2023塔式太阳能热发电厂集热系统设计规范

塔式太阳能热发电厂集热系统设计规范PAGEPAGE目 次总则 7术语和符号 8基本规定 12聚光系统 13一般规定 13系统设计要求 13设备选型原则 15吸热塔 16镜场布置原则 17系统运行工况 17吸热系统 18一般规定 18系统设计要求 18主要设计参数 19设备选型原则 20布置设计原则 20系统运行 21辅助系统 22镜场辅助系统 22吸热器辅助系统 23其他技术要求 24仪表与控制 24电气系统 247.3 消防 257.4 安全防护要求 26本标准用词说明 27引用标准名录 28条文说明 29制定说明 302 术语和符号 32聚光系统 37吸热系统 42辅助系统 451总则先进、经济合理的要求，制定本规范。镜及吸热器，适用于采用熔融盐或水作为传热流体聚光集热系统。合考虑技术成熟性及经济性。家现行有关标准的规定。术语和符号solarpowertowerplant发电的电站。对于采用一次反射的塔式太阳能光热发电站，在吸热塔上部布置吸热器。对于采用二次反射塔式太阳能光热发电站，二次反射塔上部布置有二次反射镜面，地面布置吸热器。concentratingsolarreceiversystem行、停运及事故阶段所需的附属系统。heliostatnetreflectingarea安装于单台定日镜之上的所有子镜的有效反光面积之和。单位：m2。totalheliostatsreflectingarea)镜场总反射面积是指镜场中安装的定日镜的总的有效反射面积。单位：m2。吸热器光学高度(towerreceiveropticalheight)指一次反射塔式电站中的吸热器受光面几何中心高度至吸热塔位置地坪零米的垂直距离。单位：m。太阳倍数(solarmultiple)集热系统太阳倍数为吸热器的额定热功率与汽轮机额定功率下对应消耗的热功率的比值。风速、环境温度、直接法向辐照度等边界条件。弃光率（energydumpedpercentage）阳辐射量的比例。镜场效率（heliostatfieldefficiency）根据定日镜反射镜面将法向直接辐射传递至吸热器表面过程中能量损失的机理将镜场效率分为常数项损失（constantlossfactors）和光学运行效率（CoefficientofOptical线传播过程中的大气衰减对应的效率和光束溢出对应的效率等。Atmosphericattenuation间的距离越远，大气衰减越大。可用下列三阶多项式描述不同位置定日镜大气衰减带来的光学损失：ηatt(𝑠)=Σ𝑐i𝑠i=𝑐0+𝑐1𝑠1+𝑐2𝑠2+𝑐3𝑠3i=0…3其中，s=Jℎ2+ℎ2+ℎ2 x y tower其中，hxhyxyx、y坐标，htower为吸热器光学高度。C0C1C2C3天气等因素变化。（heliostatpivot）对于采用高度角—方位角跟踪的定日镜，方位角和高度角两个正交的转动轴1010相交于一点，该点为定日镜的旋转中心点。（heightoftheheliostatrotationcenter）的位置的高度。定日镜高度（heliostatheight）定日镜高度是指定日镜反射镜面外轮廓的高度。定日镜宽度（heliostatwidth）定日镜的宽度是指定日镜反射镜外轮廓的宽度。(heliostatenvelopediameter)定日镜在跟踪太阳过程中，其轮廓运动范围的外接球直径。定日镜子镜（heliostatfacet）构成定日镜的完整且独立的反射镜单元。镜场密度(heliostatsfileddensity)跟踪方法等因素有关。在靠近吸热塔区域镜场密度一般大于远离吸热塔区域。镜场可用率（heliostatsavailability）可运行的定日镜占总定日镜的比例。镜场总误差（heliostatsfieldtotalerror）镜场总误差为每台定日镜的误差的算术平均值。定日镜误差（heliostaterror）（定日镜立柱偏移误差，反射镜安装偏离设计带来的误差，定日镜跟踪机构制造误差等。度变化的修正（子午线夹角误差以及算法的精确性等。11PAGE为校准误差。（heliostatfocusingmethod）构成，每个子镜应独立采用相同的聚焦方法。（Heliostatcantingmethod）矢量和定日镜安装过程中子镜瞄准矢量不同。基本规定镜场总反射面积和吸热器额定热功率的匹配选择应根据典型太阳年数据，因素，经过经济性比较后确定。型气象年数据模拟后确定。聚光系统一般规定聚光系统设备选型应满足站址环境条件的要求，这些要求至少包括场站能指标下降在可接受范围。