塔式太阳能热电站管状接收器的分布参数建模方法
【专利摘要】本发明公开了一种塔式太阳能热电站管状接收器的分布参数建模方法。该方法建立了塔式太阳能热电站管状接收器的整体质量守恒、能量守恒模型，汽包质量守恒、能量守恒模型，接受面板分布式质量守恒、能量守恒模型。利用联立法对模型进行求解，并分析接收器管壁金属升温特性。本发明采用分布式建模，考虑到接收器接受到能量不均匀分布特性，相对于现有的集总参数模型，仿真结果更接近实际情况。利用本发明模型，可以仿真出接收器金属在太阳辐射扰动下的升温特性，进而解决接收器安全运行问题。
【专利说明】塔式太阳能热电站管状接收器的分布参数建模方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能【技术领域】，特别是涉及介质为水的管状式接收器。
【背景技术】
[0002]塔式太阳能热电站是利用聚光系统(镜场)聚集太阳能，经塔顶接收器内工质吸收转化为热能，进而利用该热能产生过热蒸汽，推动汽轮机发电，最终实现太阳能到电能的转换。
[0003]在塔式太阳能热发电系统中，太阳能接收器是实现发电最为关键的核心技术，因此，接收器的建模与仿真是对整个电站进行建模与仿真的基础。
[0004]目前已经建立塔式太阳能管状接收器的集总参数动态模型。集总参数模型中的模型各变量与空间位置无关，把变量看作在整个系统中是均一的。该模型较为真实的模拟了接收器的实际运行状态。但是集总参数模型假设接受面板上聚集的能量均匀分布，而在实际情况下，接受面板上接受到太阳辐射能是不均匀分配的，具有中心能量高，周边能量低的特点。因此，集总参数模型只能模拟接收器整体的动态性能，不能得到接收器各部位动态性能，如循环速率、产气率等。尤其当太阳辐射扰动时，集总参数默认各个部位金属温度一样，而在实际情况下，接收器面板上各部位金属的温度特性会有很大差异。
[0005]为了改进接收器模型，获得更为准确的结果，本文对接收器进行分布参数建模，即对接受面板网格化。分布参数模型中变量与空间位置有关，因此可以模拟出接收板在接收到的能量为不均匀分布情况下内部流体的动态特性，更贴近实际情况，仿真结果更为准确。
[0006]另外，根据接收器设备规范要求，升温升压一定要缓慢，温升不应超过55°C /h，升压过程中应对各膨胀热承压部件的膨胀情况进行监督，发现膨胀不均或被卡住，应及时采取措施予以消除。分布式模型可以很好的得到接收板各部位金属的升温动态特性，因此，对接收器安全运行有指导作用。
【发明内容】
[0007]为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种塔式太阳能热电站管状接收器的分布参数建模方法。包括:
[0008]步骤(I)建立塔式太阳能热电站管状接收器的整体质量守恒、能量守恒模型。
[0009]如图1为管状式接收器模型示意图，(a)图为正面示意图，(b)图为侧面示意图。
[0010]接收器工作原理:上集箱中为汽水混合物，其中水由于重力自然下降，经过下降管进入上升管，吸收太阳能汽化形成蒸汽，由于汽水混合物密度小于水的密度，因此自然上升回到上集箱，如此循环。
[0011]由于接收器模型的复杂性，建模时应对系统进行简化，同时做出以下假设:
[0012]1.整个蒸发系统为饱和态；
[0013]2.忽略蒸发区工质流动阻力和重力压头变化，各处工质压力同步变化，与上集箱压力相同；[0014]3.接收板上升管横截面上汽液均匀，水与蒸汽的流速相同。
[0015]塔式太阳能热电站管状接收器的分布参数建模方法包括以下步骤:
[0016]I)建立塔式太阳能热电站管状接收器的整体质量守恒、能量守恒模型；
[0017]测量当日太阳辐射DNI值，根据热电站镜面反射面积、镜场效率、阶段效率、定日镜反射率和接收器效率，计算得到提供给接受板内工质的太阳能热量Q ;测量得到给水流量qf、蒸汽流量qs ;
[0018]能量Q计算公式如下:
[0019]Q = DNIXSmX η 镜场效率 X rItruncX rIrefX rIclr (1)
[0020]其中，DNI表示太阳辐射能量值A为镜面反射面积；η 表示镜场的均值效率，为镜场大气透射率、余弦效率和阴影遮挡效率成绩的均值；表示当时的截断效率；Href表示定日镜反射率；表示定日镜的清洁度，这些值均从实际镜场情况得到；
[0021]管状接收器系统质量守恒如下:
【权利要求】
1.一种塔式太阳能热电站管状接收器的分布参数建模方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)建立塔式太阳能热电站管状接收器的整体质量守恒、能量守恒模型； 测量当日太阳辐射DNI值，根据热电站镜面反射面积、镜场效率、阶段效率、定日镜反射率和接收器效率，计算得到提供给接受板内工质的太阳能热量Q ;测量得到给水流量％、蒸汽流量qs ; 能量Q计算公式如下:
Q = DNI X SmX rI 镜场效率 X 1TtruncX 1IrefX rIclr (I) 其中，DNI表示太阳辐射能量值A111为镜面反射面积；η I*--表示镜场的均值效率，为镜场大气透射率、余弦效率和阴影遮挡效率成绩的均值；Hrrf表示当时的截断效率；表示定日镜反射率；表示定日镜的清洁度，这些值均从实际镜场情况得到； 管状接收器系统质量守恒如下:
2.根据权利要求1所述的塔式太阳能热电站管状接收器的分布参数建模方法，其特征在于，所述步骤3)中塔式太阳能热电站管状接收器接受板分布式能量守恒、质量守恒模型推导步骤如下: 列写质量、能量守恒方程:
3.根据权利要求1所述的塔式太阳能热电站管状接收器的分布参数建模方法，其特征在于，所述步骤2)整个接收板内流体所含蒸汽的体积百分比巧?为每个模块等效和，结果如下:
4.根据权利要求1所述的塔式太阳能热电站管状接收器的分布参数建模方法，其特征在于，所述步骤4)建立水和蒸汽物性关系模型是水和蒸汽性质国际协会公布的工业标准IAPWS-1F97。
【文档编号】G06F17/50GK104036084SQ201410274495
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月18日 优先权日:2014年6月18日
【发明者】赵豫红, 李佳燕 申请人:浙江大学