申请/专利权人：浙江大学

申请日：2020-06-19

公开（公告）日：2024-03-19

公开（公告）号：CN111767646B

主分类号：G06F30/20

分类号：G06F30/20;G06N3/006;G06F119/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.19#授权;2020.10.30#实质审查的生效;2020.10.13#公开

摘要：本发明公开了一种塔式太阳能热发电站接收器优化设计方法。该方法首先建立接收器换热过程的热损失模型，并结合镜场聚光模型以及发电模块非额定工况的效率拟合公式，计算得到电站的发电效率和全年发电量。将接收器的孔腔大小，换热面板大小等关键参数作为决策变量，提出了最小化平准化接收器度电成本的优化命题，采用结合了智能蒙特卡洛采样的自适应粒子群算法快速求解。本发明方法能够寻优获得最优的接收器参数，有效地减少塔式太阳能热发电站接收器的建造成本，使用本发明中的优化问题求解方法能够快速准确地求解，便于电站设计时的快速计算。

主权项：1.一种塔式太阳能热发电站接收器优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：1在给定的定日镜场参数下，基于光线追踪法，建立计算不同时刻镜场反射能量在接收器平面上分布的模型；所述步骤1具体为：通过在镜面上随机撒点，并将太阳光作为太阳光锥处理，利用蒙特卡洛方法模拟太阳光锥中的能量分布，在太阳光锥中随机选取足够数量的光线，通过太阳圆盘分布来计算每根光线的能量，并跟踪计算每根光线在反射汇聚过程中的能量损失，从而得到接收器平面上的能量分布；2计算任意接收器参数下的定日镜场反射能量的溢出损失以及接收器的换热损失，并计算得到传递给传热介质的能量；所述步骤2首先通过步骤1中获得的接收器平面上能量分布，在特定的接收器大小参数下，通过计算落在接收器区域内的有效能量，获得定日镜场反射能量的溢出损失；基于接收器区域内的有效能量，采用联立方程法，计算接收器的换热损失，具体为：建立接收器换热过程的能量平衡方程如下Qdelivered＝mfho-hi1Qdelivered表示传递给传热介质的能量，mf是传热介质的质量流量，hi和ho分别是接收器入口和出口传热介质的焓值；建立基本换热方程如下： Ai＝πdiL4 其中，Qdelivered表示传递给传热介质的能量，Two是接收器换热管外壁温度，Twi是接收器换热管内壁温度，Tf是传热介质平均温度，do,di,dm分别为接收器管道外径、内径和平均直径，Am是接收器管壁平均导热面积，Ai是接收器管内壁导热面积，L是换热管的特征长度，Ti和To是传热介质的入口和出口温度，λ是换热管导热系数，α是传热介质在接收器管道内对流传热的换热系数，使用因次分析法计算得到；建立接收器发生的热量交换过程的热损失模型如下：Qconcentrated＝Qloss,ref+Qloss,conv+Qloss,rad+Qloss,cond+Qdelivered6Qloss,ref＝ρpanelQconcentraedFr7 Qloss.conv＝hairTrec-TairAape11hair＝hair,nc+hair,fc12 hair,nc＝0.81Two-Tair0.42614 其中，Qconcentrated表示定日镜场汇聚的能量，Qloss,ref、Qloss,conv、Qloss,rad和Qloss,cond分别表示反射能量损失、对流能量损失、辐射能量损失和传导能量损失，Qdelivered表示传递给传热介质的能量；ρpanel表示接收器面板的反射率，Fr为可视因子，Arec和Aape分别为接收器换热面板和接收器孔腔的面积；εw是接收器管壁的辐射系数，εavg是平均辐射系数，σ＝5.67×10-8Wm2·K4为玻尔兹曼常数，Trec是接收器表面温度，Tair是环境空气温度；hair为空气的对流传热系数，分为自然对流传热系数hair,nc和强制对流传热系数hair,fc，Nuair,fc、Reair、Prair分别是空气强制对流传热的努塞尔准数、雷诺准数和普兰特准数；Tinsu,δinsu,λinsu分别为隔热层的表面温度，厚度和传热系数,其中hair,insu为空气与隔热层的传热系数，通过空气对流传热的努赛尔准数Nuair来计算；联立方程1-21求解得到当定日镜汇聚能量确定时的最终传递给传热介质的热量；上述联立方程通过迭代法求解，通过设定传递给传热介质的能量初始值，计算接收器表面温度，从而计算各项热损失，从而迭代计算到传递给传热介质的能量，直至收敛；3根据传递给传热介质的能量，计算发电模块的效率，从而计算任意时刻的发电量和全年总发电量；4以接收器准度电发电成本最低为目标，建立接收器参数设计的优化问题；5采用结合了智能蒙特卡洛采样方法的自适应粒子群算法快速求解步骤4中的优化问题，得到接收器的最优设计参数。

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权利要求：

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