踪精度、面型光学精度、可维护性、环境适应性、可靠性和安全性。系统设计要求镜场投射到吸热器表面的热流密度满足任何工况下的吸热器安全性要求。镜场容量应能满足吸热器最大热功率要求，并根据经济性原则结合典型5%。1.01.05-1.1集热系统设计点直接法向辐照度的选取可采用如下方法中的一种：80%。12h镜场总采光面积的确定应充分考虑场地边界、用地成本、清洁因子、定10倍的吸热塔高度。因素。10%。2%。定日镜选型及性能要求的确定应结合项目设计设计点和成本综合确定。等部件的可操作性和便捷性。定日镜子镜反射镜安装就位后，根据吸热器拦截率对不同位置定日镜光中定日镜与吸热器的距离，设置多组不同曲率。1.0~2.0。定日镜运动中心高度应为定日镜运动中心至地面的垂直高度，运动中心100m20.5m100m20.25m。10mm的间隙。50坏。定日镜的保护状态多是反射面法线方向处于垂直地面的位置附近。定日镜设计的运行风速应符合如下规定：定日镜设计时应考虑风速和风向的最不利组合。定日镜的最大运行风速指定日镜处于最不利位置时，保证聚光精度所能100W/m2对应的风速。定日镜处于最不利位置所能承受的最大风速应高于最大运行风速。定日镜回位至保护状态的不破坏风速应结合厂址条件确定。50热量损失。避免吸热器受热面温度及传热流体出口温度变化过快。2个。定日镜从吸热器受光面散焦，以及聚焦于吸热器受光面的速度应满足吸10min。设备选型原则反射镜的镜面反射率应符合下列规定：0-2mm94.5%。2-4mm93.5%。4-6mm92.5%。91%。在二次反射系统中，用于二次反射镜的太阳能高反射铝镜反射率应不小89%。大风或尘卷风携带的沙石的破坏。反射镜涂层应至少包括银层和保护层，保护层应能覆盖和保护银层，使银层防止腐蚀。安全要求以及定日镜在运行过程中的聚光性能要求。反射镜支架的及定日镜基础的设计且应满足下列规定：25基本风压。地基基础设计时，应按50年重现期确定基本风压、雪荷载。镜面支架应能承受反射镜自重、风载荷、雪荷载及地震荷载等。作用于GB5000925镜面支架应满足自重、风载荷、雪荷载及地震荷载组合下不发生破损。镜面支架应在最大工作风速下满足镜面的面型精度设计值。规定：驱动的机械跟踪精度应满足集热系统整体聚光性能要求，应具有良好的自锁能力和良好的刚性。2.驱动应能满足定日镜非连续低速运行的要求。驱动应满足定日镜跟踪的转动角度范围。驱动装置应满足定日镜散焦以及运动至保护位置的速度要求。驱动装置应有足够的可靠性，满足电站设计寿命期内定日镜运行要求。部分或整体可更换。12m/s99%日镜最大运行风速应经技术经济性比较确定。防腐的要求。应根据镜场容量大小，吸热器设计，结合瞄准点策略等，确定定日镜子吸热塔优及月度集热量分布合理的原则。吸热塔高度应根据镜场总反射面积、镜场效率、吸热器额定功率、吸热过经济性比较后确定。工作状态下安全运行。集热系统设计时，宜计入吸热塔对镜场的阴影损失。镜场布置原则应综合考虑定日镜间的遮挡、阴影损失、反射光线从反射镜至吸热器受吸热器安全性要求，同时使吸热器热效率和拦截率较高。为周向环形镜场、周向方形镜场、单侧扇形或其他形状镜场等。镜场的布置应避免定日镜在运行过程中发生互相碰撞。大气衰减、镜场成本等因素进行技术经济比较后确定。车宜能抵达每一环的任意定日镜并清洗。镜场应尽可能依地势布置，减小场平工作量。系统运行工况日镜的方法预热吸热器管屏。以满足吸热器表面辐射的热量分布均匀性要求以及吸热器的安全性要求。其他部件温度超过设计温度。镜场宜通过调整聚焦定日镜的数量满足吸热器变负荷工况。命点位置，以满足吸热器安全性和定日镜再次聚焦要求。运行结束后的要求？吸热系统一般规定镜场布置特征等因素确定。吸热器的容量选取应与机组的容量和储热系统容量匹配。损失，同时满足吸热器受光面最大允许热流密度的要求。的抗疲劳性应满足设计寿命内疲劳次数的要求。吸热器受光面管束可采用无缝管或纵焊缝焊管，纵焊缝不宜布置在受光缝。吸热器管屏受光面、管屏非受光面、管屏集管可采用不同材料，但设计所需的抗疲劳性。热及热防凝设计。有熔盐长期滞留的熔盐管道宜设置隔热支吊架。2年应能后期修补。系统设计要求式计算：=DNIdesignAfield （5.2-1）reflectivitysoiling （5.2-2）shadblockerception （5.2-4）c——吸热器额定容量；2DNIc——吸热器额定容量；2DNIdesign——NI（W/m；2Afield——镜场总反射面积m；reflectivity——定日镜反射率；soiling——定日镜清洁度=1-——余弦效率=1-shad——阴影效率=1-——遮挡效率=1-——大气透过率=1-interception——吸热器截断效率=1-absor——吸热器吸收率rec.loss——吸热器热损失率吸热器热损失率应综合考虑吸热器的辐射、对流和导热损失。