吸热器表面能流密度计算手册

1、 山东电力建设第三工程公司 目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc474671255 一项目概况 PAGEREF _Toc474671255 h 1 HYPERLINK l _Toc474671256 1.1基本概况 PAGEREF _Toc474671256 h 1 HYPERLINK l _Toc474671257 1.2厂址概况 PAGEREF _Toc474671257 h 1 HYPERLINK l _Toc474671258 1.3气象特征 PAGEREF _Toc474671258 h 1 HYPERLINK l _Toc474671259 1.

2、4资源状况 PAGEREF _Toc474671259 h 3 HYPERLINK l _Toc474671260 1.5总体设计说明 PAGEREF _Toc474671260 h 3 HYPERLINK l _Toc474671261 二设计点及设计原则 PAGEREF _Toc474671261 h 3 HYPERLINK l _Toc474671264 2.1设计点 PAGEREF _Toc474671264 h 3 HYPERLINK l _Toc474671265 2.2设计原则 PAGEREF _Toc474671265 h 4 HYPERLINK l _Toc474671266

3、 三计算方法概要 PAGEREF _Toc474671266 h 4 HYPERLINK l _Toc474671268 3.1目标点选择方法 PAGEREF _Toc474671268 h 4 HYPERLINK l _Toc474671269 3.2能流密度计算 PAGEREF _Toc474671269 h 5 HYPERLINK l _Toc474671270 四设计输入 PAGEREF _Toc474671270 h 6 HYPERLINK l _Toc474671271 五能流密度优化及计算 PAGEREF _Toc474671271 h 6 HYPERLINK l _Toc474

4、671274 5.1优化与计算 PAGEREF _Toc474671274 h 6 HYPERLINK l _Toc474671275 5.2计算结果 PAGEREF _Toc474671275 h 7 HYPERLINK l _Toc474671276 六模型不确定分析 PAGEREF _Toc474671276 h 9 HYPERLINK l _Toc474671277 七总结 PAGEREF _Toc474671277 h 10 山东电力建设第三工程公司 项目概况基本概况中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司哈密熔盐塔式5万千瓦光热发电项目工程规划容量150MW，本期建设规模150M

5、W。本项目采用塔式熔盐太阳能热发电技术，包含一套聚光集热系统。厂址概况站址位于哈密地区伊吾县淖毛湖镇境内，北距淖毛湖镇约10km，西距伊淖公路约2.5km。 站址地形较为平坦，地面由西南向东北倾斜，场地自然标高在643725m之间,自然坡度约为2。目前站址土地类型属于伊吾县淖毛湖工业园区光热园区建设用地，地貌为戈壁荒滩。厂址南部山区的洪水在出山口后，沿伊吾河向伊吾-淖毛湖公路西侧戈壁泄洪，公路高出自然地面约80cm，洪水不会漫上公路危及站址区域，因此厂址不受50年一遇洪水影响。气象特征根据淖毛湖气象站多年统计资料，求得累年基本气象要素年见下表1.3-1。表1.3-1淖毛湖气象站基本气象要素年值

6、统计表项 目单 位淖毛湖气象站发生日期平均气压hPa961.6平均气温10.5最热月平均气温28.97月最冷月平均气温-11.61月极端最高气温45.12004.7.18极端最低气温-33.91984.12.25最大日较差28.01960.8.28平均水汽压hPa4.5最大水汽压hPa26.71964.7.28最小水汽压hPa0.0平均相对湿度%33最小相对湿度%0年平均降水量mm18.7最大一日降水量mm22.81995.8.15年平均蒸发量mm4287.2平均风速m/s4.3最大风速及风向m/s28/NW(定时2min)1971.5.29最大积雪深度cm122次最大冻土深度cm133196

7、7.2.4、6最多冻融循环次数times52平均大风日数d90.0最多大风日数d1341969年平均雷暴日数d4.6最多雷暴日数d101968、1971、1978年平均冰雹日数d0最多冰雹日数d12003年平均沙尘暴日数d17.3最多沙尘暴日数d541974年表1.3-2 哈密地区风频率累积统计结果（10m高度10min风速平均值）低高频率(%)累积频率m/sm/s%013.09 3.09 127.61 10.70 2311.56 22.26 3413.96 36.22 4515.51 51.72 5615.16 66.89 679.49 76.37 785.25 81.62 893.54 8

8、5.16 9102.75 87.91 10112.10 90.01 11121.94 91.95 12131.60 93.55 13141.49 95.05 14151.29 96.34 15161.04 97.37 16170.89 98.27 17180.62 98.89 18190.49 99.38 19200.27 99.65 20210.16 99.81 21220.11 99.91 22230.06 99.97 23240.02 100.00 24250.01 100.00 资源状况根据典型年气象数据分析，本项目所在地的年均法向直接辐射量为2015kWh/m2。总体设计说明采用2.

