24 吸热器表面能流密度计算书.docx
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24吸热器表面能流密度计算书
中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司
哈密塔式熔盐5万千瓦光热发电项目
附件2.4吸热器表面能流密度计算书
XX电力建设公司
2017年02月
一.项目概况
1.1基本概况
中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司哈密熔盐塔式5万千瓦光热发电项目工程规划容量1×50MW,本期建设规模1×50MW。
本项目采用塔式熔盐太阳能热发电技术,包含一套聚光集热系统。
1.2厂址概况
站址位于哈密地区伊吾县淖毛湖镇境内,北距淖毛湖镇约10km,西距伊淖公路约2.5km。
站址地形较为平坦,地面由西南向东北倾斜,场地自然标高在643~725m之间,自然坡度约为2%。
目前站址土地类型属于伊吾县淖毛湖工业园区光热园区建设用地,地貌为戈壁荒滩。
厂址南部山区的洪水在出山口后,沿伊吾河向伊吾-淖毛湖公路西侧戈壁泄洪,公路高出自然地面约80cm,洪水不会漫上公路危及站址区域,因此厂址不受50年一遇洪水影响。
1.3气象特征
根据淖毛湖气象站多年统计资料,求得累年基本气象要素年见下表1.3-1。
表1.3-1淖毛湖气象站基本气象要素年值统计表
项目
单位
淖毛湖
气象站
发生日期
平均气压
hPa
961.6
平均气温
℃
10.5
最热月平均气温
℃
28.9
7月
最冷月平均气温
℃
-11.6
1月
极端最高气温
℃
45.1
2004.7.18
极端最低气温
℃
-33.9
1984.12.25
最大日较差
℃
28.0
1960.8.28
平均水汽压
hPa
4.5
最大水汽压
hPa
26.7
1964.7.28
最小水汽压
hPa
0.0
平均相对湿度
%
33
最小相对湿度
%
0
年平均降水量
mm
18.7
最大一日降水量
mm
22.8
1995.8.15
年平均蒸发量
mm
4287.2
平均风速
m/s
4.3
最大风速及风向
m/s
28/NW(定时2min)
1971.5.29
最大积雪深度
cm
12
2次
最大冻土深度
cm
133
1967.2.4、6
最多冻融循环次数
times
52
平均大风日数
d
90.0
最多大风日数
d
134
1969年
平均雷暴日数
d
4.6
最多雷暴日数
d
10
1968、1971、1978年
平均冰雹日数
d
0
最多冰雹日数
d
1
2003年
平均沙尘暴日数
d
17.3
最多沙尘暴日数
d
54
1974年
表1.3-2哈密地区风频率累积统计结果(10m高度10min风速平均值)
低
高
频率(%)
累积频率
m/s
m/s
%
%
0
1
3.09
3.09
1
2
7.61
10.70
2
3
11.56
22.26
3
4
13.96
36.22
4
5
15.51
51.72
5
6
15.16
66.89
6
7
9.49
76.37
7
8
5.25
81.62
8
9
3.54
85.16
9
10
2.75
87.91
10
11
2.10
90.01
11
12
1.94
91.95
12
13
1.60
93.55
13
14
1.49
95.05
14
15
1.29
96.34
15
16
1.04
97.37
16
17
0.89
98.27
17
18
0.62
98.89
18
19
0.49
99.38
19
20
0.27
99.65
20
21
0.16
99.81
21
22
0.11
99.91
22
23
0.06
99.97
23
24
0.02
100.00
24
25
0.01
100.00
1.4资源状况
根据典型年气象数据分析,本项目所在地的年均法向直接辐射量为2015kWh/m2。
1.5总体设计说明
1)采用2.17平方米的小定日镜,宽度为2.03米,高度为1.07米。
本项目总计定日镜数量为331,228面,镜场总采光面积为719460.3388平方米;
2)吸热塔高度(吸热器光学集合中心距离地面高度)为200米;
3)设计点采用夏至日真太阳时正午12小时,此时的DNI值按900W/m2;
4)汽轮发电机组容量为50MW;
5)汽轮发电机组额定工况下热电效率为43%;
6)对应的环境温度为19℃;
7)空冷凝汽器背压为8.5kPa;
8)储换热系统在工作阶段散热损失相关效率为99%,停运阶段效率为98%;
9)综合效率当按不同运行模式持续时间综合求取;
10)储热容量为上述汽轮机出力及效率对应满发12小时,即1430MWh;
11)聚光集热系统能够满足电站年发电不低于1.983亿度,相当于折合等效发电利用小时数3967h;
12)汽轮发电机的运行模式不受电网调度限制;
13)在不考虑聚光集热系统年可靠率的前提下,并考虑其他投标方范围之外的系统年可靠率为0.97的前提下计算得到的数据。
