塔式太阳能的扇形定日镜场布置方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及定日镜场布置技术领域，尤其涉及一种塔式太阳能的扇形定日镜场布 置方法。
【背景技术】
[0002] 光热太阳能是利用聚光集热系统收集太阳辐射能，将其转化为热能;太阳能首先 加热高温载热介质，然后高温载热工质通过换热将水加热成过热蒸汽，结合其它工艺系统， 达到供热、供汽和发电的目的。这种太阳能利用系统还有一个优势，就是使用融盐等介质将 太阳能通过储能系统以热能的形式储存起来，需要的时候再释放出来。太阳能塔式发电是 应用的塔式系统。塔式系统又称集中式系统。它是在很大面积的场地上装有许多台大型太 阳能反射镜，通常称为定日镜，每台都各自配有跟踪机构准确的将太阳光反射集中到一个 高塔顶部的接受器上。接受器上的聚光倍率可超过1000倍。在这里把吸收的太阳光能转化 成热能，再将热能传给工质，经过蓄热环节，再输入热动力机，膨胀做工，带动发电机，最后 以电能的形式输出。主要由聚光子系统、集热子系统、蓄热子系统、发电子系统等部分组成。 定日镜是将太阳或其他天体的光线反射到固定方向的光学装置，又称定星镜。
[0003] 太阳能有丰富、普遍和无害的优点。资源丰富，取之不尽、用之不竭;无地域限制， 可直接开发、利用，无须开采和运输;开发利用太阳能不会对环境造成任何污染，是最清洁 能源之一。但是太阳辐射的分散性强，能流密度较低;必须借助收集和转换设备才能得到一 定功率的能量。在已有的槽式、塔式、碟式和线性菲涅尔式为代表的太阳能光热技术路线 中，塔式电站以其集热效率高、热工转换效率高，系统综合效率高，成本降低空间大，适合大 规模应用等优点而成为光热产业未来大规模应用的主要方向。以此同时，塔式光热电站也 因其定日镜场的设置布局和跟踪控制较为复杂，目前尚有待相关技术的突破。塔式太阳能 光热发电的基本原理是，由数量众多、排列有序的定日镜组成反射镜场，在太阳视位置跟踪 系统的控制下通过调整镜场中每一独立反射镜面的方位角和高度角，来反射太阳辐射，将 太阳辐射能量准确汇聚到设置于动力塔顶的集热器。集热器吸收太阳辐射能量，用该能量 加热载热工质，产生高温高压气体，推动汽轮机组发电。定日镜场基于布置方面的太阳辐射 损失主要有:定日镜阵列屏遮和塔影屏遮。在中高炜度地区，光线反射必然存在余弦损失， 炜度越高损失越大，在这类地区的塔式定日镜场通常采用扇形镜场布置方式，即定日镜场 扇形布置于中央动力塔北侧(对于南半球则定日镜场扇形布置于中央动力塔南侧）。
[0004] 近年来，我国在光热太阳能方面的研究和示范性试验也取得了很大进展，光热发 电设备的国产化率也逐步提高。定日镜场由一系列能够跟踪太阳运转的反射聚光镜布置而 成，是塔式太阳能热发电站的关键子系统，镜场的投资成本约占电站总投资成本的50%。目 前我国针对定日镜场布置的技术还处于起步阶段。太阳辐射分散性强，能流密度较低的问 题是无法克服的，目前定日镜场效率损失约30%~40%，且随着镜场规模的增大，效率损失 也增大。因此，通过提高光热太阳能电站光场的聚光比，减少太阳辐射收集过程中的损失是 非常必要的。
【发明内容】
[0005] 本发明针对现有技术中存在的上述问题，提出了一种适于中高炜度地区塔式太阳 能光热发电、供热系统的定日镜场的设计布置方法。
