塔式太阳能定日镜控制系统综述

概述塔式太阳能发电系统中定日镜硬件设计及控制方式研究现状。通过对镜场控制系统分析,论述定日镜场控制方案优缺点,指出现有定日镜控制中,最大难点在于通过何种方式使定日镜实现对太阳实时、有效跟踪,诸如镜场中定日镜以何种方式排列、不同天气情况下如何控制定日镜等;提出以可编程控制器(Programm able Logic Controller,PLC)为主体的定日镜控制整体思路,并对未来塔式太阳能定日镜控制系统研究发展做出展望。     

定日镜群风荷载干扰效应的数值模拟

定日镜通常以群的形式出现,在气流流过时,各个单体之间会出现干扰效应,影响到它们的风压分布以及流场特性。为了研究这种干扰效应,建立数值风洞模型,编制相应的UDF程序,模拟B类地貌下大气边界层风场入口条件,选用标准k-ε模型模拟计算不利工况、常用工况、停放工况下的两定日镜前后径向布置的干扰效应和四定日镜辐射状布置的干扰效应,计算风力干扰因子,给出其流场分布图,分析不同工况、不同距离、不同布置形式等因素对定日镜表面风压的影响。计算中通过选用混合网格强制内部非结构化网格向外部结构化网格过渡,使用Gambit软件中的Size Function功能,在确保网格精度的同时大大减小了计算量。研究结果表明:在径向布置定日镜中,后方定日镜处于前方定日镜的尾流区,其表面风压减小较为明显,仰角为0°时对距离影响最为敏感;辐射状布置的定日镜受到斜侧前方定日镜干扰,表面风压呈现增长趋势。     

塔式光热电镜场布置方案的研究

主要是通过MATLAB进行仿真研究,来为塔式光热电站镜场的布置提供一个参考方案。塔式光热电镜场的布置主要受到以下几种因素的影响:余弦损失、大气衰减损失、中心点距离效率、遮挡损失、地理纬度等。将余弦效率、大气衰减损失、中心点距离效率的乘积定义为镜场光学利用效率,用做镜场布置的参考。研究主要考虑纬度对镜场布置的影响,通过绘制纬度为15°、30°和40°的塔式光热电站镜场,从而对不同纬度下镜场布置做出分析。理论分析的结果表明:纬度越低,镜场达到相同功率输出时所需要的定日镜数量越少;反之纬度越高,镜场达到相同功率输出所需要的定日镜数量越多。     

基于超级计算的大规模定日镜场风环境模拟

定日镜群是塔式太阳热能发电站的主要设备,同时也是发电站的主要投资部分,其造价约占整个发电站总造价的一半以上。自从塔式太阳能发电站出现,定日镜的抗风问题就是设计中的难题,虽然可以采用风洞试验方法研究有限数量的定日镜的风效应,但对于数以百计的定日镜群风效应采用其风洞试验方法和一般的数值模拟方法也无能为力。为了研究这种大规模定日镜群的风环境,利用Fluent15.0软件为平台,以国家级超级计算中心为依托,应用超级计算技术,建立了定日镜群的数值模拟模型,采用实用的非结构化网格划分方法,根据实际情况设置了定日镜群所处边界层的入口、出口和壁面等条件,采用标准k-ε模型模拟了定日镜群在仰角为30°时的工作情况,计算了大气边界层中定日镜群在典型来流风向条件下的风速分布和风压分布。计算结果表明,改变流场方向对定日镜群的风速和风压的分布影响较明显。     

塔式系统圆形镜场中余弦效率分布的研究

定日镜在接受和反射太阳辐射能至吸热器的过程中,存在着诸多损失。不正当的聚光镜场布置方案将引起过量的损失,其余弦损失所占的比例最大。因而有必要对定日镜处于不同坐标位置的余弦效率进行研究。首先建立了塔式太阳能热发电中余弦效率的数学模型。其次通过对阴影和阻挡损失——聚光场密度的折衷考虑,选择规则且灵活的放射状交错排列方式,得到圆形聚光镜场。最后在圆形镜场中对夏至日不同时间的余弦效率进行仿真,并从仿真结果中得到一些结论。基于这些结论,可重新定义定日镜的布置方案和检修策略,以便于获得更多的太阳辐射能,降低其成本。     