主要设计参数吸热器的主要设计参数包括吸热器高度、受光面断面直径或断面外接圆器还需要采光口开口大小、受光面倾斜角度等。95%。203m/s85%。25%的吸热器额定功率。2020吸热器额定功率应结合镜场最佳光学及机械性能时的效率、最佳太阳辐5%盐泵、管道流速及管道阀门附件等匹配。1000kW/m2；对于过冷800kW/m2；300kW/m2。吸热器吸热管内允许最大和最小介质流速应满足吸热器震动、介质流动5m/s5m/s50m/s。设备选型原则150MWt大于上述建议值时，宜采用表面式吸热器。宜近似为圆形的多边形结构。熔盐工质吸热器宜设置入口缓冲罐、出口缓冲罐及紧急压缩空气储罐等60s5.4.4布置设计原则紧急压缩空气储罐等设备的功能要求将其设置在相应的位置。熔盐工质吸热器入口缓冲罐可设置在吸热器受光面的低点位置处。22PAGE熔盐工质吸热器紧急空气压缩储罐与入口缓冲罐连接，宜设置在距离入空气压缩机及其配套的压缩空气储罐可设置在吸热器零米层位置。盐管道和吸热器下部旁路等。光区域应设置防护区域。60s额定流量的熔盐容积，且不宜小于入口缓冲罐容积。的排气管道和管屏至出口缓冲罐的连接管等。吸热器顶部应设置起吊装置用于检修维护。热段。系统运行盐等运行工况的要求。对于塔顶布置的外置式熔盐吸热器，除受热面管屏受光区域外，吸热器行阶段安全运行。器，其受光区域设计应采用定日镜聚焦的方式对其进行预热。对于塔顶布置的外置式熔盐吸热器或地面布置的二次反射塔式熔盐吸热空气排空的管路及阀门。场应根据吸热器的热量需求增加投射定日镜的数量。射数量，吸热器出口缓冲罐出口的温度波动宜控制在±10℃之内。吸热器正常运行控制至少包括控制吸热器出口熔盐温度和控制最小流量出口熔盐温度时，吸热器可进入维持在最小流量运行的模式。下，应根据出口温度水平判断是否进入停机工况。镜场中的定日镜逐步散焦；0；吸热器排盐；进入伴热工况。道及附属设备内的熔盐不发生凝结。器入口缓冲罐熔盐流经吸热器的功能辅助系统镜场辅助系统子镜倾斜方法的选择应综合考虑成本、性能等因素。定日镜子镜倾斜方法取决于定日镜光学设计，可为在轴（onaxis）离轴（offaxis）调焦。日镜聚光性能。标靶，校准目标靶区的具体设置应根据镜场校准要求确定。90天。投入正常使用的定日镜应进行校准并达到合格的技术要求。校准系统应有足够的校准精度，0.1mrad1mrad（1mrad2mrad？）镜场应配置定日镜清洗设备，清洗设备应满足全年镜场清洗的要求。镜场清洗设备应确保定日镜反射镜面在清洗过程中不出现划伤或者破损。植被造成污染的成分。在严寒季节，宜采用干式清洗方式。洗后的收益综合确定。日镜的清洗。10%部分的设计应与镜场道路的设计相协调。吸热器辅助系统吸热器受光面上部和下部区域应设置高温隔热防护，防止经定日镜反射1000℃。熔盐吸热器宜采用压缩空气系统作为吸热器紧急工况下的吸热器熔盐供干空气来源。压缩空气系统宜配置干燥及过滤系统，确保定压系统气源质量。2台空压机，1μm。紧急压缩空气系统应配置60s的时间需求的压缩空气量。吸热器的伴热系统应根据吸热器管屏集箱及其他工艺管道和设备的工传热的均匀性。管束和集箱受热膨胀变形的特性。减少空隙从而减少对流散热损失热量。其他技术要求仪表与控制集热系统应纳入机组主控制系统监视与控制。集热系统检测仪表和执行装置的设置应满足运行人员在就地人员的巡回运行工况监视和调整、事故处理等的要求。应同步。集热系统仪表、控制设备与机组同类型仪表设备的选型宜统一，并应满DL/T的有关规定。电气系统集热系统高、低压厂用电电压等级应与发电区厂用电系统一致。集热系工作母线供电。集热场低压厂用工作变压器可选用高低压预装式箱式变电站或组合式变GB/T17467合现行行业标准《组合式变压器》JB/T10217的规定。经济比较确定。集热系统交流保安电源应采用快速起动的柴油发电机组或满足快速起动单独设置。集热系统交流不间断电源宜分散独立设置，自带蓄电池组；满负荷供电火力发电厂设计规范》GB50660GB50049DL/T5136交流不间断电源系统设计技术规程》DL/T5491的有关规定。集热系统低压厂用工作变压器、低压线路、低压电动机的保护以及集热规程》DL/T5153控装置宜采用光纤通信网络接入电厂的监控系统。:集热系统过电压保护和接地应符合现行国家标准《交流电气装置的过电GB/T50064GB/T50065GB50057用支架基础的金属构件；集热场区接地应连续、可靠，10Ω。