9、17平方米的小定日镜，宽度为2.03米，高度为1.07米。本项目总计定日镜数量为331,228面，镜场总采光面积为719460.3388平方米；吸热塔高度（吸热器光学集合中心距离地面高度）为200米；设计点采用夏至日真太阳时正午12小时，此时的DNI值按900W/m2；汽轮发电机组容量为50MW；汽轮发电机组额定工况下热电效率为43%；对应的环境温度为19；空冷凝汽器背压为8.5kPa；储换热系统在工作阶段散热损失相关效率为99%，停运阶段效率为98%；综合效率当按不同运行模式持续时间综合求取；储热容量为上述汽轮机出力及效率对应满发12小时，即1430MWh；聚光集热系统能够满足电站年发电不低

10、于1.983亿度，相当于折合等效发电利用小时数3967h；汽轮发电机的运行模式不受电网调度限制；在不考虑聚光集热系统年可靠率的前提下，并考虑其他投标方范围之外的系统年可靠率为0.97的前提下计算得到的数据。设计点及设计原则设计点夏至日真太阳时正午12时，此时的DNI值按900W/m2；能见度按照30km考虑；反射率按照93.5%考虑；镜场清洁度按照97%考虑；吸热面板的吸热率按95%考虑；光学效率采用典型年对应的夏至日正太阳时正午12时对应的光学效率。设计原则优化镜场布置以获得最大全年输出能量；在设计镜场布置时考虑吸热器上的能流分布，避免吸热器的部分区域过热；满足相关的储热容量要求和发电量要求

11、；在要求的功率下同时优化镜场布置和吸热器尺寸；在设计镜场和吸热器时遵守最大能流均匀性和最小吸热面积的原则。计算方法概要目标点选择方法目标点选择方法原则：（1）其中公式（1）中，1 为吸热器的中心线剖面；2 为包含吸热器面和计算的定日镜的平面；3 为包含定日镜和吸热塔的平面； 为控制溢出损失的角度；f 为控制溢出损失角度的方程。同时，需要优化目标点的位置，考虑目标点到待命点的运动路径和“散焦时间”。图 3.1-1 目标点选择示意图能流密度计算依据蒙特卡洛光迹跟踪法，通过计算出追迹光线和区域的交点数量 ，计算太阳入射能流密度计算公式如下： （2）其中公式（2）中， 为区域表面积； 为没根光线所带的

12、能量大小。图3.2-1 定日镜在吸热器表面的成像（理论）设计输入采用2.17平方米的小定日镜，宽度为2.03米，高度为1.07米。本项目总计定日镜数量为331,228面，镜场总采光面积为719460.3388平方米；TMY典型年气象数据；镜场跟踪精度1.5mrad，光束质量误差1.3mrad，总误差3.8mrad；夏至日真太阳时正午12时，此时的DNI值按900W/m2；能见度按照30km考虑；反射率按照93.5%考虑；镜场清洁度按照97%考虑；光学效率采用典型年对应的夏至日正太阳时正午12时对应的光学效率；吸热器塔高200米；吸热面板的吸热率为94%；吸热器吸热板数量为16块，外置圆形型式，

13、熔盐介质。能流密度优化及计算优化与计算能流密度计算优化因子包括：最大能流均匀性和最小吸热面积；吸热器尺寸；吸热器的热损；镜场的溢出效率；峰值能流密度；平均能流密度；目标点以及运动路径；镜场在吸热器上的能流控制精度；吸热器的宽度以及运输、安装造价；吸热器的高度以及对应的热损；吸热器尺寸与熔盐流程对应的造价；其他必要的优化项目。计算结果吸热器的总吸收能量为437.2MW；吸热器的额定功率为385MW； 表 5.2-1 吸热器基本计算表面板12345678高度 (m)17.017.017.017.017.017.017.017.0宽度(m)3.03.03.03.03.03.03.03.0表面积 (m

14、2)51.051.051.051.051.051.051.051.0最大能流密度 (kW/m)9229781029105610551023989910平均能流密度(kW/m)567609644661659644610563能量(MW)28.931.132.833.733.632.831.128.7面板910111213141516高度 (m)17.017.017.017.017.017.017.017.0宽度(m)3.03.03.03.03.03.03.03.0表面积 (m2)51.051.051.051.051.051.051.051.0最大能流密度 (kW/m)839769703661665712759845平均能流密度(kW/m)516466424401402425465515能量(MW)26.323.821.620.520.521.723.726.3 图5.3-1 吸热器能流密度图及能量值 （1-4号面板） （5-8号面板） （9