光热电站集热器的换热介质供给量的控制方法及其系统与流程

本发明涉及一种集热器控制领域，尤其涉及光热电站集热器的换热介质供给量的控制方法及其系统。

背景技术：

光热发电系统包括集热器及用于将太阳光反射聚集于集热器上的反射镜。其中，输送至集热器的换热介质在集热器中流动的过程中吸收集热器表面的热量，从而获得高温高压的换热介质，高温高压的换热介质与水实施热交换，使得水的温度升高产生蒸汽，进而驱动发电机组发电。

由于不同天气、不同时刻下，太阳辐射强度不同，而太阳辐射强度直接影响到集热器输出的换热介质的品质。因此，为保证集热器出口的换热介质的品质，需调节集热器的换热介质的供给量。目前，多通过测定集热器出口的换热介质的温度，根据集热器出口的换热介质的温度与预设的理想使用温度进行比较，从而调节集热器的换热介质的供给量。

由于集热管管道较长，导致了换热介质的供给量的调节有很大的滞后性，而且需要操作人员判断的参数较多，整体效果并不理想，无法根据太阳辐射强度的变化及时调节集热器的换热介质的供给量，从而很难保证集热器输出所需品质的换热介质。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供光热电站集热器的换热介质供给量的控制方法，可根据太阳辐射强度的变化及时、有效地调节集热器的换热介质供给量。

本发明的目的还在于提供光热电站集热器的换热介质供给量的控制系统，可根据太阳辐射强度的变化及时、有效地调节集热器的换热介质供给量。

本发明提供的光热电站集热器的换热介质供给量的控制方法，包括：

测量太阳法向直射辐射值，并根据该太阳法向直射辐射值计算出该时刻集热器吸收的有效热功率；

测量该时刻所述集热器入口处的换热介质的温度以及换热介质的压力，并计算出输入的换热介质的焓值；

测量该时刻所述集热器出口处的换热介质的温度以及换热介质的压力，并计算出输出的换热介质的焓值；

利用所述输入的换热介质的焓值、所述输出的换热介质的焓值以及所述集热器吸收的有效热功率计算出该时刻所述集热器的换热介质的理论供给量；

测量该时刻所述集热器的换热介质的实际供给量，并调节所述集热器的换热介质的供给量。

进一步地，所述根据该太阳法向直射辐射值计算出该时刻的集热器吸收的有效热功率，具体为：

根据该时刻的太阳法向直射辐射值，计算所述集热器吸收的理论热功率；

计算经过反射镜后的可利用的热功效率和计算所述集热器的有效吸收的热功效率；

利用所述集热器吸收的理论热功率、所述经过反射镜后的可利用的热功效率和所述集热器的有效吸收热功效率计算出该时刻所述集热器吸收的有效热功率。

进一步地，所述计算经过反射镜后的可利用的热功效率包括：

计算所述反射镜的入射有效热功效率、计算所述反射镜的反射有效热功效率和计算所述反射镜被遮挡造成的热功损失效率。

进一步地，所述计算反射镜被遮挡造成的热功损失效率包括：计算所述反射镜被安装结构遮挡造成的热功损失效率、计算所述反射镜被集热器遮挡造成的热功损失效率和计算相邻的所述反射镜之间相互遮挡造成的热功损失效率。

