塔式环形太阳能定日镜场系统的制作方法

1.本技术涉及太阳能发电的技术领域，尤其是涉及一种塔式环形太阳能定日镜场系统。


背景技术：

2.太阳能取之不尽，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，是清洁能源之一。但是太阳辐射能量分散性强，能流密度较低，必须利用集热装置才能得到可工业化应用的能量。
3.太阳能光热发电主要包括塔式、槽式、碟式和线性菲涅尔式，其中塔式电站以其集热效率高、热电转换效率高，系统综合效率高，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。
4.现有塔式太阳能光热发电的基本原理是布置多面排列有序的定日镜组成定日镜场，通过跟踪系统调整镜场中每一独立反射镜面的方位角和高度角，来反射太阳光，将太阳辐射能量聚焦到设置于吸热塔顶的吸热器受热面，吸收太阳辐射能量，加热熔盐等传热工质，再经过蒸汽发生系统，产生一定参数的高负荷蒸汽，推动汽轮机组发电。
5.其中定日镜场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%。同时定日镜场效率损失约30%-40%，且随着镜场规模的增大，镜子数量增加，外围定日镜与吸热塔距离越来越大，导致外围定日镜实现高精度难以实现；特别是距离吸热塔距离较远的外围定日镜在正常跟踪太阳外，还需要根据发电负荷等参数变化频繁进行上镜和撤镜操作，导致定日镜跟踪精度下降，定日镜场集热效率下降。


技术实现要素：

6.为了解决定日镜场集热效率低的问题，本技术提供一种塔式环形太阳能定日镜场系统。
7.本技术提供的一种塔式环形太阳能定日镜场系统采用如下的技术方案：一种塔式环形太阳能定日镜场系统，包括总控中心；太阳能吸热塔系统；低负荷功能定日镜场系统，设置于第一环形区域；中负荷功能定日镜场系统，设置于第二环形区域；高负荷功能定日镜场系统，设置于第三环形区域；所述第一环形区域、所述第二环形区域与所述第三环形区域同心设置，并且所述太阳能吸热塔系统设置于中心位置；所述第一环形区域的内径大于所述第二环形区域的外径；所述第二环形区域的内径大于所述第三环形区域的外径；所述太阳能吸热塔系统、所述低负荷功能定日镜场系统、所述中负荷功能定日镜
场系统、所述高负荷功能定日镜场系统均与所述总控中心信号连接；所述低负荷功能定日镜场系统、所述中负荷功能定日镜场系统、所述高负荷功能定日镜场系统均独立设置。
8.通过采用上述技术方案，根据发电负荷等参数变化灵活控制对应区域定日镜场系统的运行，提高定日镜场的集热效率；减小定日镜场聚焦散焦操作，延长定日镜跟踪装置寿命，减轻镜场运行维护操作量。
9.优选地，所述总控中心用于实时获取所述太阳能吸热塔系统的负荷状态；所述总控中心基于所述太阳能吸热塔系统的第一负荷状态，控制所述低负荷功能定日镜场系统上镜或者撤镜；所述总控中心基于所述太阳能吸热塔系统的第二负荷状态，控制所述中负荷功能定日镜场系统上镜或者撤镜；所述总控中心基于所述太阳能吸热塔系统的第三负荷状态，控制所述高负荷功能定日镜场系统中预设数量的定日镜上镜或者撤镜。
10.通过采用上述技术方案，根据太阳能吸热塔系统不同负荷状态，灵活调整对应区域的定日镜场系统，聚焦精度高，减小定日镜的运行操作，提高整体使用寿命。
11.优选地，所述总控中心基于所述太阳能吸热塔系统的第一负荷状态，控制所述中负荷功能定日镜场系统、所述高负荷功能定日镜场系统散焦。
12.通过采用上述技术方案，有效降低高负荷功能定日镜场系统、中负荷功能定日镜场系统对吸热器表面热负荷的影响，有效提高吸热器受热均匀度。
