吸熱器表面能流密度計算手冊

1、 山東電力建設(shè)第三工程公司 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc474671255 一項目概況 PAGEREF _Toc474671255 h 1 HYPERLINK l _Toc474671256 1.1基本概況 PAGEREF _Toc474671256 h 1 HYPERLINK l _Toc474671257 1.2廠址概況 PAGEREF _Toc474671257 h 1 HYPERLINK l _Toc474671258 1.3氣象特征 PAGEREF _Toc474671258 h 1 HYPERLINK l _Toc474671259 1.

2、4資源狀況 PAGEREF _Toc474671259 h 3 HYPERLINK l _Toc474671260 1.5總體設(shè)計說明 PAGEREF _Toc474671260 h 3 HYPERLINK l _Toc474671261 二設(shè)計點及設(shè)計原則 PAGEREF _Toc474671261 h 3 HYPERLINK l _Toc474671264 2.1設(shè)計點 PAGEREF _Toc474671264 h 3 HYPERLINK l _Toc474671265 2.2設(shè)計原則 PAGEREF _Toc474671265 h 4 HYPERLINK l _Toc474671266

3、 三計算方法概要 PAGEREF _Toc474671266 h 4 HYPERLINK l _Toc474671268 3.1目標點選擇方法 PAGEREF _Toc474671268 h 4 HYPERLINK l _Toc474671269 3.2能流密度計算 PAGEREF _Toc474671269 h 5 HYPERLINK l _Toc474671270 四設(shè)計輸入 PAGEREF _Toc474671270 h 6 HYPERLINK l _Toc474671271 五能流密度優(yōu)化及計算 PAGEREF _Toc474671271 h 6 HYPERLINK l _Toc474

4、671274 5.1優(yōu)化與計算 PAGEREF _Toc474671274 h 6 HYPERLINK l _Toc474671275 5.2計算結(jié)果 PAGEREF _Toc474671275 h 7 HYPERLINK l _Toc474671276 六模型不確定分析 PAGEREF _Toc474671276 h 9 HYPERLINK l _Toc474671277 七總結(jié) PAGEREF _Toc474671277 h 10 山東電力建設(shè)第三工程公司 項目概況基本概況中國電力工程顧問集團西北電力設(shè)計院有限公司哈密熔鹽塔式5萬千瓦光熱發(fā)電項目工程規(guī)劃容量150MW，本期建設(shè)規(guī)模150M

5、W。本項目采用塔式熔鹽太陽能熱發(fā)電技術(shù)，包含一套聚光集熱系統(tǒng)。廠址概況站址位于哈密地區(qū)伊吾縣淖毛湖鎮(zhèn)境內(nèi)，北距淖毛湖鎮(zhèn)約10km，西距伊淖公路約2.5km。 站址地形較為平坦，地面由西南向東北傾斜，場地自然標高在643725m之間,自然坡度約為2。目前站址土地類型屬于伊吾縣淖毛湖工業(yè)園區(qū)光熱園區(qū)建設(shè)用地，地貌為戈壁荒灘。廠址南部山區(qū)的洪水在出山口后，沿伊吾河向伊吾-淖毛湖公路西側(cè)戈壁泄洪，公路高出自然地面約80cm，洪水不會漫上公路危及站址區(qū)域，因此廠址不受50年一遇洪水影響。氣象特征根據(jù)淖毛湖氣象站多年統(tǒng)計資料，求得累年基本氣象要素年見下表1.3-1。表1.3-1淖毛湖氣象站基本氣象要素年值

6、統(tǒng)計表項 目單 位淖毛湖氣象站發(fā)生日期平均氣壓hPa961.6平均氣溫10.5最熱月平均氣溫28.97月最冷月平均氣溫-11.61月極端最高氣溫45.12004.7.18極端最低氣溫-33.91984.12.25最大日較差28.01960.8.28平均水汽壓hPa4.5最大水汽壓hPa26.71964.7.28最小水汽壓hPa0.0平均相對濕度%33最小相對濕度%0年平均降水量mm18.7最大一日降水量mm22.81995.8.15年平均蒸發(fā)量mm4287.2平均風速m/s4.3最大風速及風向m/s28/NW(定時2min)1971.5.29最大積雪深度cm122次最大凍土深度cm133196

7、7.2.4、6最多凍融循環(huán)次數(shù)times52平均大風日數(shù)d90.0最多大風日數(shù)d1341969年平均雷暴日數(shù)d4.6最多雷暴日數(shù)d101968、1971、1978年平均冰雹日數(shù)d0最多冰雹日數(shù)d12003年平均沙塵暴日數(shù)d17.3最多沙塵暴日數(shù)d541974年表1.3-2 哈密地區(qū)風頻率累積統(tǒng)計結(jié)果（10m高度10min風速平均值）低高頻率(%)累積頻率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 資源狀況根據(jù)典型年氣象數(shù)據(jù)分析，本項目所在地的年均法向直接輻射量為2015kWh/m2?？傮w設(shè)計說明采用2.