进一步地，所述计算集热器的有效吸收热功效率包括：计算所述集热器的端部损失效率、计算所述集热器的吸收效率和计算所述集热器的外部辐射及对流损失效率。

进一步地，所述计算集热器的有效吸收热功效率还包括：计算复合抛物面聚光器的二次反射效率。

进一步地，所述计算集热器的有效吸收热功效率还包括：计算所述复合抛物面聚光器的玻璃盖板透射效率。

进一步地，所述计算集热器的有效吸收热功效率还包括：计算所述集热器的玻璃套管透射效率。

进一步地，所述计算集热器的有效吸收热功效率还包括：计算所述集热器的玻璃套管透射效率。

进一步地，在利用所述输入的换热介质的焓值、所述输出的换热介质的焓值以及所述集热器吸收的有效热功率计算出该时刻所述集热器的换热介质的理论供给量之后，还包括：

对所述集热器的换热介质的理论供给量进行动态补偿调节。

进一步地，所述对所述集热器的换热介质的理论供给量进行动态补偿调节，具体为：

实时测量所述集热器的出口处的换热介质的温度，获得所述集热器的出口处的换热介质的温度测量值；

在预设换热介质的补偿供给量的范围内，对所述集热器的换热介质的理论供给量进行动态补偿调节，直至所述温度测量值与换热介质的理想使用温度值趋于相等。

进一步地，所述预设换热介质的补偿供给量的范围为±α，所述α的值为所述集热器的换热介质的最大供给量值的5％～15％。

进一步地，所述换热介质的理想使用温度值为355℃～395℃。

本发明提供的光热电站集热器的换热介质供给量的控制系统，包括：

设置在集热器的入口处的换热介质的压力测量装置和换热介质的温度测量装置；

设置在所述集热器的出口处的换热介质的压力测量装置和换热介质的温度测量装置；

设置在换热介质供给装置和所述集热器之间管路上的流量控制装置及流量监测装置；

以及第一数据处理模块和第一比例-积分-微分控制器；

其中，所述集热器的入口处的换热介质的压力测量装置和换热介质的温度测量装置和所述集热器的出口处的换热介质的压力测量装置和换热介质的温度测量装置均与所述第一数据处理模块相连；所述第一数据处理模块的输出端和所述流量监测装置均与所述第一比例-积分-微分控制器的输入端相连；所述第一比例-积分-微分控制器的输出端与所述流量控制装置相连。

进一步地，还包括第二比例-积分-微分控制器；

其中，所述集热器的出口处的换热介质的温度测量装置与所述第二比例-积分-微分控制器的输入端相连；所述第二比例-积分-微分控制器的输出端与所述第一比例-积分-微分控制器的输入端相连。

与现有技术相比，本发明提供的光热电站集热器的换热介质供给量的控制方法，根据太阳法向直射辐射值，判断集热器所处环境的太阳辐照强度，并可根据不同时刻太阳辐照强度的不同，及时、有效地调节集热器的换热介质供给量，从而提升集热器出口处的换热介质的稳定性，进而保证集热器出口处的换热介质的品质。

在进一步的技术方案中，通过引入影响集热器吸收的有效热功率的多个因素，进一步明确了该光热电站集热器的的换热介质供给量的控制方法的可靠性、及时性，通过该多个影响因素的综合判定，可较精确地判断该光热电站集热器的的换热介质供给量随太阳法向直射辐射值的变化，进而及时、有效地明确不同时刻不同太阳法向直射辐射值下该光热电站集热器的换热介质供给量。

在进一步的技术方案中，通过对集热器的换热介质的理论供给量进行补偿调节，使得集热器出口处的换热介质的温度测量值与换热介质的理想使用温度值趋于相等，更进一步提高 了该光热电站集热器的换热介质供给量的控制方法的准确度，便于获得所需参数的换热介质品质。

与现有技术相比，本发明提供的光热电站集热器的换热介质供给量的控制系统，利用该光热电站集热器的换热介质供给量的控制系统可及时、准确地调节集热器的换热介质的供给量，便于获得所需参数的换热介质品质。

附图说明

在下文中将基于仅为非限定性的实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为本发明实施例一提供的光热电站集热器的换热介质供给量的控制方法的流程图。

图2、3、4为本发明实施例二提供的光热电站集热器的换热介质供给量的控制方法的流程图。

图5为本发明实施例三提供的光热电站集热器的换热介质供给量的控制方法的流程图。

图6、7、8为本发明实施例四提供的光热电站集热器的换热介质供给量的控制系统的结构示意图。

附图说明：

1-集热器，2-集热器的入口处的换热介质的压力测量装置，3-集热器的入口处的换热介质的温度测量装置，4-集热器的出口处的换热介质的压力测量装置，5-换热介质供给装置，6-流量监测装置，7-流量控制装置，8-集热器的出口处的换热介质的温度测量装置

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，本实施例提供的光热电站集热器的换热介质供给量的控制方法，具体包括以下步骤：

