槽式太陽能鏡場系統集熱量計算研究

鐘福春++滕飛++崔賢基++孫志強

摘 要：槽式太陽能系統中，鏡場系統是電站運行最主要的熱量來源，鏡場系統利用回路中的集熱器追蹤太陽運行，將太陽輻射積聚于集熱管上，加熱集熱管內流通的導熱油，以完成集熱目的。影響鏡場系統集熱效率的主要因素包括當地輻射條件、集熱管和反射鏡性能等，通過集熱量的計算滿足了電站的發電要求，保證了系統配置。

關鍵詞：鏡場系統 集熱效率 發電要求 系統配置

中圖分類號：TK513 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（b）-0081-02

在槽式太陽能熱電站中，鏡場系統取代了傳統常規火電站鍋爐燃燒化石燃料獲得熱量的功能，是電站主要熱量的收集站。鏡場系統通過集熱器追蹤太陽，將利用反射鏡將太陽輻射聚集于反射鏡焦點上的集熱管，從而加熱在集熱管內流動的導熱油，完成集熱功能。加熱后的導熱油再輸送到蒸汽發生系統和儲熱系統完成發電相關功能。

1 鏡場系統集熱量計算的初步分析

鏡場系統的集熱效率對整個槽式太陽能熱電站的發電效率有著至關重要的影響。反射鏡及集熱管的光學性能是影響鏡場系統集熱效率的關鍵因素。

2 計算依據

2.1 鏡場傳遞熱量Q鏡場傳遞計算

鏡場的單位面積導熱油能夠帶走的熱量計算如下：

Q鏡場傳遞=Q鏡場吸收-HL平均-PL

其中：Q鏡場傳遞為鏡場傳遞給導熱油的熱量，W/m2；Q鏡場吸收為鏡場吸收的熱量，W/m2；HL平均為集熱管的平均熱損失，W/m2；PL為其他管路的熱損失。

2.1.1 太陽熱量Q鏡場傳遞

鏡場吸收的太陽熱量Q鏡場傳遞計算如下：

其中：η集熱管為集熱管效率；η反射鏡為反射鏡效率；Ib為太陽輻射，W/m2。

槽式集熱管的效率η集熱管基于下等式進行計算：

η集熱管=0.79·t·a-0.37·e-0.015

其中：a為集熱管吸收率；t為集熱管透射率；e為太陽能散射率。

反射鏡的效率計算如下：

η反射鏡=r·f

其中：r為反射鏡的反射率；f為反射鏡的聚焦精度。

2.1.2 集熱管的熱損失

集熱管的熱損失計算如下：

其中：THTF為導熱油溫度，℃；Tamb為環境溫度，℃；為集熱管接收到的輻射，W/m2；Vm為外界風速，m/s；T0為鏡場入口溫度，℃；Ti為鏡場出口溫度，℃；A1，A2，A3，A4，A5，A6為計算系數，如表1所示。

2.2 集熱回路n計算

由

得：

其中：n為回路數；A為每個回路的集熱有效面積，m2；△t=T0-Ti為集熱管進出口溫差，℃；CP，平均為導熱油換熱的平均比熱容；M鏡場為鏡場的質量流量，kg/s。

回路集熱有效面積A計算如下：

其中：L集熱管為每個集熱管的長度；n集熱管為每個回路的集熱管數量。

3 槽式太陽能鏡場系統集熱量的應用

以某50 MW槽式太陽能光熱電站項目為例，進行鏡場系統集熱量的計算。該項目所在地地區的DNI為1 812 kWh/m2，根據當地太陽輻射分布，將850 W/m2作為工作設計點。

鏡場內選用的部件集熱管和反射鏡均為國產，其參數如表2，表3所示。

基于以上數據計算，在滿足電站4 h儲熱時間的前提下，保證系統經濟性的同時，該項目將配置156個回路，每個回路的集熱量為2.23 MW，總的收集熱量為347.88 MW。

4 結語

熱量匹配對于槽式太陽能熱電站來說是非常重要的。而鏡場系統是電站熱量的主要來源，有效地計算出每個回路的集熱量，能夠有效地依據電站的發電需求，進行鏡場系統的配置，以及合理地布置，保證了槽式太陽能電站能夠滿足發電需求，同時為電站經濟性分析提供了可靠的依據。

參考文獻

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