[发明专利]定日镜场的布局方法以及太阳能热电塔系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种定日镜场的布局方法以及太阳能热电塔系统。

背景技术

塔式太阳能发电系统是在空地上建造一座中央塔，其顶部安装一个集热器，以构成中央集热塔，周围安装一定数量的定日镜，定日镜聚集太阳光到塔顶的集热器，集热器内腔产生高温，然后通过集热器内部的工质接收热量而产生高温蒸汽，推动汽轮机发电。

太阳能热电塔系统一般由反射镜阵列、高塔、集热器、蓄能器、发电机组等五个主要部分组成，反射镜按一定的规则进行排列组成反射镜阵列。这些镜子自动跟踪太阳，将太阳光正确地投射到集热器窗口。集热器被设计为一个侧面受光或四周受光体，将接收的太阳光转换成热能后，使流动介质在加热盘产生蒸汽。热量一部分用来驱动发电机发电，另一部分被储存在蓄能器中，作为没有阳光时的备用能量。

塔式太阳能发电系统具有聚光倍数高和能量集中的特点，容易实现较高工作温度，定日镜的数量越多，聚光比越大，接收器集热温度越高。聚光通过反射光线直接完成，方法简单有效，散热面积相对较小，且有较高的光热转换效率，同时，塔式太阳能发电系统的后端技术可与现有火电站兼容，方便对火电站改造，降低碳排放，有望成为太阳能发电的主要方式。

目前塔式系统常见的镜场排列方式如图1所示：

目前，大部分塔式发电系统的镜场分布为同心圆形式，如图1所示。此外，有些镜场为了简化建设难度，采用了简单的线性排列方式。在大部分的塔式太阳能发电系统中，中央集热塔处于镜场的物理中心。

发明内容

本发明的目的是提供一种定日镜场的布局方法，以解决各地理纬度的塔式太阳能发电系统中定日镜场布局不合理的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种定日镜场的排布方法，包括如下步骤：

步骤S1，确定定日镜的能量反射效率、能量截断效率；

步骤S2，确定镜场排布形态；

步骤S3，确定镜场分布范围；以及

步骤S4，确定各定日镜的排布坐标。

进一步，所述步骤S1中的能量反射效率适于通过如下公式表示：

；

式中：为定日镜能量反射效率，为定日镜余弦效率，为大气衰减效率，为中心点距离效率，为镜面反射效率。

进一步，所述步骤S1中的能量截断效率适于通过以下公式表示：

；

式中：为定日镜能量截断效率，为太阳半张角，点x、y的范围为以镜场中心为原点所建立的坐标系对应的定日镜反射光斑区域。

进一步，所述步骤S2中确定镜场的排布形态的方法包括如下步骤：

对一定范围内所有定日镜的能量接收效率进行计算，生成全年的能量接收效率分布图，对镜场排布形态加以拟合；其中

单个定日镜全年的能量接收效率适于通过其在每个时刻下的能量接收效率在全年的基础上通过积分运算得到，即通过以下公式表示：

；

式中：为定日镜的全年能量接收效率，为能量反射效率，为能量截断效率，D为全年的日序列时刻；

通过对一定范围内的定日镜进行全年能量接收效率的计算，以对镜场排布形态进行确定；即

对应地理纬度从低到高的变化，将镜场的效率圈划分为：椭圆形、非中心对称圆形和扇形。

进一步，地理纬度从低到高，即

在赤道附近，镜场分布拟合为椭圆形；

在中低纬度地区，镜场拟合为非中心对称圆形，以及

在中纬度地区，镜场拟合为扇形。

进一步，所述步骤S3中确定镜场的分布范围的方法包括：

根据全年的能量接收效率分布图规划出定日镜排布的内、外边界线，以构成镜场的分布范围。

进一步，所述步骤S4中确定各定日镜的排布坐标的方法包括：

步骤S41，确定定日镜的环数；即

定日镜的环数适于通过以下公式表示：

；

式中：为定日镜环数，为塔高，和分别为定日镜分布区间最大值和最小值，为定日镜宽度；

步骤S42，确定每一环定日镜的个数；即

定日镜每环的个数适于通过以下公式表示：

其中：为第环定日镜的个数，为定日镜径向间距，为第环相邻定日镜横向间距，为定日镜宽度。

又一方面，本发明还提供了一种太阳能热电塔系统，包括：通过所述的排布方法计算获得的定日镜场。