9、17平方米的小定日鏡，寬度為2.03米，高度為1.07米。本項目總計定日鏡數(shù)量為331,228面，鏡場總采光面積為719460.3388平方米；吸熱塔高度（吸熱器光學集合中心距離地面高度）為200米；設(shè)計點采用夏至日真太陽時正午12小時，此時的DNI值按900W/m2；汽輪發(fā)電機組容量為50MW；汽輪發(fā)電機組額定工況下熱電效率為43%；對應(yīng)的環(huán)境溫度為19；空冷凝汽器背壓為8.5kPa；儲換熱系統(tǒng)在工作階段散熱損失相關(guān)效率為99%，停運階段效率為98%；綜合效率當按不同運行模式持續(xù)時間綜合求取；儲熱容量為上述汽輪機出力及效率對應(yīng)滿發(fā)12小時，即1430MWh；聚光集熱系統(tǒng)能夠滿足電站年發(fā)電不低

10、于1.983億度，相當于折合等效發(fā)電利用小時數(shù)3967h；汽輪發(fā)電機的運行模式不受電網(wǎng)調(diào)度限制；在不考慮聚光集熱系統(tǒng)年可靠率的前提下，并考慮其他投標方范圍之外的系統(tǒng)年可靠率為0.97的前提下計算得到的數(shù)據(jù)。設(shè)計點及設(shè)計原則設(shè)計點夏至日真太陽時正午12時，此時的DNI值按900W/m2；能見度按照30km考慮；反射率按照93.5%考慮；鏡場清潔度按照97%考慮；吸熱面板的吸熱率按95%考慮；光學效率采用典型年對應(yīng)的夏至日正太陽時正午12時對應(yīng)的光學效率。設(shè)計原則優(yōu)化鏡場布置以獲得最大全年輸出能量；在設(shè)計鏡場布置時考慮吸熱器上的能流分布，避免吸熱器的部分區(qū)域過熱；滿足相關(guān)的儲熱容量要求和發(fā)電量要求

11、；在要求的功率下同時優(yōu)化鏡場布置和吸熱器尺寸；在設(shè)計鏡場和吸熱器時遵守最大能流均勻性和最小吸熱面積的原則。計算方法概要目標點選擇方法目標點選擇方法原則：（1）其中公式（1）中，1 為吸熱器的中心線剖面；2 為包含吸熱器面和計算的定日鏡的平面；3 為包含定日鏡和吸熱塔的平面； 為控制溢出損失的角度；f 為控制溢出損失角度的方程。同時，需要優(yōu)化目標點的位置，考慮目標點到待命點的運動路徑和“散焦時間”。圖 3.1-1 目標點選擇示意圖能流密度計算依據(jù)蒙特卡洛光跡跟蹤法，通過計算出追跡光線和區(qū)域的交點數(shù)量 ，計算太陽入射能流密度計算公式如下： （2）其中公式（2）中， 為區(qū)域表面積； 為沒根光線所帶的

12、能量大小。圖3.2-1 定日鏡在吸熱器表面的成像（理論）設(shè)計輸入采用2.17平方米的小定日鏡，寬度為2.03米，高度為1.07米。本項目總計定日鏡數(shù)量為331,228面，鏡場總采光面積為719460.3388平方米；TMY典型年氣象數(shù)據(jù)；鏡場跟蹤精度1.5mrad，光束質(zhì)量誤差1.3mrad，總誤差3.8mrad；夏至日真太陽時正午12時，此時的DNI值按900W/m2；能見度按照30km考慮；反射率按照93.5%考慮；鏡場清潔度按照97%考慮；光學效率采用典型年對應(yīng)的夏至日正太陽時正午12時對應(yīng)的光學效率；吸熱器塔高200米；吸熱面板的吸熱率為94%；吸熱器吸熱板數(shù)量為16塊，外置圓形型式，

13、熔鹽介質(zhì)。能流密度優(yōu)化及計算優(yōu)化與計算能流密度計算優(yōu)化因子包括：最大能流均勻性和最小吸熱面積；吸熱器尺寸；吸熱器的熱損；鏡場的溢出效率；峰值能流密度；平均能流密度；目標點以及運動路徑；鏡場在吸熱器上的能流控制精度；吸熱器的寬度以及運輸、安裝造價；吸熱器的高度以及對應(yīng)的熱損；吸熱器尺寸與熔鹽流程對應(yīng)的造價；其他必要的優(yōu)化項目。計算結(jié)果吸熱器的總吸收能量為437.2MW；吸熱器的額定功率為385MW； 表 5.2-1 吸熱器基本計算表面板12345678高度 (m)17.017.017.017.017.017.017.017.0寬度(m)3.03.03.03.03.03.03.03.0表面積 (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寬度(m)3.03.03.03.03.03.03.03.0表面積 (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 圖5.3-1 吸熱器能流密度圖及能量值 （1-4號面板） （5-8號面板） （9