[0006] 根据本发明的一个方面，提出了一种塔式太阳能的扇形定日镜场布置方法，所述 方法包括:步骤S1，确定定日镜特征尺寸Dm;步骤S2，确定镜场布置中定日镜与动力塔的最 小距离L min和最大距离Lmax;步骤S3，基于定日镜场所在地的炜度确定将定日镜场按照距离 远近划分为两部分的优化因子P;步骤S4，在定日镜与动力塔的距离位于L min~P X Ht_r之间 时采用适合小规模镜场以及大规模镜场靠近动力塔的定日镜阵列的布置方法进行布置;在 定日镜与动力塔的距离位于PXH t_r~Lmax之间时采用适合大规模镜场远离动力塔的定日 镜阵列的布置方法进行布置。
[0007] 根据本发明的一个方面，所述步骤S1中，所述定日镜特征尺寸Dm为定日镜对角线 长度与预定常数的和。
[0008] 根据本发明的一个方面，所述预定常数为0.3m。
[0009] 根据本发明的一个方面，所述步骤S2中，利用以下公式确定镜场布置中定日镜与 动力塔的最小距离Lmin和最大距离Lmax:
[0010] Lmin = 0.75XHt ower ； Lmax - 7.5 X Htower ；
[001 1 ]其中，Lmin为定日镜与动力塔的最小距离，Lmax为定日镜与动力塔的最大距离，Htower 为动力塔高度。
[0012] 根据本发明的一个方面，所述步骤S3中，利用以下公式确定将定日镜场按照距离 远近划分为两部分的优化因子P:
[0013]
[0014] ρ = σΧ6.75+0.75
[0015] 式中：
[0016] Lat为定日镜场所在地的炜度，
[0017] σ为炜度影响因子，对于中高炜度即南北炜30°到南北炜90°之间来说，0.1 0.3〇
[0018]根据本发明的一个方面，在所述步骤S4中，在定日镜与动力塔的距离位于Lmin~Ρ XHt_r2间时采用与下述第一公式组对应的扇形交错布置方式进行布置：
[0019]
[0020]
[0021]
[0022]其中：
[0023] AR为同轴相邻定日镜间距，
[0024] Δ Az为同环相邻定日镜间距，
[0025] Dm为定日镜特征尺寸，
[0026] Eit为动力塔塔顶集热器高度角，
[0027] Ht ower 为塔尚，
[0028] Hhel为定日镜转轴中心高度，
[0029] RADIUS为定日镜与动力塔中心的距离。
[0030]根据本发明的一个方面，在所述步骤S4中，在定日镜与动力塔的距离位于pXHt_r ~Lmax之间时采用与下述第二公式组对应的扇形交错布置方式进行布置：
[0035] 其中：
[0036] AR为同轴相邻定日镜间距，其定义与公式组5中的相同，
[0037] Λ Az为同环相邻定日镜间距，其定义与公式组5中的相同，
[0038] 0(为动力塔塔顶集热器天顶角，
[0039] HM为定日镜长，
[0040] 丽为定日镜宽，
[0041] Ht ower 为塔尚，
[0042] RADIUS为定日镜与动力塔中心的距离。
[0043]根据本发明的一个方面，其中第一扇面的RADIUS为Lmin，第一扇面的首台定日镜位 于动力塔正北或正南方向；根据第一公式组确定对应于第一扇面的△ Az和△ R，根据△ Az和 首台定日镜的位置确定第一扇面的其他定日镜的位置;根据对应于第一扇面的A R确定第 三扇面的RADIUS，第三扇面的首台定日镜位于动力塔正北或正南方向，根据第一公式组确 定对应于第三扇面的△ Az和△ R，利用与第一扇面相同的方式确定第三扇面的其他定日镜 的位置，并根据对应于第三扇面的A R确定第五扇面的RADIUS，以此类推确定所有位于Lmin ~P X Ht_r之间的其他奇数扇面的定日镜排布;第二扇面位于第一和第三扇面中间从而确 定第二扇面的RADIUS，第二扇面的首台定日镜位于第一扇面相邻两台定日镜与动力塔夹角 的角平分