风场作用下的定日镜轻量化设计

针对传统优化方法在定日镜轻量化设计中表现出的灵敏度依赖性和计算低效性等缺陷,提出将响应面模型与序列二次规划算法相结合的方法。该方法在保证定日镜强度、刚度和动态性能等要求的基础上,对风场作用下产生非线性响应的定日镜结构进行轻量化设计。通过数值风洞试验和Davenport谱得到作用在定日镜上的静态风荷载和脉动风频率,利用拉丁超立方试验设计得到的空间样本点进行数值仿真,建立各响应值关于15个设计变量的二阶响应面模型,并采用序列二次规划算法进行定日镜轻量化设计。研究结果表明:在保证定日镜满足许用挠度、应力和一阶固有频率的前提下,定日镜总质量减少了198 kg,减重率达12.31%,轻量化效果显著。同时该方法快速、高效、可靠,具有较强的工程实用性。     

新型定日镜精密跟踪机构的传动精度研究

针对塔式太阳能发电系统中定日镜跟踪精度低、累积误差大等缺点,研制了一种含可调侧隙变厚齿轮传动副和双蜗轮精密传动装置两项发明专利的新型定日镜精密跟踪机构。采用几何学方法建立了该跟踪机构系统传动误差的耦合模型,运用蒙特卡罗法计算出高度角跟踪机构在随机采样和极限偏差下的传动精度范围,对比不同单次采样计算结果,发现误差值的随机性和误差初始相位间的耦合关系不同时系统传动误差有明显差异。利用高精度角度测量仪对样机系统传动误差进行测试,测试结果表明,系统传动误差处于模拟计算结果的有效区间内,可控制在100″内,因此能够满足定日镜跟踪机构传动系统传动精度在0.5m/rad内的要求。     

基于均匀设计与线性回归的定日镜结构优化设计

为节约材料,对定日镜结构进行了杆件优化设计研究.以定日镜平面和空间桁架的杆件尺寸为设计参数,以位移及应力为约束,采用均匀设计法对某定日镜进行风荷载作用下的近似优化,得到目标(位移、应力及用钢量)与参数之间的近似函数关系,并详细给出了不同条件下优化后推荐使用的杆件规格.结果表明:优化后的用钢量比现有结构节省13.8%.整个优化过程简单易行,优化结果可靠.     

下击暴流强风冲击作用下定日镜风压时变特征

为研究下击暴流强风冲击作用下定日镜表面风压变化特征,基于计算流体动力学的方法对下击暴流瞬态风场中不同工作姿态的定日镜表面风压进行数值模拟.结果 表明,受到下击暴流形成扩散过程引起的近地面风场变化影响,在下击暴流的冲击作用下定日镜迎风面和背风面风压都表现为先增大后减小的时变特征,背风面比迎风面提前达到压力峰值,且迎风面和背风面瞬时峰值压力均明显大于稳态风场中的相应峰值压力.同一时刻下,定日镜迎风面正压峰值中心随着俯仰角的增大逐渐向上移至镜面中心,风压系数峰值可达1.4,背风面负压峰值中心随俯仰角增大逐渐向两侧水平偏移,风压系数峰值由1.8减小到1.0.在小俯仰角工作姿态下定日镜背风面会遭受更大的负压作用,说明现行的定日镜抗风设计中采用的小俯仰角避险姿态并不完全适用于下击暴流强风作用的状况.     

关于光热电站定日镜单镜校准研究和分析

在环保要求越来越重要的今天,太阳能光热电站在清洁能源利用中的地位越来越重要,太阳能的合理与充分利用有利于提高光热电站效率。太阳能光热发电技术是指利用聚光器收集太阳能,通过接收器转换成热能,加热工质,驱动热动力装置进行发电的技术;定日镜是塔式太阳能光热电站太阳光热能重要组成部分。该文重点介绍定日镜部件组成、坐标系确定以及校准工作,用于后续项目定日镜调试借鉴参考。     

斜煤井天然采光初步研究

我们在一条700米长斜煤井上进行了天然采光试验研究工作.选矿井为试验基地,主要是把它作为窄长型地下建筑空间的代表,取得初步经验再推广到同类型的建筑空间中使用.主要采光手段是工程定日镜,研制成一台2.4米有效口径大型工程定日镜.另外还设计出几种型号的工程定日镜,并作了工艺试验,它们适宜批量生产供各类地下建筑天然采光使用.对矿井巷道内照明结果和理论估算值作了对照.还存在着光场、流场、温度场、介质消光和光谱分布变化方面一些问题,本文一一作了分析,简介了采取的部分措施.     

常规风和下击暴流作用下定日镜风压特性比较

利用计算流体动力学方法对常规风和下击暴流作用下定日镜的表面风压进行数值模拟和对比分析.研究结果表明:在常规风和下击暴流作用下,定日镜在各工作仰角下的迎风面均以正压为主,在镜面上边缘存在极小范围的负压区域,背风面负压整体呈现上部小、下部大对称分布的特点.随着工作仰角的增大,在常规风和下击暴流作用下,定日镜迎风面压力峰值中心均由底部逐渐上移,峰值压力逐渐增大,当处于大工作仰角时,迎风面高压区在常规风风场中位于上部,而下击暴流风场中位于中部且高压区分布范围比常规风更大.定日镜背风面负压峰值随工作仰角增大在常规风风场中逐渐减小,而在下击暴流风场中背风面压力基本不变,当处于小工作仰角时,在常规风风场中定日镜背风面谷值压力位于上部,分布梯度明显,在下击暴流风场中背风面压力分布较均匀.     