电缆选择与敷设应符合下列规定：集热系统电缆的选择与敷设，应符合现行国家标准《电力工程电缆设计标准》GB50217的规定；C级及以上电缆；集热器支架之间及支架与配电箱之间的电缆应有固定措施。消防集热系统消防设计应符合现行国家标准《塔式太阳能光热发电站设计标准》GB/T51307的规定。安全防护要求集热系统安全设施设计应以安全预评价为依据，并应符合现行行业标准《火力发电厂职业安全设计规程》DL5053的规定。合现行行业标准《火力发电厂职业卫生设计规程》DL5454的规定。在事故易发处应设置安全标志，其设置应符合现行国家标准《安全标志GB2894全色》GB2893病危害警示标识》GBZ158的规定。2929塔式太阳能热发电厂集热系统设计规范条文说明3131目次本标准用词说明 27引用标准名录 28条文说明 29制定说明 30术语和符号 32基本规定 36聚光系统 37一般规定 37系统设计要求 37设备选型原则 414.5镜场布置原则 42吸热系统 42主要设计参数 42设备选型原则 43布置设计原则 43系统运行工况 43辅助系统 45镜场附属系统 4533PAGE2 术语和符号定日镜本体包括反射镜及其支架，机械也跟踪系统及其驱动电机或液压单系统用于校准定日镜初次运行及日常运行中定期的部分机理造成的跟踪误差的修正。吸热器附属系统，对于熔盐作为传热流体的吸热器，这些辅助系统至少包（多以布置在地面的红外测温装置组成中的流量分配系统、疏放系统等；用于检修起吊部件的塔顶吊车等辅助系统。（在流量既定的情况下即反应为温度改变器是否安全运行。次反射镜面，而非受热面。对于太阳倍数，早期的太阳能热发电站集热场设计，太阳倍数这一概念来单元如汽轮机消耗的热功率的比值。（配置储热的电站LCOE装和运行成本。因此在槽式电站中这一定义类似于光伏电站的容配比。（吸热器的额定热功率确定（面积如对于一个50MW发电机组的塔式光热电站，假定汽轮机的热耗率为527050MW÷（3600÷8700kJ/kWh）=121MWt上述两种配置方案对应的吸热器的太阳倍数为280MWt÷121MWt=2.31及350MWt÷121MWt=2.89280MW52300MWt300MWt÷280MWt=1.07显然此时太阳辐照条件较好，需要定日镜部分散焦以确保吸热器运行安全。因此塔式聚光集热系统应区分镜场太阳倍数和集热系统吸热器太阳倍数。弃光率是指在聚光集热系统运行及启动或停运阶段，若全部定日镜投运会时间段可取设计阶段的典型太阳年。11。弃光率这一指标会影响集热场年均光热效率，它和当定日镜的成本足够低时，镜场弃光率和吸热器弃光率都会较高。htower为吸热器光学高度。严格说来应该是定日镜反射点与目标点间镜场可用率率（不低于一个月测量周期9。镜场总误差段，计算镜场总误差的过程如下：∑n单一定日镜总误差镜场总误差=0 4mrad前提下，因此测量过程应基于供货方提供的运行维护手册。2.0.22定日镜子镜倾斜方法独立的子镜可以以平面镜的姿态或者聚焦型曲面镜姿态倾斜。子镜以平面镜倾斜可以得到一定程度聚焦的定日镜。当太阳位置和子镜倾斜时的位置一致时，倾斜调焦后的定日镜运行性能最佳。随着太阳位置便宜倾斜设计点，会产生额外的光学偏差，定日镜运行性能会降低。一个子镜偏离吸热器中心。发现方向和定日镜瞄准矢量相同。基本规定3.0.1聚光系统一般规定4.1.3主要是在大风等外力作用下破坏后可能对人身安全构成的威胁。系统设计要求12hDNI1%-1.5%12DNIDNIDNI是在若干统计年的平均值，DNI850w/m2，但这（纬度和设计点赤纬角（或其他样本（曲线上某点对应的横坐标9090%800W/m2,90%800800W/m2。（6211221日，12DNIDNI据中此时恰逢阴雨天，则会失真。1212吸热器受光面尺寸，包括在某一垂直平面投影的宽度和高度，越大，吸热光面尺寸有一定关系。布比较明显。当大气衰减较大时，不宜建设单塔对应的镜场容量较大的镜场。基于以上定日镜误差和大气衰减因素，曾有观点认为，单塔对应的镜场容量604.2.8统可靠性等边界条件存在一定的不确定性。故镜场宜考虑一定的冗余。4.2.11定的空间。4.2.14要的考核指标，也对光热电站的集热量影响很大。3-5（瞬时风速24m/s如对于某一塔式电站镜场，工作时段（假定法向直射辐照度DNI>120W/m2镜场可以预热吸热器或定日镜进入光斑校准等模式工作）内的3s阵风风速累积频率见下表，大于17m/s（对应的阵风风速为24m/s）的概率约为11.19%（10088.8117m。