塔式太阳能热电系统定日镜场光学仿真与应用研究

【摘要】：塔式太阳能热发电作为一种理想的大规模发电方式,越来越受到各国重视。由于聚光子系统为塔式太阳能热电系统提供所需的太阳能,是实现太阳能热发电的基础,同时在整个系统中投资成本高,因此研究人员已经对聚光子系统的仿真进行了大量的研究工作。但目前仍存在一些问题：现有的仿真软件对于不同类型的镜场通用性较差,并且对镜面数量多或采用复杂光学模型时无法兼顾仿真速度和精度；另一方面,现有的仿真研究大多针对镜场设计,缺少对电站运行方面的探索。 针对上述问题,本文对镜场光学仿真的实现、算法加速和仿真程序的应用进行了研究,取得的主要成果如下： 1.对太阳光传播过程中涉及的包括镜场、集热器等元素进行描述,分析定日镜场光学效率的组成和意义,在逐一求解单面定日镜效率的基础上实现镜场效率的计算,并进行了正确性验证。 2.利用图形处理器(GPU)和CUDA计算平台,对镜场效率计算方法进行了并行化的研究,实现了效率计算的并行加速,在保证精度的前提下提高了计算速度。 3.在镜场并行仿真程序的基础上进行了定日镜场调度的研究,在开环和闭环情况下,提出不同的镜场调度策略,并进行了模拟分析,结果表明了调度策略的有效性。 4.研究了非平行光的传播模型,使用离散卷积结合像投影方法,对单一光源成像光斑、单镜面及多镜面成像进行了仿真,同时给出了溢出效率的计算方法。 【关键词】：塔式太阳能热电系统 GPU 并行计算 光学效率 集热器成像 镜场调度
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 目录9-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 研究背景及意义12-14
• 1.1.1 塔式太阳能热电系统简介12-13
• 1.1.2 塔式太阳能电站国内外发展状况13-14
• 1.2 塔式太阳能电站聚光系统的仿真现状介绍14-19
• 1.2.1 聚光系统的仿真现状及趋势14-18
• 1.2.2 现有仿真研究中存在的问题及发展趋势18-19
• 1.3 本研究的主要内容和论文结构19-22
• 第二章 基于平行光假设的镜场效率计算22-44
• 2.1 引言22
• 2.2 塔式太阳能电站聚光系统描述22-26
• 2.2.1 太阳位置的计算23-24
• 2.2.2 定日镜场的表示24
• 2.2.3 定日镜顶点坐标的求取24-26
• 2.3 定日镜场光学效率的组成及意义26-28
• 2.4 基于平行光假设的镜场效率计算方法28-39
• 2.4.1 效率计算独立性分析28-29
• 2.4.2 余弦及大气透射效率的计算方法29-30
• 2.4.3 S&B效率的计算方法30-39
• 2.5 MATLAB仿真结果39-43
• 2.5.1 仿真实验设计39
• 2.5.2 仿真结果39-43
• 2.6 本章小结43-44
• 第三章 基于GPU并行计算的镜场仿真加速44-64
• 3.1 引言44
• 3.2 GPU简介44-47
• 3.3 CUDA统一计算架构47-51
• 3.3.1 CUDA介绍47
• 3.3.2 CUDA编程模型47-51
• 3.4 基于CUDA的塔式太阳能效率计算51-59
• 3.4.1 可并行内容的确定51-52
• 3.4.2 S&B效率计算的CUDA实现52-59
• 3.5 仿真结果及分析59-62
• 3.5.1 仿真环境59
• 3.5.2 结果及分析59-62
• 3.6 本章小结62-64
• 第四章 基于仿真程序的镜场调度64-78
• 4.1 引言64
• 4.2 镜场调度研究64-69
• 4.2.1 镜场调度原理及必要性64-66
• 4.2.2 基于镜场效率仿真的调度分析66-69
• 4.3 仿真结果及分析69-76
• 4.3.1 仿真实验设计69-71
• 4.3.2 仿真结果71-76
• 4.4 本章小结76-78
• 第五章 基于非平行光模型的镜场光学仿真78-92
• 5.1 引言78
• 5.2 发散光及太阳形状介绍78-81
• 5.2.1 太阳光发散原因介绍78-79
• 5.2.2 Solar Disk79-80
• 5.2.3 DNI与太阳常数80-81
• 5.3 溢出效率及集热器入口成像计算81-87
• 5.3.1 Solar Disk分布求取82-85
• 5.3.2 锥形光投影的离散卷积法85-87
• 5.4 仿真结果及分析87-91
• 5.4.1 仿真实验设计87-88
• 5.4.2 结果及分析88-91
• 5.5 本章小结91-92
• 第六章 结论与展望92-94
• 6.1 全文总结92
• 6.2 未来展望92-94
• 参考文献94-100
• 作者攻读硕士学位期间取得的成果100

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