S1：测量太阳法向直射辐射值，并根据该太阳法向直射辐射值计算出该时刻集热器吸收的有效热功率；

S2：测量该时刻集热器入口处的换热介质的温度以及换热介质的压力，并计算出输入的换热介质的焓值；

S3：测量该时刻所述集热器出口处的换热介质的温度以及换热介质的压力，并计算出输 出的换热介质的焓值；

S4：利用输入的换热介质的焓值、输出的换热介质的焓值以及集热器吸收的有效热功率计算出该时刻集热器的换热介质的理论供给量；

S5：测量该时刻集热器的换热介质的实际供给量，并调节集热器的换热介质的供给量。

由于不同天气、不同时刻下，太阳辐射强度不同，而太阳辐射强度直接影响到集热器输出的换热介质的品质。现有技术中通过测定集热器出口的换热介质的温度，根据集热器出口的换热介质的温度与预设的理想使用温度进行比较，从而调节集热器的换热介质的供给量，由于集热管管道较长，该种调节方式具有很大的滞后性，无法根据太阳辐射强度的变化直接、快速地调节集热管的换热介质的供给量，很难保证集热器输出所需品质的换热介质。本发明通过实时监测光热电站集热器所处环境的太阳辐照强度，根据太阳辐射强度的变化，确定集热器吸收的有效热功率，从而可直接、有效地调节集热器的换热介质的供给量，进而保证集热器出口换热介质的品质。

实施例二

为便于清楚地理解如何根据太阳法向直射辐射值计算出该时刻的集热器吸收的有效热功率，将该集热器吸收的有效热功率的具体过程作如下阐述：

如图2所示，步骤S1：根据该太阳法向直射辐射值计算出该时刻的集热器吸收的有效热功率，具体为以下步骤：

S11：根据该时刻的太阳法向直射辐射值，计算所述集热器吸收的理论热功率；

S12：计算经过反射镜后的可利用的热功效率和计算所述集热器的有效吸收的热功效率；

S13：利用所述集热器吸收的理论热功率、所述经过反射镜后的可利用的热功效率和所述集热器的有效吸收热功效率计算出该时刻所述集热器吸收的有效热功率。

其中，S11步骤中的所述集热器吸收的理论热功率是指在当前太阳法向直射辐射值下，在无任何损失的情况下全部反射至集热器并被其全部吸收的太阳光照的热功率。

但在实际情况中，太阳光在传输过程中因受到各种因素的影响而损失辐照能量，大体可分为两个方面。

其一为计算经过反射镜后的可利用的热功效率。经过反射镜后的可利用的热功效率是指将太阳光从入射到反射镜至经反射镜将太阳光反射至集热器的这一过程中，在该太阳法向直射辐射值下对应的太阳光照的热功率经损失后实际能够利用的热功效率值。具体的影响因素与反射镜的安装结构及其自身性能具有极大的关系。

如图3所示，本实施例中，计算经过反射镜后的可利用的热功效率具体包括：

S121：计算反射镜的入射有效热功效率、计算反射镜的反射有效热功效率和计算反射镜被遮挡造成的热功损失效率。

其中计算反射镜被遮挡造成的热功损失效率具体包括：

S1211：计算反射镜被安装结构遮挡造成的热功损失效率、计算反射镜被集热器遮挡造成的热功损失效率和计算相邻的反射镜之间相互遮挡造成的热功损失效率。

需说明的是，在计算经过反射镜后的可利用的热功效率时，计算反射镜的入射有效热功效率时需要考虑的影响因素主要包括：反射镜的安装精度的影响；反射镜倾斜角度的影响等。计算反射镜的反射有效热工效率时需要考虑的影响因素主要包括：反射镜自身反射效率的影响。

在计算经过反射镜后的可利用的热功效率的过程中考虑的因素应包括但不限于上述几个方面，本领域技术人员根据安装结构和反射镜性能的不同而考虑的其他能够影响经过反射镜后的可利用的热功效率的因素，均应当落入本发明的保护范围。

其二为计算集热器的有效吸收的热功效率。计算集热器的有效吸收的热功效率是指经过反射镜反射后的太阳光照射至集热器后，集热器能够将太阳光转化为实际能够吸收并利用的热能的热功效率值。具体的影响因素与集热器的结构及其自身性能具有极大的关系。

如图4所示，在本实施例中，计算集热器的有效吸收热功效率具体包括：

S122：计算集热器的端部损失效率、计算集热器的吸收效率、计算集热器的外部辐射及对流损失效率。

进一步的，在计算集热器的有效吸收的热功效率时，因不同类型的光热电站中集热器的结构不同，该集热器的有效吸收的热功效率会受到不同因素的影响，以下通过举例的方式说明集热器的不同结构，并对计算集热器的有效吸收的热功效率的具体计算过程予以说明。

集热器的第一种结构：该集热器包括集热管、复合抛物面聚光器。该复合抛物面聚光器接收反射镜反射的光线，并将该光线反射至集热管上。针对集热器的第一种结构，在计算该集热器的有效吸收热功效率时，除包括计算集热器的端部损失效率；计算集热器的吸收效率；计算集热器的外部辐射以及对流损失效率以外；还应当包括计算复合抛物面聚光器的二次反射效率。