风速区间，m/s该区间风速频率，%小于等于该区间风速的累计频率，%0-1001-20.730.732-32.713.443-49.5913.024-512.3325.355-67.3732.726-711.5744.2940407-86.2450.528-97.4657.989-106.3564.3410-113.9368.2711-125.2473.5112-132.4275.9313-144.8480.7714-153.2684.0315-161.7285.7516-173.0688.8117-182.3091.1118-191.4692.5719-201.6394.2021-221.1996.4722-231.4397.9023-240.4798.3724-250.6499.0125-260.2099.2126-270.3899.5927-280.1799.7728-290.0699.8329-300.1599.9730-310.031001998-201311m/s的时候，99%NOOR315m/s99%18m/s99%9.97m/s，意味着99%9.97m/s18m/s99%18m/s（附件。99%18m/s12m/s高，因此没必要提高定日镜工作风速的要求。4.定日镜回位至保护状态的不破坏风速应应结合厂址条件确定。4.2.16吸热器停运，当镜场全部投运或大部分投运时，需要停运镜场，为避免全44PAGE降，但实际中较难实现。4.2.1810的高速特性较好，配电功率也将较高，带来成本上升，没有必要。设备选型原则4.3.8定日镜聚焦及子镜倾斜方法IdealEachIdealEachheliostatisfocusedusingaparabolicshapewherethefocallengthisequalequaltothedistancebetweentheheliostatcentroidandthereceiverimageplane.ThevectordefiningtheThevectordefiningthepointiscollinearwiththenormalvectorfromthesurfaceofthesurfaceoftheheliostat.FlatTheheliostatisnotfocusedandassumedtobeFlatTheheliostatisnotfocusedandassumedtobeFlatheliostatsfacetsmaystillbecantedintoasemi-focusedmaystillbecantedintoasemi-focusedshape.On-axisOn-axisHeliostatsfacetsaremountedsuchthattheirnormalvectorinterceptsHeliostatsfacetsaremountedsuchthattheirnormalvectorinterceptsthereceiverfocalpointwhiletheheliostataimingvectoralsopointstothereceiverreceiverfocalpointwhiletheheliostataimingvectoralsopointstothereceiverfocalpoint.point.Theheliostatfacetsareperfectlyfocusedinthecasewherethesunpositionliesliesalongtheextrapolatedheliostataimingvector(inotherwords,whentheheliostatisdirectlyinthereceiverheliostatisdirectlyinthereceivershadow!).HeliostatfacetsaremountedsuchthattheirreflectedimagestrikesthereceiverHeliostatfacetsaremountedsuchthattheirreflectedimagestrikesthereceiveraimpointwhenthesunisatitsequinoxposition(noononMarch20thoraimpointwhenthesunisatitsequinoxposition(noononMarch20thorSeptember20th).20th).SummerSummersolsticeHeliostatfacetsaremountedsuchthattheirreflected