13.优选地，所述总控中心基于所述太阳能吸热塔系统的第二负荷状态，控制所述高负荷功能定日镜场系统散焦。
14.通过采用上述技术方案，有效降低高负荷功能区定日镜场对吸热器表面热负荷的影响，保证吸热器负荷平稳波动。
15.优选地，所述总控中心基于所述太阳能吸热塔系统的异常状态，控制所述低负荷功能定日镜场系统、所述中负荷功能定日镜场系统、所述高负荷功能定日镜场系统均应急散焦并归位。
16.通过采用上述技术方案，有效减少低负荷功能定日镜场系统、中负荷功能定日镜场系统、高负荷功能定日镜场系统对太阳能吸热塔系统的损伤。
17.优选地，所述第一负荷状态为所述太阳能吸热塔系统处于低负荷工况运行。
18.通过采用上述技术方案，为太阳能吸热塔系统提供低负荷工况运行所需热量。
19.优选地，所述第二负荷状态为所述太阳能吸热塔系统处于中负荷工况运行。
20.通过采用上述技术方案，为太阳能吸热塔系统提供中负荷以上的热量需求。
21.优选地，所述第三负荷状态为所述太阳能吸热塔系统处于高负荷工况运行。
22.通过采用上述技术方案，为太阳能吸热塔系统提供高负荷阶段的热量需求，并对太阳能吸热塔系统中的吸热器表面能流密度进行精准调节。
23.优选地，所述低负荷功能定日镜场系统包括多个第一定日镜组件，多个所述第一定日镜组件呈第一密度设置；所述中负荷功能定日镜场系统包括多个第二定日镜组件，多个所述第二定日镜组件呈第二密度设置；
所述高负荷功能定日镜场系统包括多个第三定日镜组件，多个所述第三定日镜组件呈第三密度设置；所述第三密度大于所述第二密度；所述第二密度大于所述第一密度；所述第一定日镜组件的采光面积小于所述第二定日镜组件的采光面积；所述第二定日镜组件的采光面积小于所述第三定日镜组件的采光面积。
24.通过采用上述技术方案，每个区域不同面积定日镜的设置，有效提高镜场年光学效率。
25.优选地，所述第三环形区域的宽度大于所述第二环形区域的宽度；所述第三环形区域的宽度大于所述第一环形区域的宽度。
26.通过采用上述技术方案，节约占地面积，同时能够提高高能量的利用效率综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1.本技术公开的塔式环形太阳能定日镜场系统，利用功能区分空间布置，通过减小距离吸热塔距离较远的低负荷功能定日镜场系统频繁参与负荷调节，有效减小低负荷功能定日镜场系统跟踪动作次数和频繁动作导致的跟踪误差，提高定日镜聚光、集热效率。
27.2.本技术公开的方案根据吸热器的不同工况，控制对应区域的定日镜场系统运作，有效减少能源的浪费，减少定日镜场调控工作量，提高对应定日镜的工作精准度。提升定日镜及控制系统寿命。
28.3.本技术结构简单，成本低，便于推广。
附图说明
29.图1是本技术的一种具体实施例的俯视图。
30.图2是图1中部分示意图。
31.附图标记说明：10、第一环形区域；20、第二环形区域；30、第三环形区域；100、低负荷功能定日镜场系统；110、第一定日镜组件；200、中负荷功能定日镜场系统；210、第二定日镜组件；300、高负荷功能定日镜场系统；310、第三定日镜组件；400、太阳能吸热塔系统；410、支撑塔；420、吸热器。
具体实施方式
32.以下结合附图1至附图2对本技术作进一步详细说明。
33.本技术实施例公开一种塔式环形太阳能定日镜场系统。
34.参照图1和图2，包括总控中心、太阳能吸热塔系统400、低负荷功能定日镜场系统100、中负荷功能定日镜场系统200以及高负荷功能定日镜场系统300；其中，低负荷功能定日镜场系统100设置于第一环形区域10；中负荷功能定日镜场系统200设置于第二环形区域20；高负荷功能定日镜场系统300设置于第三环形区域30。
