随着国际油价不断攀升和全球气候不断恶化,太阳能的开发和利用受到越来越多的关注和重视,太阳能热发电是大规模开发利用太阳能的一个重要途径。在大规模太阳能热发电站中,塔式聚光发电有其它聚光发电不可比拟的优点,因此塔式太阳能热发电形式是利用太阳能实现大容量并网发电的首选。而我国在这方面起步比较晚,尚处于研发和示范阶段,成本太高始终是制约中国塔式太阳能发展的首要问题。本文从聚光镜场布置、聚光镜场光能量调度、土地利用率三个方面,对塔式太阳能热发电系统聚光镜场进行了研究、分析和探索,具体工作如下：
(1)太阳运动规律的研究
根据太阳运动的特点,分别建立了地平坐标系和矢量坐标系下太阳的运动模型,仿真计算了太阳轨迹在一天内的变化情况,并总结太阳高度角和方位角在一天内的变化规律。
(2)聚光镜场的设计与余弦效率分布的理论分析
基于放射状栅格法,设计了放射状交错排列的圆形聚光镜场。通过建立余弦效率计算模型,分别对太阳入射角和余弦效率进行了仿真计算,总结太阳入射角在一天内的变化趋势,得到最佳和最低余弦效率分布区域。进一步研究了接收塔的高度对平均余弦效率的影响。
(3)聚光镜场的调度优化研究
结合定日镜的反射率、余弦效率和大气透射率等因素,建立聚光镜场调度的数学模型,并将该调度模型转换为0-1背包问题进行描述。针对该问题,采用贪婪算法、以及将此算法分别与微粒群算法和遗传算法相结合进行求解,得到各时刻系统最佳时,需投入运行的定日镜数量和分布,并提出了分时段调度策略。
(4)新型定日镜的最大土地利用率研究
通过考虑相邻定日镜之间的机械碰撞以及聚光镜场中的遮挡损失,建立了不同形状定日镜的土地利用率模型,并从计算结果中得出不同形状定日镜分别在不考虑与考虑遮挡损失两种情况下所获得的最大土地利用率,以及满足最大土地利用率的定日镜尺寸。
本文提出了优化塔式太阳能热发电系统中聚光镜场的方法,为降低系统发电成本,提高系统聚光效率,实现塔式太阳能热发电技术提供理论依据。
