一种槽式集热器的集热管配置方法及装置

技术领域

本发明涉及太阳能热发电技术领域，具体涉及一种槽式集热器的集热管配置方法及装置。

背景技术

正常运行的集热器通过时刻跟踪太阳，利用抛物面反射镜将太阳直射光照反射到集热管上，集热管拦截照射到其上的太阳辐照实现集热。

目前槽式集热器在工程应用中，其系统为“统一的标准”模块组成，模块间没有差异，集热器的吸热装置为“真空集热管”，聚光的太阳辐照透过外层玻璃，汇聚在集热管内吸热管上，通过吸热管外侧的“选择性吸收图层”将光能转化为热能，进而被集热管内的传热介质吸收。

其一，集热管采用“真空”措施，即外侧玻璃管和内部金属管间通过抽真空的方法消除对流散热，实现高效保温，但是真空只能消除对流散热，无法消除红外辐射，存在热损较高的问题。具体的红外辐射量相关参数包括：吸收涂层温度，吸收涂层辐射面积，吸收涂层红外辐射系数。其中，吸收涂层温度和集热管内管(含管内传热介质)温度相关，随着传热介质的流动温度被逐渐加热，温度能从300℃被加热到550℃；吸收涂层辐射面积和集热管内管的直径相关，为吸热管外径的表面积；吸收涂层红外辐射系数和集热管加工工艺相关，跟选取的“选择性吸收涂层”性能相关。

其二，集热器跟踪太阳收集太阳辐照，还存在拦截率较低的问题，当集热器的开口弦长尺寸确定的情况下，集热管的管径越粗拦截率越高，即光学效率高；反之拦截率越低，即光学效率低。集热管上的选择性吸收涂层，其“吸收率”和“发射率”存在关联性，一般情况下吸收率高发射率也高，反之降低，但是发射率随着温度的升高，提升速度加快。

