[发明专利]一种分区域的槽式太阳能热发电系统集热场设计方法

说明书

本发明属于太阳能场设计优化领域，并具体公开了一种分区域的槽式太阳能热发电系统集热场设计方法，其包括如下步骤；将太阳能集热场分为高温区集热场、中温区集热场、低温区集热场三个区域，以分别为不同换热器供热，根据此布局建立槽式太阳能热发电系统仿真分析模型；建立以发电系统总效率最大为优化目标的目标函数，并确定约束条件，对目标函数求解得到传热介质参数；进而根据传热介质参数得到各区域集热场中集热器数量和布局方式，完成对槽式太阳能热发电系统集热场的设计。本发明的设计方法可有效降低集热管中传热介质的平均温度，并降低蒸汽生产系统的换热端差，从而提高集热场效率和电站总效率。

技术领域

本发明属于太阳能场设计优化领域，更具体地，涉及一种分区域的槽式太阳能热发电系统集热场设计方法。

背景技术

随着世界经济持续增长，世界能源体系将面临“更多能源”需求和“更低排放”的双重挑战，可再生能源的重要性日益凸显。槽式太阳能光热发电技术作为目前较成熟、成本较低的大规模太阳能光热发电技术，其商业化水平越来越高。目前世界上已投入商业应用的槽式太阳能热发电站，如美国的SEGS VI系列电站，其总装机容量达353.8WM，电站总效率为14％-18％；西班牙的Andasol系列电站，装机容量为50MW，电站总效率为13.5％；摩洛哥Noor光热发电综合体中的Noor1和Noor2槽式光热发电站装机容量分别达到了160MW和200MW，以色列的Ashalim 2槽式光热电站装机容量达121MW，但其电站总效率仍处于11％-16％。

在传统的槽式太阳能热发电系统中，集热场处的㶲损最多，这导致了集热场效率较低进而使系统总效率难以提高。而集热场效率不仅与其所选用的选择性涂层、接收器配置、真空度有关，还与其传热介质温度有关，传热介质温度越高，集热器效率越低。

对于传统的槽式太阳能热发电系统而言，传热介质将工作介质从过冷液体加热到过热气的过程中，传热介质和工作介质的质量流量都不发生改变，但工作介质随着温度的增加发生相变，比热容差别很大，而传热介质由于没有相变，比热容差别不大，这使得换热过程中存在较大的换热温差，产生较大的㶲损，降低了能量利用率。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种分区域的槽式太阳能热发电系统集热场设计方法，其目的在于，将太阳能集热场分为三个区域，分别对应不同换热器，并以电站发电效率最优为目标，建立各集热区域质量流量优化模型，根据优化结果，实现新型分区域集热镜场设计，可在保证发电系统需求的前提下，降低集热管内传热介质温度，使得换热端差有所下降，提高能量的利用率，以提高集热场效率和电站总效率。

为实现上述目的，本发明提出了一种分区域的槽式太阳能热发电系统集热场设计方法，包括如下步骤：

S1槽式太阳能热发电系统中集热场通过传热介质为换热器内的工作介质供热，所述换热器分为过热器、蒸发器、预热器、再热器；将集热场分为3个区域：高温区集热场、中温区集热场、低温区集热场，其中，高温区集热场为过热器、再热器供热，中温区集热场为蒸发器供热，低温区集热场为预热器供热；依此布置方式建立槽式太阳能热发电系统仿真分析模型；

S2根据仿真分析模型，以M_o＝[M_o,1,M_o,2,M_o,3]作为决策变量，建立以发电系统总效率最大为优化目标的目标函数如下：

min f(M_O)＝1-η_A(M_O)＝1-η_th(M_O)*η_he(M_O)

其中，M_o,1,M_o,2,M_o,3分别为高温区集热场、中温区集热场、低温区集热场中传热介质的质量流量；η_A为发电系统总效率，η_th为集热场效率，η_he为热电转换效率；