论文总字数：29605字

摘 要

塔式太阳能热发电站被认为是太阳能集中热利用重要的方式之一，其中镜场的投资成本占整个电站总投资的50%。因此如何提高镜场的能量产出，减少镜场的投资成本已经成为目前塔式太阳能热发电站设计中要解决的重要问题。镜场的光学效率主要有余弦效率，大气衰减率，阴影遮挡因子和拦截效率。其中拦截效率和余弦效率均与光线入射角有关，本文希望提高这两种效率，因此设计了一种南向多塔镜场，该镜场由多个南向双塔矩形镜场模块并联，在每个模块中，上午所有定日镜都把阳光汇聚到东塔上，而下午所有阳光都汇聚到西塔上，这样可以减缓由于太阳方位角全天变化范围过大而造成的入射角在大范围的波动。然后，进一步根据镜场内各定日镜的年入射角时数分布来优化镜场南北和东西的间距以及吸热塔的位置，显著减少各定日镜在全年范围内入射角超过30°的分布时数，尽量把入射角控制在30°以内。对于上述经过优化的镜场，本文采用了菲涅尔定日镜，对镜场不同区域的定日镜根据全年入射角时数分布进行赋权，分析了定日镜的余弦效率和拦截效率，并和同尺寸单塔镜场的结果进行了比较。研究结果表明，采用优化后的南向多塔镜场，年余弦效率和年拦截效率分别由单塔镜场的0.85和0.89提高到了0.93和0.99，能够显著提高镜场的有效能量产出。

关键词：定日镜场 多塔 入射角 拦截效率 余弦效率

Abstract

Tower solar thermal power plant is considered to be one of the important ways of CSP, in which the investment cost of field accounts for 50% of the total investment of the whole power station. Therefore, how to improve the energy output of the field, reduce the investment cost of the field has become the important problem to be solved in the design of tower solar thermal power plant. The optical efficiency of the field is mainly cosine efficiency, atmospheric, shadow and blocking, and intercept efficiency. The intercept efficiency and the cosine efficiency are related to the incident angle of light. In this paper, we hope to improve the two efficiencies. Therefore, we design a south-pole multi-tower field, which is connected in parallel by multiple south-pole double-tower rectangular field. Each module in the morning all the heliostats bring the sun to the east tower, and all the sun in the afternoon are converging to the West Tower, which can slow down the large angle of incidence of the incident angle due to the large range of changes in the sun's azimuth angle, the distance between the north and south of the field and the position of the endothermic tower are further optimized according to the annual incidence angle of the heliostats in the field, and the angle of incidence of the heliostats is more than 30 degrees The number of distribution time, as far as possible to control the incident angle within 30 degrees. For the above-mentioned optimized field, the Fresnel heliostat is used in this paper. The heliostat is divided according to the annual incidence angle distribution, and the cosine efficiency and intercept efficiency , And compared with the results of the same size single tower field. The results show that the optimized energy output of the field can be improved by 0.95 and 0.89 of 0.93 and 0.99, respectively, by using the optimized multi - tower field, the annual cosine efficiency and the annual intercept efficiency can be improved.

Key words: heliostats field, multi - tower, incident angle, intercept efficiency, cosine efficiency

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1塔式太阳能发电的研究现状 1

1.2本课题研究目的及主要研究内容 3

第二章 镜场相关参数的选择 6

2.1地面上太阳辐射强度的计算 6

2.2太阳相关几何角度的定义 7

第三章 镜场布置的基本方案 9

3.1镜场布置的基本方法 9

3.2塔位置的确定 9

第四章 基于入射角时数分布的镜场边界方案分析与优化 11

4.1基本计算方法 11

4.2多塔方案 12

4.2.1境场边界的确定 12

4.2.2入射角时数分布 15

4.3单塔方案 16

4.3.1镜场边界的确定 16

4.3.2入射角时数分布 17

第五章 镜场的效率计算及其分析 20

5.1镜场效率 20

5.1.1 拦截效率 20

5.1.2余弦效率 21

5.1.3镜场其他效率 22

5.2镜场优化结果分析 23

第六章 总结 25

参考文献 26

致 谢 27

第一章 绪论

1.1塔式太阳能发电的研究现状

20世纪50年代，塔式太阳能热发电站系统的设计思想在前苏联被提出，并于1950在前苏联建成一座小型实验电站^[1]，踏出了这项技术发展的第一步。让世界上的很多国家看到了利用太阳能的另一种可能，随后便开始大力投入对这项技术的开发利用，在美国，西班牙等国家的努力下，塔式太阳能热发电技术得到了很好的发展，发展到今天，这项技术已经由最初的开始并网发电到初具商业化运行规模，并且规模不断加大，由于有了大量的前期技术基础，发展速度也在飞速上升中。截止目前为止，世界上建造的兆瓦级的塔式太阳能热发电站已经有20余座^[2],表1是世界上目前已经建成或者在建的几个典型的塔式太阳能热发电站的基本情况。

1981在美国加利福尼亚南部沙漠地区建立了装机容量为10MW的Solar one塔式太阳能热发电站，电站的吸热器为中央吸热器，即塔布置在镜场中央，定日镜布置在塔四周。塔高80m，投资1.42亿美元。Solar one的建立和投产在塔式太阳能热发电的发展历史上具有重要的意义。后来在Solar one的基础上，改变传热工质，建成的Solar Two电站，塔输送太阳能的负载因子高达65%，储热效率达到97%^[3]，在没有太阳光的夜间，电站也能够运行一定时间，证明了太阳光也可以被储存利用，极大的推进了太阳能热发电商业化运行的进程。世界上第一座能够投入商业化运行的塔式太阳能热发电站是西班牙的PS10发电站，占地75000，塔高115m，年平均发电率可达10.5%。

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