35.具体地，第一环形区域10、第二环形区域20与第三环形区域30同心设置，并且太阳能吸热塔系统400设置于中心位置；第一环形区域10的内径大于第二环形区域20的外径，第二环形区域20的内径大于第三环形区域30的外径，即低负荷功能定日镜场系统100设置于最外圈区域，运行过程中自动跟踪太阳，在太阳能吸热塔系统400处于低负荷工况时进行上镜和撤镜操作；中负荷功能定日镜场系统200设置于次外圈区域，在中负荷工况时进行上镜
和撤镜操作；高负荷功能定日镜场系统300设置于最内圈区域，在高负荷工况时进行上镜和撤镜操作。
36.本技术实施例一种塔式环形太阳能定日镜场系统的实施原理为：确保塔式太阳能定日镜场运行过程中，在满足发电机组负荷变化调节的前提下，实现吸热器420受热面能流密度均衡，吸热器420出口工质温度的稳定控制，减小定日镜场聚焦散焦操作，延长定日镜跟踪装置寿命，减轻镜场运行维护操作量。
37.在本技术的一种优选实施例中，第三环形区域30的宽度大于第二环形区域20的宽度，第三环形区域30的宽度大于第一环形区域10的宽度，有效节约占地面积，同时提高了高能量的利用效率。
38.进一步地，太阳能吸热塔系统400、低负荷功能定日镜场系统100、中负荷功能定日镜场系统200、高负荷功能定日镜场系统300均与总控中心信号连接。
39.低负荷功能定日镜场系统100包括多个第一定日镜组件110，多个第一定日镜组件110呈第一密度设置，并且多个第一定日镜组件110交错布置方式互不干涉。
40.中负荷功能定日镜场系统200包括多个第二定日镜组件210，多个第二定日镜组件210呈第二密度设置，并且多个第二定日镜组件210交错布置方式互不干涉。
41.高负荷功能定日镜场系统300包括多个第三定日镜组件310，多个第三定日镜组件310呈第三密度设置，并且多个第三定日镜组件310交错布置方式互不干涉。
42.具体地，第三密度大于第二密度；第二密度大于第一密度；即高负荷功能定日镜场系统300中的多个第三定日镜组件310采用密集布置与交错布置，充分利用占地面积以及高能量利用效率的区域，同时避免了较大的阴影和遮挡损失。
43.第一定日镜组件110的采光面积小于第二定日镜组件210的采光面积；第二定日镜组件210的采光面积小于第三定日镜组件310的采光面积，位于最外圈的第一定日镜组件110采用小面积的定日镜布置，有效提高吸热器420的采光吸热效率，同时节省安装成本，提高安装效率；通过每个区域不同面积定日镜的设置，有效减小占地面积，有效提高镜场年光学效率。
44.具体地，总控中心用于实时获取太阳能吸热塔系统400的负荷状态；在工作过程中，总控中心基于太阳能吸热塔系统400的第一负荷状态，控制低负荷功能定日镜场系统100上镜或者撤镜，同时控制中负荷功能定日镜场系统200、高负荷功能定日镜场系统300散焦；其中，第一负荷状态为太阳能吸热塔系统400处于低负荷工况运行；为太阳能吸热塔系统400提供低负荷工况运行所需热量，有效降低高负荷功能定日镜场系统300、中负荷功能定日镜场系统200对吸热器420表面热负荷的影响，有效提高吸热器420受热均匀度。
45.进一步地，低负荷功能定日镜场系统100的具体布置方式为：根据太阳能辐照资源数据、吸热器420负荷以及低负荷工况下汽轮机主蒸汽蒸汽参数等要求，确定吸热器420中给水预热、蒸发、过热三个吸热面在低负荷工况下的吸热量，再根据传热方程，得到给水预热热量、蒸发热量和过热热量分别对应的第一定日镜组件110的反射面积，进而确定第一定日镜组件110的数量，然后将这部分第一定日镜组件110布置在以太阳能吸热塔系统400为中心的最外圈，围绕太阳能吸热塔系统400成类环形布置；其中，为低负荷功能定日镜场系统100工作时对应的吸热器420受热面吸热量，为传热系数，为低负荷功能定日镜场系统100工作时对应的吸热器420受热面面积，为低负荷功能定日镜场系统100工作时对应的吸热器
