塔式太阳能热发电的定日镜

塔式太阳能热发电定日镜的优化设计塔式太阳能热发电定日镜的优化设计特别推荐：《2010中国新能源与可再生能源年鉴》(王成伟/文)随着新能源被重视和全球性的太阳能投资热潮涌动，太阳能聚光热发电CSP慢慢的浮出水面。

槽式线聚焦系统，碟式点聚焦系统，菲涅尔线聚焦系统和塔式固定目标聚焦系统都展示了各自的优点。

国际上塔式系统在美国Solar Two 之后又出现了西班牙的PS10和PS20，2008年美国又一个新建项目esolar开始建设。

但是现阶段的塔式热发电技术仍然还没有成熟，每一个系统都在不断的改变设计，采用新的设计方案。

还没有一个被公认的最佳方案。

我们早在2005年就将目标制定在塔式热发电研究上，2007年在北京注册公司，并在2008年8月建造塔式测试系统，到现在运行一年。

取得了大量的研究成果，十几种反射镜方案的测试，传感器跟踪的历史性突破，定日镜结构优化的多种方案设计。

经重复论证和长期测试，进一步的优化设计。

放弃了追求大型化高塔设计，简化定日镜结构设计。

使定日镜成本降低的同时简化了施工建设流程。

对后期系统运行和运行维护的成本降低有更完善的思考。

在与国际同行的交流过程中，采用GPS定位跟踪和PLC控制数据库管理优化跟踪是主流。

都认为传感器跟踪是不可行的。

各家公司也在传感器跟踪上都作了大量实验，都以失败告终。

但是不可否认的事实是采用传感器跟踪的成本最低。

我们坚持不懈的研究解决传感器跟踪的技术关键，一次又一次的突破技术瓶颈。

长达五年的研发和无数次的测试。

最终解决了传感器跟踪的技术难题。

跟踪精度高于GPS跟踪，更重要的是跟踪稳定性和可靠性有了保证。

设计思想一. 聚光式太阳能热发电首先要解决反射效率低的问题。

提高反射效率所要解决的问题有两个，一个是反射镜跟踪精度，一个是跟踪丢失率（即跟踪可靠性）。

反射镜92% （玻璃银镜的最高反射率）光散射3% （镜面与焦点距离越远，散射越多。

3%---8%之间）跟踪丢失率8% （跟踪精度和可靠性决定的因素）合计82.1% （合计是相乘而不是相加）根据上表，由反射镜（定日镜）反射到目标焦点上的聚光率只有82.1% 。