塔式太阳能热发电站建设成本分析

首先简单介绍塔式太阳能热发电站在国内外的应用，随后对塔式太阳能热发电站建设成本影响较大的定日镜、蓄热系统和塔顶接收器进行分析，最后，根据已有的研究成果模拟两个小型太阳能热发电站建设资金在各子系统中的分布，并提出定日镜是建造塔式太阳能热发电主要成本。     

大型阵列式太阳能热发电定日镜跟踪系统设计

为了有效提高太阳能塔式发电系统的发电效率,采用视日运行轨迹跟踪和光电跟踪相结合的方案,设计了双轴定日镜跟踪装置。首先介绍了时角和赤纬角以及太阳高度角和方位角的计算公式,进而推导出了定日镜的高位角和方位角计算方程,并以此为依据设计了一种基于太阳位置算法的双轴跟踪控制系统。理论分析与实验结果表明,该装置能够准确跟踪太阳,并且能有效提高太阳能的利用率。     

太阳能定日镜结构风载体型系数风洞试验研究

对定日镜模型进行了风洞试验研究,分析得到镜面板风压系数随风向角的变化规律;绘出了不利工况下的平均风压系数等值线图,清楚地显示出镜面板不利风载下的风压分布特征;进一步分析得到镜面板24个单体板块的平均净风压系数极值及分布,将分析得到的风载体型系数结果与建筑规范和相关文献所提供的结果进行对比.对比结果表明,所得结果可为定日镜结构的抗风设计提供参考依据.     

一种新的Mems变形反射镜主要性能参数测试

通过对37单元Mems变形镜面形的测量得到了变形镜的电压-位移静态曲线。通过对自适应光学微变形反射镜理论研究推导和实验测试,导出了变形反射镜光学影响函数的矩阵并由此得到电压控制矩阵,从而利用控制电压校正了变形镜的初始面形,为系统波前畸变校正提供了与理论相一致的实验依据。对变形镜校正能力进行了测评,为今后全面优化设计微变形反射镜及其更完美的适应自适应光学系统的需要提供了实验数据与理论支持。     

某SUV后视镜镜臂气动噪声试验

汽车在高速行驶(速度超过100 km/h)时,气动噪声对车内噪声环境影响起主导作用.因此,对车外噪声源的控制显得尤为重要.采用试验的方法,研究了后视镜的镜臂不同长度参数对车内噪声环境影响的变化规律,推导出后视镜镜臂参数与车内声能量、语言清晰度呈对数变化规律,且响度呈现出非线性变化规律,得到了后视镜镜臂长度参数控制在40...     

基于ABAQUS软件的桩水平承载特性研究及“m”法应用

光热发电项目主要组成部分之一为定日镜,对精度与稳定性要求极其严格,因此作为定日镜基础的钻孔钢筋混凝土灌注桩对桩顶水平位移与桩顶水平转角要求十分严格。结合实际工程,使用自行设计的加载装置通过慢速维持荷载法进行原位试验选取出合理的桩型。用ABAQUS有限元软件分析在砂类土地区桩长对桩水平承载特性的影响。并运用"m"法结合实测值进行计算得出适合该地区的地基水平抗力系数的比例系数的取值范围在50～60(MN/m4)之间,为以后在该地区桩基础的设计提供参考。     

扫描镜电机的神经网络PID控制器

基于神经网络原理,探讨了扫描镜电机的神经网络PID控制方法,由经典的增量式数字PID控制算式,推导出隐含层的加权系数的计算公式．在理论上研究了扫描镜电机的神经网络控制器,给出了其稳定的条件,并通过计算机仿真结果证明了它的可行性．     

大口径空间望远镜变形镜校正能力分析

为满足大口径长焦距空间望远镜在轨像差校正的要求,提出采用出瞳变形镜技术方案。首先分析了在轨误差源以及主动校正像差的必要性,建立了变形镜高斯影响函数模型,给出变形镜控制矩阵和控制电压解算方法;在此基础上,通过对波前畸变模拟校正误差分析,确定方法的有效性。通过有限元对主镜在轨工况条件分析,得到离散点坐标值及相应的位移值,处理数据用于出瞳变形镜校正,完成在轨主动光学校正全链路仿真。