[发明专利]抛物面槽式太阳能集热器热性能测量装置及热性能预测方法

说明书

一种抛物面槽式太阳能集热器热性能测量装置及热性能预测方法，其测量仪器子系统安装在传热流体循环子系统上或附近，氮气密封子系统连接传热流体循环子系统中换热器(9)的顶部，冷却循环子系统连接传热流体循环子系统中换热器(9)的冷却介质侧的进出口。本发明热性能动态预测方法基于连续测量传热流体出口温度上升过程和下降过程的传热流体进出口温度、体积流量、太阳法向直射辐照度、环境空气温度，以及环境空气速度，通过抛物面槽式太阳能集热器热性能动态预测模型，采用基于最小二乘类方法的多元线性回归数学方法辨识其中七个待定参数，预测该抛物面槽式太阳能集热器在任一特定的时间、地点、太阳辐照、环境空气温度和传热流体进口温度等工况下的热性能。

技术领域

本发明涉及一种抛物面槽式太阳能集热器热性能动态测量装置及热性能预测方法。

背景技术

抛物面槽式太阳能集热器主要应用于太阳能热发电站，它利用抛物面槽形聚光器围绕位于槽形焦线处的吸热管做一维旋转运动跟踪太阳，使得会聚的太阳直射辐射加热吸热管，再通过流经吸热管的传热流体将热量带出，实现将太阳能转化为热能。抛物面槽式太阳能集热器应用技术的最为重要评价和验收指标是集热器的热性能。目前应用基于实际测量和数学物理预测模型相结合的方法来预测任一工况条件下的集热器热性能被认为是最为可靠和准确的方法。随着2016年9月中国国家能源局第一批太阳能热发电示范项目(包含7个槽式项目，其总装机容量46.4万千瓦)的公布，槽式光热发电的市场将迅速扩大，对热性能预测的需求更加强烈。

欧洲标准EN12975–2“太阳能热系统与部件–太阳能集热器”提供了一个太阳能集热器热性能的准动态预测方法及测量装置，其准动态预测模型是基于太阳能集热器输出功率的最小误差分析建立的。但是，这个标准所提供的入射角修正因子的具体函数表达形式仅仅适用于平板型太阳能集热器，而非针对于抛物面槽式太阳能集热器。而且，该标准只考虑了集热器温度上升过程的测量，并要求测量过程中集热器传热流体进口温度稳定在±1℃。该标准对太阳散射辐照项的考虑反而对具有高聚光比的槽式集热器的热性能预测带来不确定性。此外，该标准所示意的测量装置是针对以低温水为传热介质的集热器，而末给出针对高温高压的抛物面槽式太阳能集热器的测量装置。因此，对于具有更高工作温度和更为复杂光学效应的抛物面槽式太阳能集热器而言，需要一种能够适用于现场变化条件的热性能动态测量装置及预测方法。

发明内容

本发明的目的是弥补现有热性能测量装置及预测方法技术只针对低倍/非聚光低温太阳能集热器的不足，提出一种适用于具有高温高倍聚光特性的抛物面槽式太阳能集热器的热性能动态测量装置及预测方法。本发明应用于使用非相变传热流体的抛物面槽式太阳能集热器热性能的动态预测。

在实际运行过程中，传热流体为液体，可以是导热油、熔融盐或水等，没有相变发生。本发明装置适用于室外现场工作条件，利用槽式集热器跟踪聚光和集热器采光口背向太阳两种工况，连续测量集热器运行参数变化过程中的关键物理量：传热流体进口温度、传热流体出口温度、传热流体的体积流量、太阳法向直射辐照度(DNI)、以及环境空气温度和环境空气速度等。

本发明抛物面槽式太阳能集热器热性能动态测量装置，采用闭式循环系统，由以下四个子系统组成：测量仪器子系统、传热流体循环子系统、氮气密封子系统主和冷却循环子系统。测量仪器子系统的测量设备安装在传热流体循环子系统上或附近，氮气密封子系统连接传热流体循环子系统中换热器的顶部，冷却循环子系统连接传热流体循环子系统中换热器的冷却介质侧的进出口。

传热流体循环子系统包括换热器、过滤器、循环泵、流量控制阀和槽式集热器。换热器的传热流体侧出口通过管路与过滤器的一侧连接，过滤器的另一侧通过管路与循环泵的进口连接，循环泵的出口通过管路与流量控制阀的一侧连接，流量控制阀的另一侧通过管路与槽式集热器的进口连接，槽式集热器的出口通过管路与换热器的传热流体侧进口连接。