集热器的第二种结构：该集热器包括集热管、复合抛物面聚光器及复合抛物面聚光器的玻璃盖板。该复合抛物面聚光器接收反射镜反射的光线，并将该光线反射至集热管上，并通过设置复合抛物面聚光器的玻璃盖板，减少集热管与环境的热对流。针对集热器的第二种结构，在计算该集热器的有效吸收热功效率时，除包括计算集热器的端部损失效率；计算集热 器的吸收效率；计算集热器的外部辐射以及对流损失效率以外；还应当包括计算复合抛物面聚光器的二次反射效率以及计算复合抛物面聚光器的玻璃盖板透射效率。

集热器的第三种结构：该集热器包括集热管、套接于集热管外部的玻璃套管及复合抛物面聚光器。该玻璃套管与集热管之间的空间抽真空，从而减少集热管的热损。针对集热器的第三种结构，在计算该集热器的有效吸收热功效率的计算时，除包括计算集热器的端部损失效率；计算集热器的吸收效率；计算集热器的外部辐射及对流损失效率以外；还应当包括计算复合抛物面聚光器的二次反射效率及计算集热器的玻璃套管透射效率。

集热器的第四种结构：该集热器包括集热管、套接于集热管外部的玻璃套管。该玻璃套管与集热管之间的空间抽真空，从而减少集热管的热损。针对集热器的第四种结构，在计算该集热器的有效吸收热功效率时，除包括计算集热器的端部损失效率，计算集热器的吸收效率，计算集热器的外部辐射及对流损失效率以外；还应当包括计算集热器的玻璃套管透射效率。

综上所述，需要进一步说明的是，在计算集热器的有效吸收的热功效率的过程时，考虑的因素应当包括以下几方面：集热器端部损失的影响；集热器的吸收性能的影响；以及集热器的外部辐射及对流损失的影响。在计算集热器的有效吸收的热功效率的过程中考虑的因素应包括但不限于上述几个方面，本领域技术人员根据集热器的结构及其自身性能的不同而考虑的其他能够影响集热器的有效吸收的热功效率的因素，均应当落入本发明的保护范围。

实施例三

上述实施例一和实施例二阐述了光热电站集热器的换热介质供给量的控制方法，阐述了集热器换热介质供给量的控制方式，为进一步提高该控制方法的精确度，在上述控制方法中引入辅助调节方法。即在利用输入的换热介质的焓值、输出的换热介质的焓值以及集热器吸收的有效热功率计算出该时刻集热器的换热介质的理论供给量之后，还包括：：

对所述集热器的换热介质的理论供给量进行动态补偿调节。

利用实施例一或实施例二提供的集热器的换热介质供给量的控制方法与本实施例提供的集热器的换热介质供给量的辅助调节方法的共同调节，提高光热电站集热器的换热介质供给量的控制方法的准确性，便于高效获得所需参数的换热介质品质。

如图5所示，针对本实施例提供的集热器的换热介质供给量的控制方法具体包括：

S1：测量太阳法向直射辐射值，并根据该太阳法向直射辐射值计算出该时刻集热器吸收的有效热功率；

S2：测量该时刻集热器入口处的换热介质的温度以及换热介质的压力，并计算出输入的 换热介质的焓值；

S3：测量该时刻集热器出口处的换热介质的温度以及换热介质的压力，并计算出输出的换热介质的焓值；

S4：利用输入的换热介质的焓值、输出的换热介质的焓值以及集热器吸收的有效热功率计算出该时刻集热器的换热介质的理论供给量；

在步骤S4之后，还包括：

T：对集热器的换热介质的理论供给量进行动态补偿调节。

其中，步骤T：对集热器的换热介质的理论供给量进行动态补偿调节，具体可为：

实时测量集热器的出口处的换热介质的温度，获得集热器的出口处的换热介质的温度测量值；

在预设的换热介质的补偿供给量的范围内，对集热器的理论供给量进行动态补偿调节，直至换热介质的温度测量值与换热介质的理想使用温度值趋于相等。

需要说明的，本实施例的光热电站集热器的换热介质供给量的控制方法中关于影响集热器吸收的有效热功率的因素及其计算过程均与实施例一或实施例二公开的内容大致相同，在此不再赘述，以下针对对集热器的换热介质的理论供给量的动态补偿调节给予具体说明。

