一种塔式太阳能光热发电站集热系统性能试验方法

技术领域

本发明属于塔式太阳能光热发电技术领域，具体涉及一种塔式太阳能光热发电站集热系统性能试验方法。

背景技术

太阳能热发电技术具有可储能、可调峰、可实现连续稳定发电的优点，是理想的可再生能源发电形式。近年来，我国太阳能热发电产业发展迅速，在商业化的光热发电站中，塔式太阳能光热发电站是极其重要的一种类型。塔式光热电站利用优化排布的定日镜将太阳辐射聚集到吸收塔顶部的吸热器进行点聚焦，加热吸热器内的传热流体。传热流体被加热至一定温度后再通过蒸汽发生器将热量传递给水工质，从而提供蒸汽驱动汽轮发电机组做功发电。同时一部分传热流体的热量通过储热系统储存起来，以满足夜间或光资源不足条件下的正常发电的需求。

由于我国的大规模太阳能热发电技术起步较晚，尤其对于塔式光热发电站，目前已投运的商业电站极少，国内还未形成完整的技术体系，对其中作为核心的集热系统，都缺乏调试及性能试验的技术经验，而目前国际国内均未有明确的性能试验标准可依照执行，塔式太阳能光热发电站集热系统的性能试验方法尚存在空白需要填补。

发明内容

本发明的目的在于针对现有塔式太阳能光热发电站，提出种塔式太阳能光热发电站集热系统性能试验方法，以便于通过试验准确地获得集热系统的性能指标。

本发明的上述发明目的是通过如下的技术方案来实现的：

一种塔式太阳能光热发电站集热系统性能试验方法，包括以下步骤：

1)传热流体流量设置到预定值并达到稳定状态后开始测试；

2)测试开始后，连续测量吸热器进出口温度、压力、流量，太阳法向直射辐照度、干球温度、相对湿度、风速和风向参数；

3)试验期间对定日镜镜面反射率进行两次测量；

4)采用供应商所提供的传热流体热物性参数表计算得到试验状态的热物性，或对传热流体进行随机取样后送授权实验室分析获得物性参数；取样过程遵循ASTM D 4057中描述的方法获取性能试验期间系统中传热流体的代表性样品；

5)计算集热系统热功率；

6)计算集热系统热效率；

7)给出热功率结果的不确定度分析；

8)给出热效率结果的不确定度分析；

9)汇总处理试验数据，得到试验结果并将其与性能模型输出值进行比较，判定是否达到设计性能。

本发明进一步的改进在于，所述步骤1)中传热流体为熔盐。

本发明进一步的改进在于，所述步骤1)前还设有步骤0)试验前准备，试验前准备工作包括：

①对所有参与试验的仪表仪器进行检定或校准；

②确定太阳辐射、气象条件满足试验规定的要求；

③整个集热系统能正常运转并满足试验要求；

④集热系统所有设备运行在设备供应商规定的压力、温度、流量限值范围内；

⑤所有定日镜的反射镜镜面均保持正常的清洁度，试验前完成一次定日镜的全面清洗；

⑥定日镜跟踪准确度满足要求。

本发明进一步的改进在于，所述步骤0)试验前准备还包括试验前稳定条件：

集热系统试验前，光热发电站连续正常运行3d以上，开始试验前，集热场稳态运行时间在30～45min，不得少于30min；

试验时间在真太阳时9:00-16:00之间，当地法向直射辐照度不小于500W/m

本发明进一步的改进在于，所述步骤2)各测量参数的数据采集时间间隔为：

性能试验持续时间不少于15min，不超过30min；传热流体流量、传热流体温度、法向直接辐射辐照度参数测量时间间隔不大于10s，其他参数测量时间间隔不大于1min。

本发明进一步的改进在于，所述步骤5)集热系统热功率计算过程为：

集热系统的热功率输出是由吸热器内传热流体焓值的变化计算得出，通过吸热器进/出口的测量数据，热功率由下面的方程得出：

式中：

P

Δh

T

T

本发明进一步的改进在于，所述步骤6)集热系统热效率计算过程为：

基于太阳法向直接辐射辐照度DNI测量数据的集热系统热效率由下面的方程计算得出：

式中：

η

P

DNI——法向直接辐射辐照度测量平均值；

A

本发明进一步的改进在于，所述步骤7)集热系统热功率结果不确定度分析计算过程为：

总不确定度由下面的计算公式得出：

u

其中系统不确定度的计算公式如下：

随机不确定度的计算公式如下：

本发明进一步的改进在于，所述步骤8)集热系统热功率结果不确定度分析计算过程为：

总不确定度由下面的计算公式得出：

u

其中系统不确定度的计算公式如下：

随机不确定度的计算公式如下：

本发明至少具有如下有益的技术效果：

本发明通过执行试验步骤(1)～(9)能够完成一次完整的集热系统性能试验，得到所有测量数据后进行数据汇总、处理及计算，可以获得当前集热系统的实际性能，以实现掌握集热系统性能的目的，有利于塔式太阳能光热发电站整体的性能验收、电站的稳定高效运行，同时测试后的性能分析更加能够帮助集热系统供应商准确找出性能短板，以利于系统后续的改进。

进一步，本发明通过计算公式(1)～(8)能够对所测得的数据进行计算，从而得出集热系统热功率、热效率、热功率不确定度、热效率不确定度的结果，进而准确判定集热系统性能，得到最终的试验结果。