综上，由于传统的集热器配置方式较为单一，模块间没有差异，在实际的工程使用中存在着光学效率较低或热损较高的问题，整体经济性较低。

发明内容

为解决上述问题，本申请提出一种槽式集热器的集热管配置方法及装置，通过在槽式集热器中配置不同集热管、集热器类型，实现不同温度段的最优配置。

为实现上述目的，根据本申请的一方面，提出一种槽式集热器的集热管配置方法，该方法包括：

获取待选的不同集热管的外径尺寸和吸热膜的膜系信息，所述外径尺寸为K个，所述膜系信息为C个。

对K个所述外径尺寸和C个所述膜系信息进行排列组合，计算出K*C个槽式集热器的建设收益。

选取所述建设收益最大时，集热管对应的外径尺寸和吸热膜的膜系信息对所述槽式集热器进行配置。

可选的，对K个所述外径尺寸和C个所述膜系信息进行排列组合，计算出K*C个槽式集热器的建设收益，包括：

根据所述外径尺寸计算出集热管拦截率。

根据所述膜系信息计算出集热管光热转化效率。

根据所述集热管拦截率和所述集热管光热转化效率计算出集热管的瞬时单位长度有效收集太阳辐照功率W

根据所述外径尺寸和所述膜系信息计算出集热管的瞬时单位长度热损功率W

根据所述瞬时单位长度有效收集太阳辐照功率W

根据所述单位长度瞬时得热功率W

根据所述瞬时得热功率W

根据所述典型年得热量Q

根据所述外径尺寸和所述膜系信息计算出所述单个集热管的成本。

根据所述单个集热管的收益和成本计算出所述单个集热管的建设收益。

根据所述单个集热管的建设收益计算出所述槽式集热器的建设收益。

可选的，根据所述外径尺寸计算出集热管拦截率，包括：

获取集热管吸热管外径尺寸D

可选的，根据所述膜系信息计算出集热管光热转化效率，包括：

获取集热管几何结构下光热转化效率的标准值η

可选的，根据所述集热管拦截率和所述集热管光热转化效率计算出集热管的瞬时单位长度有效收集太阳辐照功率W

获取集热器开口弦长D、集热器单位长度L、有效瞬时太阳直射辐照强度ANI、集热器拦截率η

W

可选的，根据所述外径尺寸和所述膜系信息计算出集热管的瞬时单位长度热损功率W

获取集热管吸热管外径尺寸D

可选的，根据所述瞬时单位长度有效收集太阳辐照功率W

依据瞬时单位长度有效收集太阳辐照功率W

可选的，根据所述单位长度瞬时得热功率W

根据所述单位长度瞬时得热功率W

可选的，根据所述瞬时得热功率W

基于公式七计算典型年得热量Q

可选的，根据所述典型年得热量Q

获取集热管的单位热量价格T

可选的，根据所述外径尺寸和所述膜系信息计算出所述单个集热管的成本，包括：基于公式九计算出所述单个集热管的成本，

公式九：C

可选的，根据所述单个集热管的收益和成本计算出所述单个集热管的建设收益，包括：基于公式十计算出所述单个集热管的建设收益，公式十：

Z

可选的，根据所述单个集热管的建设收益计算出所述槽式集热器的建设收益，包括：

获取各集热管的成本C

根据本申请的另一方面，提出一种槽式集热器的集热管配置装置，该装置包括：

获取模块，用于获取待选的不同集热管的外径尺寸和吸热膜的膜系信息，所述外径尺寸为K个，所述膜系信息为C个。

处理模块，用于对K个所述外径尺寸和C个所述膜系信息进行排列组合，计算出K*C个槽式集热器的建设收益。

选取模块，用于选取所述建设收益最大时，集热管对应的外径尺寸和吸热膜的膜系信息对所述槽式集热器进行配置。

可选的，所述处理模块，用于：

根据所述外径尺寸计算出集热管拦截率。

根据所述膜系信息计算出集热管光热转化效率。

根据所述集热管拦截率和所述集热管光热转化效率计算出集热管的瞬时单位长度有效收集太阳辐照功率W

根据所述外径尺寸和所述膜系信息计算出集热管的瞬时单位长度热损功率W

根据所述瞬时单位长度有效收集太阳辐照功率W

根据所述单位长度瞬时得热功率W

根据所述瞬时得热功率W

根据所述典型年得热量Q

根据所述外径尺寸和所述膜系信息计算出所述单个集热管的成本。

根据所述单个集热管的收益和成本计算出所述单个集热管的建设收益。

根据所述单个集热管的建设收益计算出所述槽式集热器的建设收益。

可选的，所述处理模块，用于：

获取集热管吸热管外径尺寸D

公式一：

可选的，所述处理模块，用于：

获取集热管几何结构下光热转化效率的标准值η

可选的，所述处理模块，用于：

获取集热器开口弦长D、集热器单位长度L、有效瞬时太阳直射辐照强度ANI、集热器拦截率η

W

可选的，所述处理模块，用于：

获取集热管吸热管外径尺寸D

可选的，所述处理模块，用于：

依据瞬时单位长度有效收集太阳辐照功率W

可选的，所述处理模块，用于：

根据所述单位长度瞬时得热功率W

可选的，所述处理模块，用于：

基于公式七计算典型年得热量Q

可选的，所述处理模块，用于：

获取集热管的单位热量价格T

可选的，所述处理模块，用于：基于公式九计算出所述单个集热管的成本，

公式九：C

可选的，所述处理模块，用于：基于公式十计算出所述单个集热管的建设收益，公式十：Z

可选的，所述处理模块，用于：

获取各集热管的成本C

基于上述技术方案，槽式集热器的集热管配置方法及装置至少具有如下有益效果：

1、本发明中结合槽式集热器性能、集热管参数及项目使用工况，通过在槽式集热器中配置不同集热管、集热器类型，实现不同温度段的最优配置，解决光学效率和热损不均衡的问题。

2、本发明从槽式集热器全寿命周期角度考虑，搭建投资、收益模型，将“集热回路”配置方案量化分析，便于准确、直观地得出经济性最优的槽式集热器配置方案。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本申请一个实施例的槽式集热器的集热管配置方法的流程图；

图2是本申请中计算K*C个槽式集热器的建设收益的详细流程图；

图3是本申请一个具体实施例的槽式集热器装置示意图；

图4是本申请一个实施例的槽式集热器的集热管配置装置示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。

实施例

本发明中通过在槽式集热器中配置不同集热管、集热器类型，实现不同温度段的最优配置，其配置原理如下：

集热管管径粗，集热器拦截率“提高”，但热损“增加”，基于该特点，本发明在集热回路的低温段配置管径较粗的集热管。

集热管管径细，集热器拦截率“降低”，但热损“减少”，基于该特点，本发明在集热回路的高温段配置管径较细的集热管。

高吸收涂层，高发射率，得热量高，红外热损高，基于该特点，可在集热回路的低温段使用高吸收涂层，综合得热量高。

低吸收涂层，低发射率，得热量低，红外热损低，基于该特点，可在在集热回路的高温段使用低吸收涂层，综合的热量高。

基于上述配置原理，根据本申请的一方面，提出一种槽式集热器的集热管配置方法。

图1中示出了本申请一个实施例的槽式集热器的集热管配置方法流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