塔式光热电站定日镜场的发展现状及技术创新趋势塔式光热电站是一种利用太阳能发电的新型能源技术。

它利用大面积的可调节镜子将太阳能聚焦到一个接收器上，将光能转化为热能，然后通过热能发电设备将热能转化为电能。

塔式光热电站的发展现状和技术创新趋势如下：1. 发展现状：塔式光热电站的发展已经取得了一些重要进展。

目前全球上已经有多个塔式光热电站项目已经建成并投入使用，其中最著名的是西班牙的索莱尔热塔电站。

这个电站通过将太阳能聚焦到一个高塔上的接收器，将光能转化为热能，并通过热能发电设备产生电能。

此外，其他国家如美国、中国、澳大利亚等也在积极推进塔式光热电站项目的建设。

2. 技术创新趋势：a. 高效的太阳能收集技术：目前塔式光热电站使用的镜子主要是平面镜和曲面镜，但这些镜子的太阳能收集效率相对较低。

未来的技术创新将会集中在开发更高效的太阳能收集器，如高反射率镜面、光学透明玻璃等，以提高光的聚焦效果和传输效率。

b. 热储存技术：塔式光热电站的一个主要挑战是如何在夜间或阴天等无太阳能的情况下继续发电。

因此，未来的技术创新将集中在开发高效的热储存技术，如蓄热液体、热储石等，以便在无太阳能时继续发电。

c. 提高发电效率：目前塔式光热电站的发电效率相对较低，主要受到光的聚焦效果和传输损失的限制。

未来的技术创新将集中在提高发电设备的效率，如开发更高效的热能发电设备和转换材料。

d. 规模化应用：塔式光热电站目前主要是大规模商业项目，但未来的技术创新将集中在开发小型和分布式光热电站，以适应不同地区和需求的能源需求。

总的来说，塔式光热电站作为一种新兴的太阳能发电技术，在技术创新方面还有很大的发展空间。

未来的技术创新将集中在提高太阳能收集效率、热储存技术、发电效率和规模化应用等方面，以推动塔式光热电站的进一步发展。

塔式太阳能热发电的定日镜当今能源紧缺问题和环境污染日趋严重我国能源生产近年来快速增长，2005年一次能源生产总量达１８．６４亿吨标准煤，增长１５．２％。

其中，发电量达２１８７０亿千瓦时，增长１４．５％；煤炭生产超速增长，产量达１９．５６亿吨，涨幅１７．３％；原油产量增长２．９％。

但电力供应仍有较大缺口，煤炭供不应求，天然气供应仍将出现季节性短缺。

对于我国能源的短缺有两种办法。

一是寻找资源加大对外进口。

二是开发新能源，尤其是可再生能源。

而解决问题的根本方法是第二个。

大气污染程度在加剧，北京成了世界上尘污染最严重的城市之一。

水环境污染也日益突出。

环境污染从城市向农村扩展。

某些物种灭绝、植被破坏、土地退化，以及全球性的环境问题不容忽视，各地为了提高空气质量，大批的燃煤锅炉将被淘汰，而要改成燃油或燃气锅炉，这不仅极大地增加企业的运营资本，而且更加剧了我国目前石油资源的短缺，使我国更加依赖于世界石油市场，这对我国经济的长期稳定运行十分不利。

据我国专家偏保守的估计，每年由于环境污染和生态破坏所造成的经济损失占我国国民生产总值(GNP)）的9％左右中科院院士何祚庥在北京科协举行人类发展研讨会上说：“大力开发太阳能资源，是解決人类能源危机的重要举措。

沙漠地区将能集中地提供丰富的太阳能。

我国现有沙漠约52万平方公里，有沙漠化土地17.6万平方公里，潜在沙漠化土地15.8万平方公里，三者共计为85.4万平方公里。

大部分集中在内蒙古地区和新疆地区。

如果太阳能转化为电的效率是15%，每平方米的面积将能提供约0.036千瓦的电能，其日平均将能提供约0.41千瓦小时的电能。

如果沙漠地区每年有360天的日照时间，那么每平方米面积的沙漠，将能年提供约360×0.41=150千瓦小时的电能。

85.4万平方公里的沙漠将能年提供85.4×150×1010=1.28×1014度电。

以火力发电的年运转时为6400小时来计算，上述太阳能供电将等价于2×1010千瓦的电力装机。

塔式光热电站光学效率建模仿真及定日镜场优化布置一、本文概述随着全球能源结构的转型和清洁能源的大力发展，塔式光热电站作为一种高效、清洁、可再生的能源利用方式，受到了广泛关注。

塔式光热电站利用定日镜场将太阳光反射并聚焦于塔顶的热接收器上，通过热机转换为电能。

其光学效率是影响电站整体性能的关键因素，因此，对塔式光热电站的光学效率进行建模仿真和优化定日镜场布置，对于提高电站效率和降低成本具有重要意义。

本文旨在研究塔式光热电站的光学效率建模与仿真方法，并对定日镜场的优化布置进行深入探讨。

通过理论分析和数学建模，建立塔式光热电站的光学效率模型，为后续的仿真研究提供基础。

基于建立的模型，采用数值仿真方法，对电站的光学效率进行模拟和分析，研究不同参数对光学效率的影响规律。

针对定日镜场的优化布置问题，提出一种基于多目标优化算法的优化方法，以提高电站的光学效率和整体性能。

本文的研究结果将为塔式光热电站的设计、建设和优化提供理论支持和指导，有助于推动塔式光热电站技术的进一步发展和应用。

本文的研究方法和成果也可为其他类型的光热电站提供借鉴和参考。

二、塔式光热电站基本原理与关键技术塔式光热电站，又称集中式太阳能光热发电系统，是一种利用大规模反射镜（定日镜）将太阳光反射并集中到塔顶接收器上，通过接收器内的工作介质吸收热量并转换为电能的系统。

