整體方位跟蹤塔式太陽能系統光學設計和最佳化基礎研究

《整體方位跟蹤塔式太陽能系統光學設計和最佳化基礎研究》是依託中國科學技術大學，由黃衛東擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：整體方位跟蹤塔式太陽能系統光學設計和最佳化基礎研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：黃衛東
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

針對目前塔式系統餘弦因子較小，光學效率較低，提出整體方位跟蹤塔式系統，提高效率10%以上，該系統還減少跟蹤設備數量2個數量級以上，降低定日鏡高度和結構要求，使之成為最有希望得到工業化套用的太陽能系統之一。目前塔式系統性能計算方法很複雜，受計算能力限制，忽略了某些重要物理因素的影響，帶來較大計算誤差，本項目擬套用申請者提出的直接計算聚光太陽能系統光學效率的積分函式法，建立塔式太陽能系統效率分析理論與計算方法，預測整體方位跟蹤塔式太陽能系統性能。構建原理性整體方位跟蹤塔式試驗系統，通過試驗驗證理論和計算方法。以年收集能量最大化為目標，發展最佳化整體方位跟蹤塔式系統設計的方法。本項研究將建立塔式太陽能系統性能與物理參數的函式關係，不僅加深人們對塔式太陽能系統特性的認識，而且為整體方位跟蹤塔式系統的設計和最佳化提供理論基礎和最佳化工具。

結題摘要

本項研究，按計畫完成了預訂研究目標。研製了整體方位跟蹤塔式系統原型裝置。發展了通用定日鏡－接收器塔式系統光學效率理論和準確快速計算方法，建立了太陽能塔式系統光學分析理論，建立能夠分析通用設計方案的塔式太陽能系統性能的計算方法和程式，計算誤差不超過0.5%。完成發展整體方位跟蹤塔式系統設計最佳化方法，獲得最佳化設計方案、及其年收集能量與平均效率，計算得到的最佳化平均效率比傳統塔式系統提高20%左右，是預訂目標的2倍。在基礎理論方面取得多項重要進展，發展了4種精確而快速的光學效率計算理論和方法。發展的定日鏡能流密度函式，準確性高於現有的標準方法，而計算所需時間是標準方法光學追蹤方法的萬分之一，從而使得數值方法最佳化塔式系統性能的精度大幅度提高，能夠幫助塔式系統發展更好的性能。本項研究對各種太陽光強分布模型的評估表明，使用準確的太陽光強分布模型，是最佳化聚光太陽能光學性能的關鍵工作之一，可以較大幅度提高最佳化系統性能。依據本項研究成果，提出了太陽能聚光熱發電工業化路線，以本項目提出的工業化整體方位跟蹤塔式系統裝置為基礎，採用大量聚光設備集熱，集中發電，單個發電機容量達到100萬千瓦以上時，發電上網電價可降低到0.25元/千瓦時，比現有主要發電方式成本低三分之一以上。 套用本項研究建立的聚光光學理論和知識，總結當前塔式系統光學設計和製造方面七大問題，指出塔式系統聚光裝置研製方面發展方向，對改進普通塔式系統性能有較大的指導意義。總共發表12篇文章，其中SCI一區文章6篇，EI收錄10篇，會議文章6篇。專利申請一項，正在進行中。培養了三名碩士。