S1，获取待选的不同集热管的外径尺寸和吸热膜的膜系信息，所述外径尺寸为K个，所述膜系信息为C个。

S2，对K个所述外径尺寸和C个所述膜系信息进行排列组合，计算出K*C个槽式集热器的建设收益。

如图2所示，计算K*C个槽式集热器的建设收益具体包括如下步骤：

S201，根据所述外径尺寸计算出集热管拦截率。

具体计算方式为：获取集热管吸热管外径尺寸D

公式一：

以图3中示出的槽式集热器A为例：其抛物面开口弦长D为7.5m，拦截率标准值η

当集热管吸热管外径尺寸D

当集热管吸热管外径尺寸D

S202，根据所述膜系信息计算出集热管光热转化效率。

具体计算方式为：获取集热管几何结构下光热转化效率的标准值η

由于集热管吸热膜随膜系选择不同会带来不同的光热转化效率修正值，以上述提到的槽式集热器A为例，选用400℃膜系、550℃膜系的集热管吸热膜分别在400℃、550℃工作温度下计算集热管光热转化效率，计算结果如下：

选用400℃膜系，在400℃工作温度下，计算得出集热管光热转化效率η

选用550℃膜系，在400℃工作温度下，计算得出集热管光热转化效率η

S203，根据所述集热管拦截率和所述集热管光热转化效率计算出集热管的瞬时单位长度有效收集太阳辐照功率W

具体计算方式为：获取集热器开口弦长D、集热器单位长度L、有效瞬时太阳直射辐照强度ANI、集热器拦截率η

公式三：W

以上述步骤中提到的槽式集热器A为例：其抛物面开口弦长D为7.5m，集热器单位长度L为1m，有效瞬时太阳直射辐照强度ANI为800W/m

方案一：选用吸热管外径尺寸D

W

方案二：选用吸热管外径尺寸D

W

方案三：选用吸热管外径尺寸D

W

方案四：选用吸热管外径尺寸D

W

S204，根据所述外径尺寸和所述膜系信息计算出集热管的瞬时单位长度热损功率W

具体计算方式为：获取集热管吸热管外径尺寸D

公式四：W

由于集热管随温度和膜系选择不同，单位面积的热损功率不同，以上述步骤中提到的槽式集热器A为例，选用400℃膜系、550℃膜系的集热管吸热膜，分别在400℃、550℃工作温度下计算单位面积的热损功率η

方案一：选用外径尺寸D

在400℃工作温度下，单位面积的热损功率η

在550℃工作温度下，单位面积的热损功率η

方案二：选用外径尺寸D

在400℃工作温度下，单位面积的热损功率η

在550℃工作温度下，单位面积的热损功率η

方案三：选用外径尺寸D

在400℃工作温度下，单位面积的热损功率η

在550℃工作温度下，单位面积的热损功率η

方案四：选用外径尺寸D

在400℃工作温度下，单位面积的热损功率η

在550℃工作温度下，单位面积的热损功率η

S205，根据所述瞬时单位长度有效收集太阳辐照功率W

具体计算方式为：依据S203中计算得到的瞬时单位长度有效收集太阳辐照功率W

公式五：W

根据S203中组合两种吸热管外径尺寸与两种膜系得到的四种配置方案，基于公式五计算四个方案下单位长度的槽式集热单元的瞬时得热功率W

方案1：选用吸热管外径尺寸D

在400℃下计算单位长度的槽式集热单元的瞬时得热功率W

W

在550℃下计算单位长度的槽式集热单元的瞬时得热功率W

W

方案2：选用吸热管外径尺寸D

在400℃下计算单位长度的槽式集热单元的瞬时得热功率W

W

在550℃下计算单位长度的槽式集热单元的瞬时得热功率W

W

方案3：选用吸热管外径尺寸D

在400℃下计算单位长度的槽式集热单元的瞬时得热功率W

W

在550℃下计算单位长度的槽式集热单元的瞬时得热功率W

W

方案4：选用吸热管外径尺寸D

在400℃下计算单位长度的槽式集热单元的瞬时得热功率W

W

在550℃下计算单位长度的槽式集热单元的瞬时得热功率W

W

S206，根据所述单位长度瞬时得热功率W

具体的，根据所述单位长度瞬时得热功率W

其中，1为槽式集热回路的起始端单位长度，n为槽式集热回路的末端单位长度。举例如：假设上述步骤中提到的槽式集热器A长度为150m，以1m为单位长度，则n为150，以槽式集热器A的组合方案一为例，在400℃下单位长度瞬时得热功率W

