[发明专利]一种多塔镜场的边界优化方法

说明书

本发明公开了一种多塔镜场的边界优化方法，包括如下步骤：(1)设定镜场的边界计算范围；(2)计算不同边界范围镜场的年平均余弦效率；(3)确定多塔单位面积塔成本不高于单塔镜场的等价面积；(4)综合比较镜场的年平均余弦效率和多塔镜场的塔成本，以确定镜场的边界范围。本发明的方法使得多塔镜场能够在比单塔方案光学效率更高的条件下具有低得多的单位镜面塔成本，这种多塔镜场有利于在东西向狭长的场地内形成大功率的能源供应中心。

技术领域

本发明涉及太阳能利用技术领域，尤其是一种多塔镜场的边界优化方法。

背景技术

利用城乡闲散空间建设更贴近用户侧的小型聚光系统，作为分布式可再生能源互联网的能源供应节点是一个值得努力的方向。由于这些空间的大小、形状和朝向不规则，其中可能还有各种障碍物，因此传统的塔式大镜场已经不适用。

定日镜场中会产生余弦、阴影和遮挡、镜面反射、大气衰减和溢出几种光学损失。其中，余弦损失所占的比重是最大的，占镜场光学总损失的50％-70％。

吸收塔高度对镜场的余弦效率有很大的影响。对于单塔镜场，余弦效率在一定塔高范围内是随着塔高的增加而增加的。但是，随着塔高的不断增大，余弦效率会趋于一个稳定值，同时塔本身的成本以及吸热器管路设备损失逐步增加，边际效益逐渐降低。在镜场的形状和边界尺寸均不受约束的区域，例如沙漠，可以直接根据效率来生成定日镜场的布局。这样的方法在布局上更具灵活性，可以获得效率更高的镜场。但是，利用城乡闲散空间建设的小型镜场的边界和内部显然有很多限制条件。通过优化镜场布局，虽然提高了余弦效率，但定日镜的方位角变化范围仍然过大，在比较长的运行时段内会具有过大的入射角，因此整个镜场的年平均余弦效率仍然很难超过85％。为了进一步缩小定日镜入射角，有人提出了多塔镜场方案，让定日镜在不同的时段把太阳光聚焦到不同的塔上，以提高余弦效率。其中，在环形镜场中虽然可以获得较大的单塔输出功率，但其吸热塔南侧的定日镜余弦效率的改善仍不够理想。考虑到利用城乡闲散空间建设的聚光系统一般功率较小，因此把吸热塔布置在全部定日镜的南侧就够了。Amos Danielli等人提出了将多个这种小型塔式镜场相互连接并让阳光在不同时段汇聚于最有利塔上的方案(CMT)，让其年度平均余弦效率提高了大约10％，达到95％左右，但是这种方案的致命问题是塔群的造价过高。按照CMT提供的镜场参数，多塔镜场中一座17m高的塔能够覆盖40×40m的镜场；而在单塔镜场中100m高的塔能够覆盖的镜场大约为600×780m。在中国，一座17m高的塔造价在9-14万元左右，而100m高的塔造价在200-300万元之间。要想多塔镜场达到与单塔镜场相同的规模，大约需要292座塔，其造价显然远远高于单塔镜场。

为了提高这类镜场的经济可行性，一个可行的思路是首先扩大一座塔覆盖的镜场面积以降低平摊到单位面积定日镜上的塔成本，使该镜场内塔群的总造价与采用单塔方案时的塔的总造价大致相等。这样，在镜、塔成本基本相同的前提下，多塔方案余弦效率更高的优点才能带来显著的成本下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种多塔镜场的边界优化方法，使得多塔镜场能够在比单塔方案光学效率更高的条件下具有低得多的单位镜面塔成本，这种多塔镜场有利于在东西向狭长的场地内形成大功率的能源供应中心。

为解决上述技术问题，本发明提供一种多塔镜场的边界优化方法，包括如下步骤：

(1)设定镜场的边界计算范围；

(2)计算不同边界范围镜场的年平均余弦效率；

(3)确定多塔单位面积塔成本不高于单塔镜场的等价面积；

(4)综合比较镜场的年平均余弦效率和多塔镜场的塔成本，以确定镜场的边界范围。