二.设计点及设计原则
1
2
2.1设计点
1)夏至日真太阳时正午12时,此时的DNI值按900W/m2;
2)能见度按照30km考虑;
3)反射率按照93.5%考虑;
4)镜场清洁度按照97%考虑;
5)吸热面板的吸热率按95%考虑;
6)光学效率采用典型年对应的夏至日正太阳时正午12时对应的光学效率。
2.2设计原则
1)优化镜场布置以获得最大全年输出能量;
2)在设计镜场布置时考虑吸热器上的能流分布,避免吸热器的部分区域过热;
3)满足相关的储热容量要求和发电量要求;
4)在要求的功率下同时优化镜场布置和吸热器尺寸;
5)在设计镜场和吸热器时遵守最大能流均匀性和最小吸热面积的原则。
三.计算方法概要
3
3.1目标点选择方法
目标点选择方法原则:
(1)
其中公式
(1)中,
π1为吸热器的中心线剖面;
π2为包含吸热器面和计算的定日镜的平面;
π3为包含定日镜和吸热塔的平面;
θ为控制溢出损失的角度;
f为控制溢出损失角度的方程。
同时,需要优化目标点的位置,考虑目标点到待命点的运动路径和“散焦时间”。
图3.1-1目标点选择示意图
3.2能流密度计算
依据蒙特卡洛光迹跟踪法,通过计算出追迹光线和区域的交点数量,计算太阳入射能流密度计算公式如下:
(2)
其中公式
(2)中,
为区域表面积;
为没根光线所带的能量大小。
图3.2-1定日镜在吸热器表面的成像(理论)
四.设计输入
1)采用2.17平方米的小定日镜,宽度为2.03米,高度为1.07米。
本项目总计定日镜数量为331,228面,镜场总采光面积为719460.3388平方米;
2)TMY典型年气象数据;
3)镜场跟踪精度≤1.5mrad,光束质量误差≤1.3mrad,总误差≤3.8mrad;
4)夏至日真太阳时正午12时,此时的DNI值按900W/m2;
5)能见度按照30km考虑;
6)反射率按照93.5%考虑;
7)镜场清洁度按照97%考虑;
8)光学效率采用典型年对应的夏至日正太阳时正午12时对应的光学效率;
9)吸热器塔高200米;
10)吸热面板的吸热率为94%;
11)吸热器吸热板数量为16块,外置圆形型式,熔盐介质。
五.能流密度优化及计算
4
5
5.1优化与计算
能流密度计算优化因子包括:
1)最大能流均匀性和最小吸热面积;
2)吸热器尺寸;
3)吸热器的热损;
4)镜场的溢出效率;
5)峰值能流密度;
6)平均能流密度;
7)目标点以及运动路径;
8)镜场在吸热器上的能流控制精度;
9)吸热器的宽度以及运输、安装造价;
10)吸热器的高度以及对应的热损;
11)吸热器尺寸与熔盐流程对应的造价;
12)其他必要的优化项目。
5.2计算结果
吸热器的总吸收能量为437.2MW;
吸热器的额定功率为385MW;
表5.2-1吸热器基本计算表
面板
1
2
3
4
5
6
7
8
高度(m)
17.0
17.0
17.0
17.0
17.0
17.0
17.0
17.0
宽度(m)
3.0
3.0
3.0
3.0
3.0
3.0
3.0
3.0
表面积(m2)
51.0
51.0
51.0
51.0
51.0
51.0
51.0
51.0
最大能流密度(kW/m²)
922
978
1029
1056
1055
1023
989
910
平均能流密度
(kW/m²)
567
609
644
661
659
644
610
563
能量(MW)
28.9
31.1
32.8
33.7
33.6
32.8
31.1
28.7
面板
9
10
11
12
13
14
15
16
高度(m)
17.0
17.0
17.0
17.0
17.0
17.0
17.0
17.0
宽度(m)
3.0
3.0
3.0
3.0
3.0
3.0
3.0
3.0
表面积(m2)
51.0
51.0
51.0
51.0
51.0
51.0
51.0
51.0
最大能流密度(kW/m²)
839
769
703
661
665
712
759
845
平均能流密度
(kW/m²)
516
466
424
401
402
425
465
515
能量(MW)
26.3
23.8
21.6
20.5
20.5
21.7
23.7
26.3
图5.3-1吸热器能流密度图及能量值
(1-4号面板)
(5-8号面板)
(9-12号面板)
(13-16号面板)
图5.3-2吸热面板能流密度图(W N E S W方向编号,0.2m分辨率)
六.模型不确定分析
图6-1能流密度监测与eSolar能流密度分析的误差对比图
图6-2吸热器能量监测与分析的误差对比图
图6-1和图6-2为能流密度分析软件计算的不确定性分析,由此看出模型的计算精度的较高准确性,平均误差范围在0.3%之内。
七.总结
本计算书主要提供了能流密度概要的计算方法,吸热器的总吸收能量为437.2MW;吸热器的额定功率为385MW。
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