附图说明

图1为本发明中各测量点的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步地详细说明。

本发明公开了一种塔式太阳能光热发电站集热系统性能试验方法，包括以下步骤：

0)试验前准备；

1)传热流体(熔盐或其他)流量设置到预定值并达到稳定状态后开始测试；

2)测试开始后，连续测量吸热器进出口温度、压力、流量，太阳法向直射辐照度、干球温度、相对湿度、风速、风向参数；

3)试验期间对定日镜镜面反射率进行两次测量；

4)采用供应商所提供的传热流体热物性参数表计算得到试验状态的热物性，或对传热流体进行随机取样后送授权实验室分析获得物性参数。取样过程应遵循ASTM D 4057中描述的方法获取性能试验期间系统中传热流体的代表性样品；

5)计算集热系统热功率；

6)计算集热系统热效率；

7)给出热功率结果的不确定度分析；

8)给出热效率结果的不确定度分析；

9)汇总处理试验数据，得到试验结果并将其与性能模型输出值进行比较，判定是否达到设计性能。

通过采用上述试验步骤，能够实现对集热系统各主要参数的测量，通过测量数据收集处理及计算，完成集热系统性能测试，判断集热系统是否存在有关问题，有助于对集热系统进行性能评估和工程验收。最后将试验结果与性能模型输出值进行比较，判断其是否能够达到设计性能，一方面必要的性能测试能够保证集热系统按照设计预期高效稳定地运行，另一方面测试后的性能分析更加能够帮助集热系统供应商准确找出性能短板，以利于系统后续的改进。

步骤0)试验前准备包括：

①对所有参与试验的仪表仪器进行检定或校准；

②确定太阳辐射、气象条件满足试验规定的要求；

③整个集热系统(定日镜的反射镜、支架、传动装置、控制装置，吸热器，熔盐泵等)能正常运转并满足试验要求；

④集热系统所有设备应运行在设备供应商规定的压力、温度、流量限值范围内；

⑤所有定日镜的反射镜镜面均保持正常的清洁度，试验前完成一次定日镜的全面清洗；

⑥定日镜跟踪准确度满足要求。

通过上述试验前的准备工作，使集热系统处于预定的工作条件下，更加便于进行性能试验，减少偶然因素的影响，测试结果更加准确并能反映系统的真实性能。

步骤0)试验前准备还包括试验前稳定条件：

①集热系统试验前，光热发电站应连续正常运行3d以上。开始试验前，集热场稳态运行时间应在30～45min，不得少于30min。

②试验时间在真太阳时9:00-16:00之间，当地法向直射辐照度不小于500W/m

光热发电站连续正常运行3d，能够充分反映各主辅设备及系统不存在任何缺陷，有利于试验的顺利进行。由于系统存在热惯性，通常集热系统的热时间常数τ约为6～7min，因此试验前的稳态运行时间不少于30min，经过上述试验前的稳定阶段，加之选择试验时间在太阳辐照度较强较稳定的真太阳时9:00-16:00之间，并对法向直射辐照度做不小于500W/m

步骤2)各测量参数的数据采集时间间隔为：

性能试验持续时间应不少于15min，通常不超过30min。传热流体流量、传热流体温度、法向直接辐射辐照度参数测量时间间隔不大于10s，其他参数测量时间间隔不大于1min。定日镜镜面反射率试验前、后各测1次。

通过上述时间间隔的选取，使得测量数据更加客观真实、具有代表性，提高试验结果的准确性。

步骤5)集热系统热功率计算过程为：

集热系统的热功率输出是由吸热器内传热流体焓值的变化计算得出，通过吸热器进/出口的测量数据，热功率由下面的方程得出：

式中：

P

Δh

T

T

步骤6)集热系统热效率计算过程为：

基于太阳法向直接辐射辐照度DNI测量数据的集热系统热效率可由下面的方程计算得出：

式中：

η

P

DNI——法向直接辐射辐照度测量平均值；

A

步骤7)集热系统热功率结果不确定度分析计算过程为：

总不确定度由下面的计算公式得出：

u

其中系统不确定度的计算公式如下：

随机不确定度的计算公式如下：

步骤8)集热系统热功率结果不确定度分析计算过程为：

总不确定度由下面的计算公式得出：

u

其中系统不确定度的计算公式如下：

随机不确定度的计算公式如下：

步骤9)汇总处理试验数据，在试验数据处理过程中，测量参数运行波动范围见下表，如果发现观测到的数据中有严重异常，应考虑将此试验工况舍弃；如果受影响的部分是在试验的开头或结尾，且扣除异常情况后的有效测试时间符合相关要求，则可舍弃异常部分的数据；如有必要，应重做该试验工况。

表1集热系统试验期间主要参数最大允许波动范围

最后通过计算公式(1)～(7)对所测得的数据进行计算，从而得出集热系统热功率、热效率、热功率不确定度、热效率不确定度的结果，进而准确判定集热系统性能，得到最终的试验结果，并将其与性能模型输出值进行比较，判定是否达到设计性能。

综上所述，本发明提供的一种塔式太阳能光热发电站集热系统性能试验方法，通过具体的各项试验步骤，基于性能试验的基本要求和流程，能够方便并准确地完成集热系统性能试验，有利于塔式光热发电站的性能评估、分析及验收。