論塔式太陽能光熱配套電站系統仿真

王李波 黃圓明

摘要：塔式太陽能光熱配套電站的建設，是利用太陽能發電解決常規電廠能源利用、環境保護、節能減排的課題。系統仿真研究的方法，為電廠節能開辟思路，本文對塔式太陽能光熱配套電站系統采用仿真模型論證的方法進行分析，期望能夠對鏡場運行規律、塔式太陽能結構、工質流動等特性的闡述，能夠為預測系統變化特性，準確反應太陽能光熱系統動態運行規律具有參考價值。

關鍵詞：太陽能發電;光熱配套;電站系統

太陽能光熱配套電站，不需安裝純太陽能儲熱系統，因此降低了投資，減少了風險，使用太陽能節約了燃煤等的消耗使用，為電站節能減排提供支持。

1. 太陽能光熱配套電站系統概述

塔式太陽能熱發電系統主要由前后端發電子系統組成，前端聚光集熱子系統驅動汽輪機發電，后端發電子系統進行傳熱介質的傳送，塔式太陽能熱發電系統是一種常見的大規模光熱發電系統，通過多個跟蹤太陽的定日鏡，根據發電原理驅動汽輪機發電，，由定日鏡場和接收器組成的聚光集熱子系統將太陽光反射匯聚，實現了太陽能到熱能的轉化，接收器基于太陽能的發電形式，產生高溫蒸汽，通過加熱接收管道中的傳熱介質生產具有無污染的能源，技術的優點在于擁有可持續發展的前景^[1]。

2、太陽能光熱配套電站系統仿真實驗

以某350MW機組配套太陽能光熱電站系統為例，建立塔式太陽能光熱系統數學模型，基于仿真平臺，構建包括系統的啟動、運行、停運在內的塔式太陽能光熱配套系統仿真模型。

2.1建模和仿真試驗

建立聚光集熱子系統模型，包括集熱子系統接受啟蒙模型和聚聯合鏡場模型?；诿商乜骞饫w追蹤發，將接收器表面的流密度加以接收，根據柱狀傳熱機理獲取出口溫度數值。得到接收器的集熱模型，通過圖形處理單元優化加速模型結算，獲得仿真結果，驗證實際系統運行情況，對比模型的正確性^[2]。

2.2優化求解

滿足表面能量分布均勻約束的前提下，利用序列二次規劃算法（SQP）進行求解在光熱能量模型的基礎上，為了保證系統在接收器不產生過熱損壞的情況，采用約束優化方法，通過基于模型的無梯度信息優化算法調節聚焦點分布，優化得到的聚焦點位置使得接收器擁有高發電效率，接近系統能夠正常運行的最高溫度，SQP算法求解過程中建立聚光集熱子系統優化模型能夠驗證接收器表面能量均勻分布的程度，使接收器出口熔鹽溫度達到最優。解決求解時間長和收斂困難等問題，運用復合形法和MBDFO（Model-Based Derivative-Free Optimization優化求解。

2.3建立鏡場數學模型，對太陽在天空位置改變使用時角表示，對太陽能直射強度采用輻射值表示，建立定日鏡模型，通過光電傳感器判斷太陽光投射到吸熱器的情況，使得定日鏡法線與太陽光線保持平行。選擇跟蹤控制高度角方位角雙周跟蹤的方法，得到跟蹤精度值。

3、塔式太陽能光熱配套系統運行模擬試驗結果分析

3.1春分日系統的運行特征為例，從上午7點到下午17點，太陽能鍋爐啟動后，根據太陽能輻射熱量的變化，產生的蒸汽達到負荷條件穩定，繪制滿負荷、降低符合后的曲線圖，發現滿負荷條件下，機組的運行最為穩定，此時太陽能系統對主機的影響最大的是主蒸汽流量和燃煤兩，發揮太陽能系統的作用，減少主蒸汽流量效果較強。在降負荷的過程中，機組的符合、主蒸汽流量變化趨勢基本相同，隨著機組的負荷變化，蒸汽流量等發生了變化，降負荷的幅度較大，機組運行穩定性不高^[3]。

3.2根據太陽能輻射熱量的變化，太陽能系統測發揮的作用最大可節約燃煤10噸每小時，對于主機側的經濟性能有明顯的改善，隨著機組的負荷拜年話，機組的運行不穩定會帶來較大的參數波動，升降負荷的程度不同，選取不同的負荷率用于復核，得到目標值，設定機組的穩定調節時間。不同季節下太陽能的光照時間有所不同，因此太陽能鍋爐側的運行情況相應地會發生改變，對太陽能光熱配套電站系統的運行情況進行仿真，討論不同負荷條件下的太陽能光熱配套系統運行調整方案^[4]。

1. 結論

獨立太陽能熱發電系統提高機組的調峰能力，替代燃煤機組的燃料，提高機組運行參數，達到節能減排的目的。根據塔式太陽能系統的結構特征，從機組高加出口引入總給水量，經過加熱產生的蒸汽與電站鍋爐蒸汽混合，產生做功，在太陽輻射強度變化的影響下，進行太陽能系統的集熱效率和換熱效率的提升，緩解電網調峰壓力。

參考文獻：

[1]汪琦，張慧芬，俞紅嘯，等.太陽能光熱發電中導熱油循環系統的設計開發[J].上海節能，2020，（3）：224-230.

[2]白炳林，楊曉宏，田瑞，等.太陽能光熱-光電中空纖維真空膜蒸餾系統理論與實驗研究[J].化工學報，2019，70（9）：3517-3526.

[3]魏煒，賈皓越，穆云飛，等.光電-光熱區域綜合能源系統太陽能消納能力評估模型[J].電力系統自動化，2019，43（20）：16-23，38.

[4]魏貞凱.太陽能光熱發電儲熱系統建模與控制策略研究[J].城鎮建設，2019，（8）：260，294.