塔式太阳能热发电镜场的优化与仿真研究

【摘要】：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。 【关键词】：塔式太阳能热发电 余弦效率 聚光镜场调度 土地利用率
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615;TK513.1
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 目录6-9
• 图表清单9-11
• 符号说明11-14
• 第一章 绪论14-27
• 1.1 课题研究的背景和意义14-15
• 1.2 太阳能热发电的主要方式15-19
• 1.2.1 槽式太阳能热发电系统15-16
• 1.2.2 碟式太阳能热发电系统16-17
• 1.2.3 塔式太阳能热发电系统17-19
• 1.3 三种太阳能热发电方式特点比较19-20
• 1.4 塔式太阳能热发电系统的国内外研究现状20-24
• 1.4.1 国外研究现状20-23
• 1.4.2 国内研究现状23-24
• 1.5 聚光镜场优化设计研究概述24-25
• 1.6 本文的主要研究内容与论文结构25-26
• 1.7 本章小结26-27
• 第二章 太阳运动规律的研究27-40
• 2.1 引言27
• 2.2 太阳辐射能的基本知识27-28
• 2.3 地球绕太阳的运动规律28-31
• 2.3.1 地球自转与太阳时角28-30
• 2.3.2 地球公转与赤纬角30-31
• 2.4 太阳位置定义及相关角度计算31-36
• 2.4.1 地理纬度与经度的基本概念31-32
• 2.4.2 坐标系的选择32-34
• 2.4.3 太阳高度角和方位角的计算34-36
• 2.5 太阳运动模型的仿真与分析36-39
• 2.6 本章小结39-40
• 第三章 聚光镜场余弦效率的分布研究40-54
• 3.1 引言40
• 3.2 聚光镜场的设计方法40-42
• 3.2.1 放射状栅格法40-41
• 3.2.2 全年无遮挡聚光镜场设计方法41-42
• 3.3 聚光镜场的设计42-44
• 3.4 余弦效率的数学模型44-46
• 3.5 数学模型仿真计算46-53
• 3.5.1 计算条件46
• 3.5.2 入射角变化趋势46-48
• 3.5.3 聚光镜场中余弦效率的分布48-52
• 3.5.4 接收塔的高度对余弦效率的影响52-53
• 3.6 本章小结53-54
• 第四章 聚光镜场的调度优化研究54-67
• 4.1 引言54
• 4.2 聚光镜场的简介54-55
• 4.3 有效利用率模型建立55-56
• 4.3.1 基本假设条件55
• 4.3.2 反射率55
• 4.3.3 大气透射率55-56
• 4.4 聚光镜场调度模型建立56
• 4.5 调度优化的计算方法56-65
• 4.5.1 贪婪算法求解调度问题57
• 4.5.2 标准微粒群算法求解调度问题57-60
• 4.5.3 混合遗传算法求解调度问题60-65
• 4.6 分段优化调度65-66
• 4.6.1 分段调度策略65
• 4.6.2 仿真及结果分析65-66
• 4.7 本章小结66-67
• 第五章 聚光镜场土地利用率研究67-74
• 5.1 引言67
• 5.2 定日镜的跟踪方式与机械碰撞问题67-68
• 5.3 广泛应用的排列方式概述68-69
• 5.4 不同形状定日镜的最大土地利用率69-73
• 5.4.1 矩形定日镜69-71
• 5.4.2 圆形定日镜71
• 5.4.3 六边形定日镜71-73
• 5.5 本章小结73-74
• 第六章 总结与展望74-75
• 6.1 本文总结74
• 6.2 研究展望74-75
• 参考文献75-79
• 个人简介79
• 攻读硕士学位期间取得的学术研究成果79-80
• 致谢80

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