误差的原因。     

塔式太阳能光热电站控制系统研究

  目的  旨在解决塔式太阳能光热电站控制领域的难点问题。  方法  首先基于太阳位置计算天文算法,发明了一种高精度,易于工程实现的定日镜跟踪控制算法;其次对定日镜场控制系统的主要控制技术进行了研究,包括系统架构、硬件与软件设计方案、基于图像处理的反馈测量方案;最后对电站的全厂控制系统进行了整体设计规划并提出了镜场控制系统与DCS主控系统之间的信号接口。  结果  可大幅度降低工程成本,缩短建设周期。  结论  研究成果体系完整、易于工程实现,可用较低的工程造价满足塔式光热电站控制精度的要求。     

塔式太阳能热发电站定日镜单元子镜面形研究

定日镜单元子镜的面形对于定日镜在目标靶上形成良好的光斑质量至关重要。文章首先根据定日镜的实际参数,利用有限元方法拟合出了定日镜单元子镜模型,然后通过三维坐标机装置测量了水平姿态下实际定日镜单元子镜的面形,结果显示,水平姿态下的测试结果和计算结果相一致,验证了有限元模型的正确性。根据建立的有限元模型,计算了单元子镜在不同俯仰角、风速和玻璃反射镜厚度等工况和结构下的单元子镜变形,结果显示,单元子镜面形是一个复杂曲面,单元子镜的变形与俯仰角相关,同时PVB薄膜的弹性模量对单元子镜的变形也有很大影响。在俯仰角为0°的情况下,风速与单元子镜最大变形之间的关系可以表达为二次多项式,此外,在风速为25 m/s的情况下,单元子镜最大mises应力为39.87 MPa。     

直径17.70 m抛物碟式聚光装置的设计与研制

设计并建造直径17.70 m的碟式聚光装置,抛物镜面焦距为9.49 m,采光面积204 m~2。结合25 kW碟式聚光装置的研制经验,对聚光装置的部分结构进行新尝试,包括镜面单元采用铝蜂窝板基体,高度角机构采用下置式,镜面单元安装采用激光定位等。研制水冷平面接收靶,在视日跟踪状态对聚光装置焦平面的聚焦光斑进行测试,验证镜面单元安装及视日跟踪的有效性。配置S260型斯特林发电系统,运行表明DS-CSP系统的净输出功率与太阳直射辐照度(DNI)基本呈正线性比例关系,数据中DNI最大值为761 W/m~2,此时DS-CSP系统的净输出功率可达40.5 kW(测试时有效采光面积200 m~2),其光热转换效率为26.6%。     

塔式太阳能聚光系统定日镜的运动规律及跟踪精度分析

本文讨论了塔式太阳能聚光系统定日镜的运动规律,绘制了定日镜运行图,对跟踪精度进行了分析,并做了典型计算。 塔式太阳能热发电系统的定日镜,必须按一定的规律运动,以达到定向聚光的目的。为了确定跟踪精度,应对定日镜的跟踪偏差及其引起的反射影象的偏移进行计算。     

一种定日镜场有效镜面面积的评估方法

以定日镜轮廓向地平面投影法计算定日镜镜面的阴影与遮挡损失。定日镜有效面积还受镜面破损、运行故障比例和镜面遮盖损失的影响,因此引入修正因子,得出一种定日镜场总有效镜面面积的评估方法。以宿迁200 kW塔式太阳能光热电站的定日镜场为例,计算定日镜场在4个典型日的阴影与遮挡效率,进而得到定日镜场的平均有效镜面面积。     

支撑结构对定日镜绕流风场特性的影响分析

为了研究塔式太阳能定日镜绕流风场的各项特性,文章采用计算流体动力学方法对定日镜绕流风场的分布情况进行数值模拟,并通过模拟结果分析了定日镜绕流风场的分布特征及其产生的原因。分析结果表明:来流冲击定日镜后,滞点位置以下的部分流体经定日镜和地面之间的窄隙流出,形成狭管效应并在定日镜背后近地面处产生流动加速区;绕流至定日镜背面的流体在定日镜面板与支撑立柱之间产生二次钝体绕流,在定日镜和立柱之间形成分布情况比较复杂的风场;来流在定日镜背后形成的上、下两个方向相反的涡结构,这是沿来流方向从定日镜背面至远端近地面的大范围高风速区域产生的主要原因。     

金属薄膜定日镜

美国桑地亚国立实验室正加紧试验用金属膜取代定日镜的玻璃镜面,其目的是简化结构,方便控制,降低成本。在中央集热式太阳能热发电站内,由反射镜和跟踪机构组成的定日镜自动跟踪太阳,并将阳光反射聚焦射入中央集热器的热窗内。由     

定日镜清洗过程中镜面振动的仿真分析

针对定日镜清洗过程中引起的镜面振动问题,本文提出了一套对定日镜清洗过程中镜面状态进行仿真的方案,以实际清洗过程中定日镜的受力状态为依据,利用有限元分析软件ANSYS Workbench中的模态分析法和瞬态动力学仿真模块,对定日镜清洗过程中其镜面在受力状态下的变形量进行了仿真计算.     

太阳能热发电系列文章(5)塔式太阳能热发电的定日镜

定日镜是一种由镜面(反射镜)、镜架(支撑结构)、跟踪传动机构及其控制系统等组成的聚光装置,用于跟踪接收并聚集反射太阳光线进入位于接收塔顶部的集热器内,是塔式太阳能热发电站的主要装置之一,如图1、图2所示。