塔式电站中定日镜的运动规律分析.pdf

第16卷第3期沈阳工程学院学报（自然科学版）Vol.16No.32020年7月JournalofShenyangInstituteofEngineering（NaturalScience）Jul.2020DOI：10.13888/j.cnki.jsie（ns）.2020.03.001塔式电站中定日镜的运动规律分析张宏丽（沈阳工程学院新能源学院，辽宁沈阳110136）摘要：通过建立塔式电站中定日镜对太阳跟踪的数学模型，在全年具有代表性的春分日对北京延庆1MW塔式电站定日镜的运动规律进行了研究。结果表明：为实现聚光的目的，随着太阳的东升西落，东西两侧定日镜的镜面主法线方向始终跟随太阳光线的入射方向而自东向西移动，只是高度角和方位角因定日镜所在位置不同而不同，且入射角较小、余弦效率较高的定日镜区域也由西北侧逐渐转移至东北侧。因此，可以根据不同位置处定日镜全天的运动规律，确保定日镜的跟踪运动灵活且不受阻碍，且优先保证全天余弦效率较高区域的定日镜处于工作状态。关键词：塔式太阳能热发电；定日镜；入射角；高度角；方位角中图分类号：TK513.1文献标识码：A文章编号：1673-1603（2020）03-0001-06定日镜是塔式太阳能热发电系统中最基本的究，以揭示不同位置处定日镜全天的镜面法线、入聚光单元，是能量转化最初阶段的重要设备[1-2]。由射角及余弦效率变化规律，对于了解定日镜的运动于太阳的入射光线是随着时间不断变化的，为了有规律，合理布置定日镜，制定定日镜的维修和控制效地反射和利用太阳辐射能，要求定日镜的主法线策略，以及降低定日镜场的运行成本都有着非常重能够按照一定规律运动，以使聚光光线能够准确地要的意义。反射到设定好的塔顶吸热器的目标点上。位于北1定日镜的布置京延庆八达岭地区的1MW塔式电站（40.4ºN，115.9ºE）是我国第一个兆瓦级的塔式示范电站，由为了得到较高的聚光比，以获得较高的聚光温中国科学院电工研究所等10余家国内科研及企事度用于发电，在塔式电站中通常采用几百或几千个业单位共同设计完成，总投资为1.2亿。该电站于定日镜，组成占地面积很大的定日镜场。当采用腔2006年启动，2012年成功发电，在我国光热发电产式吸热器时，定日镜场多采用北场布置，即定日镜业发展史上具有里程碑的意义，其在设计和运行过场位于接收塔的北侧。定日镜场在东西及南北方程中积累的理论和控制经验，可为我国光热发电项向上的布置范围均要与腔式吸热器的开口尺寸相目的后续开发提供借鉴。本文对该塔式电站定日配合，以保证定日镜能有效地将能量聚集到吸热器镜场中的定日镜在春分日全天的运动规律进行研开口内。收稿日期：2019-10-30作者简介：张宏丽（1971-），女，黑龙江梅林人，副教授，博士，主要从事太阳能热利用方面的研究。·2·沈阳工程学院学报（自然科学版）第16卷北京延庆1MW塔式示范电站的定日镜场布定日镜场中共有15个环，最小环半径为81.5m，最置以春分日正午（3月21日）为设计点，接收塔高度大环半径为325.97m，相邻环之间最小径向间距为不低于100m，定日镜整体误差为4mrad，安装高度11m，定日镜可以通过环间道路来进行维修和清为6.6m，吸热器开口尺寸为5m×5m，开口倾斜角洗。由于布置半径的增大，定日镜之间的周向间距度为25°，定日镜按圆弧交错排列。整个定日镜场会急剧增加。为了有效利用占地面积并提高镜场由100面10m×10m的定日镜组成，如图1所示[3-5]。光学效率，整个定日镜场共设置了2个分区。a实物b编号图11MW塔式示范电站的定日镜场布置（所有定日镜编号中第1个数字代表环数，第2个数字代表关于南-北方向对称排列的定日镜序号）当塔高为h，接收塔底座及定日镜安装高度t2定日镜对太阳的跟踪+h均为h时，反射目标点坐标为（0,0,h），定日hth随着太阳位置的变化，驱动装置驱动定日镜在镜所在坐标（x,y,h）处的反射光线方向向量R可表h水平和俯仰二个维度上进行旋转来跟踪太阳，通过示为-x-y调整镜面姿态，调整镜面主法线方向，使镜面主反,,h)R=(t+y+h+y+h+y+h射光线反射到吸热器开口上的目标点位置。x222x222x222ttt2.1定日镜镜面的主法线方向定日镜镜面单位主法线向量n为[6-8]-I+R由于定日镜按北场布置，以正东方向为x轴，n=-I+R（3）正南方向为y轴，天顶为z轴，建立直角坐标系，如n图2所示。镜面主法线的方向向量可表示为[9-10]n-cosψsinγcosψcosγsinψ太阳的位置由其高度角α和方位角γ确定，可=（,,）ss分别采用以下公式进行计算：式中，ψ表示定日镜镜面主法线的高度角；γ表示定sinα=sinϕsinδ+cosϕcosδcosω（1）日镜镜面主法线的方位角。ss