S207，根据所述瞬时得热功率W

具体的，基于公式七计算典型年得热量Q

其中，1为典型年的初始时间段，time为典型年的结束时间段。举例如：典型年为365天，共8760小时，以1小时为单位时间段，则time为8760。以上述步骤中提到的槽式集热器A的组合方案一为例：在400℃下单位长度瞬时得热功率W

S208，根据所述典型年得热量Q

具体计算方式为：获取集热管的单位热量价格T

S209，根据所述外径尺寸和所述膜系信息计算出所述单个集热管的成本。

具体的，基于公式九计算所述单个集热管的成本。公式九：C

具体的，所述C

S210，根据所述单个集热管的收益和成本计算出所述单个集热管的建设收益。

具体的，基于公式十计算所述单个集热管的建设收益，公式十：Z

S211，根据所述单个集热管的建设收益计算出所述槽式集热器的建设收益。

具体计算方式为：获取不同方案下各集热管的成本C

S3，选取所述建设收益最大时，集热管对应的外径尺寸和吸热膜的膜系信息对所述槽式集热器进行配置。

根据本申请的另一方面，提出一种槽式集热器的集热管配置装置。

图4中示出了本申请的一个实施例的槽式集热器的集热管配置装置示意图，如图4所示，该装置包括：获取模块41、处理模块42、选取模块43。

获取模块41，用于获取待选的不同集热管的外径尺寸和吸热膜的膜系信息，所述外径尺寸为K个，所述膜系信息为C个；

处理模块42，用于对K个所述外径尺寸和C个所述膜系信息进行排列组合，计算出K*C个槽式集热器的建设收益；

所述处理模块42，用于：

根据所述外径尺寸计算出集热管拦截率。

根据所述膜系信息计算出集热管光热转化效率。

根据所述集热管拦截率和所述集热管光热转化效率计算出集热管的瞬时单位长度有效收集太阳辐照功率W

根据所述外径尺寸和所述膜系信息计算出集热管的瞬时单位长度热损功率W

根据所述瞬时单位长度有效收集太阳辐照功率W

根据所述单位长度瞬时得热功率W

根据所述瞬时得热功率W

根据所述典型年得热量Q

根据所述外径尺寸和所述膜系信息计算出所述单个集热管的成本。

根据所述单个集热管的收益和成本计算出所述单个集热管的建设收益。

根据所述单个集热管的建设收益计算出所述槽式集热器的建设收益。

所述处理模块42，具体用于：

获取集热管吸热管外径尺寸D

公式一：

所述处理模块42，具体用于：

获取集热管几何结构下光热转化效率的标准值η

所述处理模块42，具体用于：

获取集热器开口弦长D、集热器单位长度L、有效瞬时太阳直射辐照强度ANI、集热器拦截率η

W

所述处理模块42，具体用于：

获取集热管吸热管外径尺寸D

所述处理模块42，具体用于：

依据瞬时单位长度有效收集太阳辐照功率W

所述处理模块42，具体用于：

根据所述单位长度瞬时得热功率W

所述处理模块42，具体用于：

基于公式七计算典型年得热量Q

所述处理模块42，具体用于：

获取集热管的单位热量价格T

所述处理模块42，具体用于：

基于公式九计算出所述单个集热管的成本，

公式九：C

所述处理模块42，具体用于：

基于公式十计算出所述单个集热管的建设收益，公式十：Z

所述处理模块42，具体用于：

获取各集热管的成本C

选取模块43，用于选取所述建设收益最大时，集热管对应的外径尺寸和吸热膜的膜系信息对所述槽式集热器进行配置。

应当理解的是，槽式集热器的集热管配置装置与其对应的槽式集热器的集热管配置方法的实施例描述一致，故本实施例中不再赘述。

总之，从以上的描述中可以看出，槽式集热器的集热管配置方法及装置上述的实施例实现如下技术效果：

1、本发明中结合槽式集热器性能、集热管参数及项目使用工况，通过在槽式集热器中配置不同集热管、集热器类型，实现不同温度段的最优配置，解决光学效率和热损不均衡的问题。

2、本发明从槽式集热器全寿命周期角度考虑，搭建投资、收益模型，将“集热回路”配置方案量化分析，便于准确、直观地得出经济性最优的槽式集热器配置方案。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。

需要说明的是，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。