为便于更加清楚地理解对集热器的换热介质的理论供给量进行动态补偿调节这一过程，将其具体调节过程作如下阐述：

首先，为避免换热介质温度过高而分解，将该集热器出口处的换热介质的温度确定一个理想使用温度值。

再实时测量集热器的出口处的换热介质的温度，获得集热器的出口处的换热介质的温度测量值。

并将该温度测量值与换热介质的理想使用温度值进行比较，若温度测量值与换热介质的理想使用温度值不相同，则需在预设的换热介质的补偿供给量的范围内，对集热器的换热介质的理论供给量进行补偿调节。即确定一个补偿调节量，将该补偿调节量与理论供给量的和值作为最终的理论供给量，并测量此时集热器的换热介质的实际供给量，根据最终的理论供给量及实际供给量，调节换热介质供给泵的频率，从而调节集热器的换热介质供给量。在对该集热器的理论供给量进行动态补偿调节的过程中，根据集热器的出口处的换热介质的温度测量值与预设理想使用温度值的差别，通过减少补偿调节量或增加补偿调节量，从而减少最终的理论供给量或增加最终的理论供给量，直至集热器的出口处的换热介质的温度测量值与换热介质的理想使用温度值趋于相等。

其中，预设的换热介质的补偿供给量的范围为±α，该α的值为集热器的换热介质最大供给量值的5％～15％。其中，预设理想使用温度值为355℃～395℃。其中，预设的换热介质的补偿供给量和预设理想使用温度值的范围均为根据光热电站集热器的具体结构，通过反复试验而得，针对不同类型的光热电站中不同的集热器的结构，该预设的换热介质的补偿供给量和预设理想使用温度值的范围也不同。

实施例四

如图6至8所示，本实施例提供的光热电站集热器的换热介质供给量的控制系统，包括：

设置在集热器1的入口处的换热介质的压力测量装置2和换热介质的温度测量装置3；

设置在集热器1的出口处的换热介质的压力测量装置4和换热介质的温度测量装置8；

设置在换热介质供给装置5和集热器1之间管路上的流量控制装置7及流量监测装置6；

以及第一数据处理模块和第一比例-积分-微分控制器；

其中，集热器1的入口处的换热介质的压力测量装置2和换热介质的温度测量装置3和集热器1的出口处的换热介质的压力测量装置4和换热介质的温度测量装置8均与第一数据处理模块相连；第一数据处理模块的输出端和流量监测装置6均与第一比例-积分-微分控制器的输入端相连；第一比例-积分-微分控制器的输出端与流量控制装置7相连。

通过设置在集热器1的入口处的换热介质的压力测量装置2和换热介质的温度测量装置3获得集热器1入口处的换热介质的压力值和温度值，并通过设置在集热器1的出口处的换热介质的压力测量装置4和换热介质的温度测量装置8获得集热器1出口处的换热介质的压力值和温度值。将采集的集热器1入口处的换热介质的压力值和温度值及集热器1出口处的换热介质的压力值和温度值在第一数据处理模块中进行运算处理，计算出集热器1的换热介质的理论供给量，并通过流量监测装置6获得集热器1的换热介质的实际供给量，经第一数据处理模块处理获得的集热器1的换热介质的理论供给量及通过流量监测装置6获得的集热器1的换热介质的实际供给量通过第一比例-积分-微分控制器的处理调节流量控制装置7，实施集热器1的换热介质供给量的调节。

另外，该光热电站集热器的换热介质供给量的控制系统，还可包括第二比例-积分-微分控制器；

其中，集热器的出口处的换热介质的温度测量装置8与与第二比例-积分-微分控制器的输入端相连；第二比例-积分-微分控制器的输出端与第一比例-积分-微分控制器的输入端相连。

通过设置在集热器1的出口处的换热介质的温度测量装置8获得集热器1的出口处的换 热介质的温度测量值，将该温度测量值作为第二比例-积分-微分控制器的输入参数，在该第二比例-积分-微分控制器中，该温度测量值与换热介质的理想使用温度进行比较，在预设的换热介质的补偿供给量的范围内，从而确定对集热器1的换热介质的理论供给量的补偿量，将该补偿量结合集热器1的换热介质的理论供给量作为第一比例-积分-微分控制器的输入参数，从而调节流量控制装置7，直至使得该温度测量值与换热介质的理想使用温度值趋于相等。

通过本实施例提供的光热电站集热器的换热介质供给量的控制系统，利用该换热介质供给量的控制系统可及时、准确地调节集热器1的换热介质的供给量，从而可高效率地获得所需参数的换热介质品质。

最后需要说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施方式记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施方式技术方案的精神和范围。