420受热面温差。
46.总控中心基于太阳能吸热塔系统400的第二负荷状态，控制中负荷功能定日镜场系统200上镜或者撤镜，同时控制高负荷功能定日镜场系统300散焦；有效降低高负荷功能区定日镜场对吸热器420表面热负荷的影响，保证吸热器420负荷平稳波动。其中，第二负荷状态为太阳能吸热塔系统400处于中负荷工况运行，为太阳能吸热塔系统400提供中负荷以上的热量需求。
47.进一步地，中负荷功能定日镜场系统200具体布置方式为：根据太阳能辐照资源数据、吸热器420负荷和低负荷工况下汽轮机主蒸汽蒸汽参数等要求，确定吸热器420中给水预热、蒸发、过热三个吸热面在中负荷工况下的吸热量，再根据传热方程，得到给水预热热量、蒸发热量和过热热量分别对应的第二定日镜组件210的反射面积，进而初步确定第二定日镜组件210的数量；在考虑低负荷功能定日镜场系统100的前提下，进而确定中负荷功能定日镜场系统200中的第二定日镜组件210的数量，然后将这部分第二定日镜组件210布置在以太阳能吸热塔系统400为中心的次外圈，围绕其成类环形布置；其中，为中负荷功能定日镜场系统200工作时对应的吸热器420受热面吸热量，为中负荷功能定日镜场系统200工作时对应的吸热器420受热面面积，为中负荷功能定日镜场系统200工作时对应的吸热器420受热面温差。
48.总控中心基于太阳能吸热塔系统400的第三负荷状态，控制高负荷功能定日镜场系统300中预设数量的定日镜上镜或者撤镜。其中，第三负荷状态为太阳能吸热塔系统400处于高负荷工况运行，为太阳能吸热塔系统400提供高负荷阶段的热量需求，并对太阳能吸热塔系统400中的吸热器420表面能流密度进行精准调节。
49.高负荷功能定日镜场系统300具体布置方式为：根据太阳能辐照资源数据、吸热器420负荷和低负荷工况下汽轮机主蒸汽蒸汽参数等要求，确定吸热器420中给水预热、蒸发、过热三个吸热面在高负荷工况下的吸热量，再根据传热方程，得到给水预热热量、蒸发热量和过热热量分别对应的第三定日镜组件310的反射面积，进而确定第三定日镜组件310的数量，在考虑低负荷功能定日镜场系统100和中负荷功能定日镜场系统200的前提下，进而确定高负荷功能定日镜场中的第三定日镜组件310的数量，然后将这部分第三定日镜组件310布置在以太阳能吸热塔系统400为中心的最里圈，围绕其成类环形布置；其中，为高负荷功能定日镜场系统300工作时对应的吸热器420受热面吸热量，为高负荷功能定日镜场系统300工作时对应的吸热器420受热面面积，为高负荷功能定日镜场系统300工作时对应的吸热器420受热面温差。
50.根据发电负荷等参数变化灵活控制对应区域定日镜场系统的运行，提高定日镜场的集热效率；减小定日镜场聚焦散焦操作，延长定日镜跟踪装置寿命，减轻镜场运行维护操作量；根据太阳能吸热塔系统400不同负荷状态，灵活调整对应区域的定日镜场系统，聚焦精度高，减小定日镜的运行操作，提高整体使用寿命。
51.总控中心基于太阳能吸热塔系统400的异常状态，控制低负荷功能定日镜场系统100、中负荷功能定日镜场系统200、高负荷功能定日镜场系统300均应急散焦并归位，有效减少低负荷功能定日镜场系统100、中负荷功能定日镜场系统200、高负荷功能定日镜场系统300对太阳能吸热塔系统400的损伤。