其基本原理涉及光学、热力学和电力转换等多个领域。

在塔式光热电站中，定日镜场是核心组成部分，负责将太阳光准确地反射到塔顶接收器。

定日镜场的优化布置是提高整个电站光学效率的关键。

优化布置涉及定日镜的数量、大小、形状、排布方式以及镜面跟踪控制等多个方面。

通过精确的数学模型和计算机仿真，可以实现定日镜场的最佳布置，使太阳光在任何时刻都能被高效地反射到接收器上。

除了定日镜场的优化布置，塔式光热电站还涉及到其他关键技术。

首先是接收器技术，接收器需要承受极高的温度，同时保持高效的热量转换。

其次是热传导与储热技术，通过高效的热传导介质将接收器内的热量传递到储热系统中，以实现热能的储存和稳定输出。

塔式太阳能热发电系统作者：曹连芃时间：2011年3月太阳能热发电系统主要由集热系统、热传输与交换系统、发电系统组成。

集热系统塔式太阳能热发电系统采用多个平面反射镜来会聚太阳光，这些平面反射镜称为定日镜。

下图是一个塔式太阳能集热器的示意图，为清楚显示图中仅绘制了少量的定日镜，许多定日镜同时把太阳光反射到接收器上，接收器安装在高塔上。

定日镜分布在塔的周围，在北方纬度较高地区，太阳高度低，在塔南部的定日镜利用率低，定日镜分布在塔北部较合适；在低纬度地区可在塔四周分布定日镜。

许多定日镜组成庞大的定日镜场，其面积非常大，所以塔式太阳能集热装置聚光比很高，接收器工作温度往往达千度以上。

下面有来自网上的照片，供大家参考定日镜定日镜主要由平面反射镜与跟踪机构组成。

反射镜可由玻璃制造，背面镀银并涂保护层，也可用反光铝板制造，反射镜安装在反光镜托架上。

下面是来自网上的定日镜照片大型定日镜面积达百平方米以上，由多块平面镜拼成，对于超大定日镜上的多块镜面可略摆成抛物面状，便于集中太阳光。

定日镜的面积相比定日场是很小的，而且距接收器又远，要把阳光准确反射到接收器必须准确的跟踪定位，定日镜一般采用双轴跟踪结构，控制方法用传感器跟踪与视日跟踪法并用。

每个定日镜都有独立的跟踪系统，勿需集中控制。

接收器塔式接收器是把太阳光能转换成热能的装置，根据采用的导热介质不同而不同，目前主要有外部受光型与空腔型。

外部受光型接收器太阳光照射到接收器的吸热部件上再传给导热介质，一些技术类似于太阳能集热器，但塔式接收器的工作温度很高，体积大，受光面积至少比一个平面定日镜面积要大许多。

下面是排管式接收器示意图，若干直管排成圆筒状，每根管上端接上联管、下端接下联管，所有直管通过联管并联，排管表面涂覆吸热材料。

上联管与下联管外有保温层与外壳（图中未表示）。

导热介质从下联管进入通过排管从上联管出，会聚的阳光加热排管，导热介质也就被加热了。

下面是翅管式接收器示意图，去掉部分排管，空出部分安装翅片（吸热板），翅片是导热良好的耐温金属，紧密焊接在排管上，排管与翅片涂覆吸热材料。

电源电气装置在电源处的接地电气装置的保护接地外露可导电部分L L L PE 图1 TN-S 低压供电接地系统的接地示意图Fig. 1 Schematic diagram of grounding of TN-S low-voltagepower supply grounding systemTN-S 低压供电接地系统的优点是：若定日镜场的电气装置端发生故障，则故障电流将通线流回至常规岛电源点，不会在定日镜场的电气装置端出现过高的对地电压，触电危险大幅减小。

2.2 TT 低压供电接地系统方案TT 低压供电接地系统中只有1处直接接地，电源电气装置在电源处的接地电气装置的保护接地外露可导电部分L L L PE 图2 TT 低压供电接地系统的接地示意图Fig. 2 Schematic diagram of grounding of TT low-voltagepower supply grounding system如果在定日镜场采用TT 低压供电接地系统，则定日镜场低压供电接地系统与常规岛低压配电装置接地系统将无直接联系，定日镜场电气装置可在定日镜场内可靠接地；当定日镜场或常规岛大地R BI dI dR A接地线接地线在电源处的接地系统在定日镜场区域的接地系统L 1L 2L 3图3 TT 低压供电接地系统发生接地故障短路时的示意图Fig.3 Schematic diagram of TT low-voltage power supply grounding system in case of ground fault short circuit采用TT 低压供电接地系统时，定日镜场内电气装置的外壳应直接与大地连接，当定日镜场内电气装置发生接地故障短路时，故障电流的回路是“电气装置外壳—大地—变压器中性点—电网”。

由于TT 低压供电接地系统回路中有较大的接地电阻(大地)，因此当定日镜场内电气装置发生接地故障短路时，很难使线路上的保护装置动作。

图 定日镜的两种转动方式
定日镜为保证将不同时刻的太阳光反射至吸热器，必须跟踪太阳运动。

定日镜的跟踪方式有闭环、开环以及开闭环种。

闭环跟踪是使用传感器形成反馈跟踪，传感器测定太阳的位置作为反馈信号，提供位置的误差来控制定日镜调整形态。

常用的传感器有光敏传感器、光电池等。

这种方法精度高、成本高，但在多云等恶劣的天气情况下无法使用，无法规模化应用；开环跟踪是确定当前时刻太阳位置、定日镜的空间位置和吸热器的空间位置，通过光的反射定理即入射角等于反射镜，从而确定定日镜的姿态。

这种方式成本低，被广泛应用，但存在累计误差，需要定时校正定日镜。

计算太阳位置有多种算法，迄今为止最精确的算法是由Reda和Andreas发表的太阳位置算法（SPA），精度可达0.0003°；开闭环结合是以开环。

塔式槽式定日镜光热发电是一种利用太阳能进行发电的技术，它采用了塔式式光热发电，利用镜面集光和集热，带来了技术和经济的双重优势。

在塔式槽式定日镜光热发电系统中，不同的环节对发电效率有着不同的影响。

下面将针对塔式槽式定日镜光热发电的各个环节进行效率列表的说明：1. 镜面集光效率镜面集光是塔式槽式定日镜光热发电系统中非常重要的一环，它直接影响了光热发电系统的能量转化效率。

镜面集光的效率主要由镜面的质量和设计、跟踪系统的准确性等因素所决定。

目前，国内外在镜面集光效率方面均有较为成熟的技术和经验，一般可以达到80以上的效率。

2. 集热器效率在塔式槽式定日镜光热发电系统中，集热器是将镜面集光后的太阳能转化为热能的关键设备。

集热器的效率直接关系到了光热转化效率。

在集热器的设计与制造方面，目前国内外已有一些成熟技术和经验，一般可以达到75以上的效率。

3. 储热系统效率光热发电系统中的储热系统主要是为了在光照不足或者夜间继续供应蒸汽，以保证发电的连续性。

储热系统的效率主要由储热介质的热容量和导热性能决定，一般可以达到70以上的效率。

4. 蒸汽发电机效率蒸汽发电机是塔式槽式定日镜光热发电系统中的核心设备，它将集热器产生的高温蒸汽转化为电能。

蒸汽发电机的效率主要由设备的设计、制造和运行技术等因素所影响，目前一般可以达到80以上的效率。

总体来看，塔式槽式定日镜光热发电系统的各个环节在技术和经济上都有较为成熟的方案和经验，可以做到较高的能量转化效率。

随着技术的不断进步和创新，相信塔式槽式定日镜光热发电系统的效率还会有进一步的提升。

希望通过不断的研究和发展，光热发电技术能够为人类的可持续发展做出更大的贡献。

塔式槽式定日镜光热发电系统是一种高效利用太阳能资源的技术，它的发电效率受到各个环节的影响。

在不断的研究和实践指导下，塔式槽式定日镜光热发电系统的各个环节效率也在不断提升，为可再生能源的发展做出了重要贡献。

5. 寻迹系统效率在塔式槽式定日镜光热发电系统中，寻迹系统是用来使反射镜面始终朝向太阳的重要组成部分。