52.低负荷功能定日镜场系统100、中负荷功能定日镜场系统200、高负荷功能定日镜
场系统300均独立设置。
53.其中，太阳能吸热塔系统400包括支撑塔410以及装设于该支撑塔410的吸热器420；吸热器420设置有n个吸热面；低负荷功能定日镜场系统100包括n个第一区域；中负荷功能定日镜场系统200包括n个第二区域；高负荷功能定日镜场系统300包括n个第三区域；径向上的单个吸热面、第一区域、第二区域与第三区域构成一个扇形区域；通过吸热器420的侧面与各个负荷功能定日镜场系统的对应设置，有效提高聚焦精度、吸热器420的均匀受热度以及高能量的利用率。
54.需要说明的是，第一环形区域10、第二环形区域20与第三环形区域30可以为标准的环形形状，也可以为类环形形状。
55.在本技术的一种具体实施例中，太阳光照射到对应的定日镜上，对应的定日镜定日镜由跟踪系统驱动，使得多面定日镜始终保持将太阳光聚焦到吸热塔顶部的吸热器420受热面上。传热工质在吸热器420受热面管束中流动，吸收太阳辐射能，经过蒸汽发生系统给水预热、低负荷、高负荷三个换热过程，产生合格高负荷蒸汽送入汽轮发电机组发电。
56.吸热器420高负荷、中负荷、低负荷功能定日镜场投入运行和散焦的判断标准为电网调度根据尽设备最大能力满足电网负荷的需要、保证整个电网安全稳定连续供电、保证频率、电压、谐波等电能质量等原则给出的负荷调度指令。镜场操作员根据电网负荷调度指令，确定汽轮机运行参数，给出吸热器420负荷，并操作对应不同负荷功能的定日镜场。
57.不同负荷功能定日镜场动作执行优先考虑高负荷功能定日镜场系统300的调节，原因在于塔式太阳能热发电系统光电转化效率中汽轮机效率影响较大，而汽轮机在设计工况运行时效率最高；为确保尽太阳能热发电设备最大能力发电，优先满足汽轮机在高负荷工况工作，所以吸热器420在高负荷运行工况下运行时间较长；这样在实际运行时，优先保证低负荷功能定日镜场和中负荷功能定日镜场投入运行，而高负荷功能定日镜离吸热塔近，聚焦精度高，只需要调整较少数量的定日镜，即可满足吸热器420负荷的小幅度调整，有利于减小参与负荷调节的定日镜数量，减小定日镜的运行操作。
58.当吸热器420负荷在高负荷区间变化时，尽可能只通过增减距离吸热塔最近的高负荷功能定日镜场系统300，保持中负荷功能定日镜场系统200和低负荷功能定日镜场系统100正常太阳跟踪，由于高负荷功能定日镜系统离吸热塔距离近，聚焦精度高，只需要调整较少数量的对应定日镜，即可满足吸热器420负荷的调整；当吸热器420工况在中负荷变化时，由于高负荷功能区定日镜场系统聚焦精度高，对吸热器420表面热负荷影响大，造成吸热器420负荷波动大，所以全部散焦，尽可能只通过中负荷功能定日镜场系统200进行定日镜的上镜和撤镜操作，实现吸热器420热负荷的调节。
59.当吸热器420工况在低负荷变化时，由于高负荷功能区定日镜场系、中负荷功能区定日镜场系统聚焦精度高，对吸热器420表面热负荷影响大，而低负荷时吸热器420传热工质流量下降幅度较大，为了避免出现吸热器420受热不均，所以停运高负荷功能区定日镜场系、中负荷功能区定日镜场系统，尽可能只通过低负荷功能定日镜场系统100进行对应的定日镜的上镜和撤镜操作，保证吸热面能流密度均匀；这样就避免负荷变化时，整个定日镜场频繁上镜、撤镜操作；减少定日镜场调控工作量，减小定日镜跟踪系统动作次数，减轻跟踪装置磨损，减少定日镜控制数量，提升定日镜及控制系统寿命；体现了利用功能区分进行布
置的塔式环形太阳能定日镜场的突出优点。
60.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。