槽式太阳能镜场系统集热量计算研究

钟福春++滕飞++崔贤基++孙志强

摘 要：槽式太阳能系统中，镜场系统是电站运行最主要的热量来源，镜场系统利用回路中的集热器追踪太阳运行，将太阳辐射积聚于集热管上，加热集热管内流通的导热油，以完成集热目的。影响镜场系统集热效率的主要因素包括当地辐射条件、集热管和反射镜性能等，通过集热量的计算满足了电站的发电要求，保证了系统配置。

关键词：镜场系统 集热效率 发电要求 系统配置

中图分类号：TK513 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）06（b）-0081-02

在槽式太阳能热电站中，镜场系统取代了传统常规火电站锅炉燃烧化石燃料获得热量的功能，是电站主要热量的收集站。镜场系统通过集热器追踪太阳，将利用反射镜将太阳辐射聚集于反射镜焦點上的集热管，从而加热在集热管内流动的导热油，完成集热功能。加热后的导热油再输送到蒸汽发生系统和储热系统完成发电相关功能。

1 镜场系统集热量计算的初步分析

镜场系统的集热效率对整个槽式太阳能热电站的发电效率有着至关重要的影响。反射镜及集热管的光学性能是影响镜场系统集热效率的关键因素。

2 计算依据

2.1 镜场传递热量Q镜场传递计算

镜场的单位面积导热油能够带走的热量计算如下：

Q镜场传递=Q镜场吸收-HL平均-PL

其中：Q镜场传递为镜场传递给导热油的热量，W/m2；Q镜场吸收为镜场吸收的热量，W/m2；HL平均为集热管的平均热损失，W/m2；PL为其他管路的热损失。

2.1.1 太阳热量Q镜场传递

镜场吸收的太阳热量Q镜场传递计算如下：

其中：η集热管为集热管效率；η反射镜为反射镜效率；Ib为太阳辐射，W/m2。

槽式集热管的效率η集热管基于下等式进行计算：

η集热管=0.79·t·a-0.37·e-0.015

其中：a为集热管吸收率；t为集热管透射率；e为太阳能散射率。

反射镜的效率计算如下：

η反射镜=r·f

其中：r为反射镜的反射率；f为反射镜的聚焦精度。

2.1.2 集热管的热损失

集热管的热损失计算如下：

其中：THTF为导热油温度，℃；Tamb为环境温度，℃；为集热管接收到的辐射，W/m2；Vm为外界风速，m/s；T0为镜场入口温度，℃；Ti为镜场出口温度，℃；A1，A2，A3，A4，A5，A6为计算系数，如表1所示。

2.2 集热回路n计算

由

得：

其中：n为回路数；A为每个回路的集热有效面积，m2；△t=T0-Ti为集热管进出口温差，℃；CP，平均为导热油换热的平均比热容；M镜场为镜场的质量流量，kg/s。

回路集热有效面积A计算如下：

其中：L集热管为每个集热管的长度；n集热管为每个回路的集热管数量。

3 槽式太阳能镜场系统集热量的应用

以某50 MW槽式太阳能光热电站项目为例，进行镜场系统集热量的计算。该项目所在地地区的DNI为1 812 kWh/m2，根据当地太阳辐射分布，将850 W/m2作为工作设计点。

镜场内选用的部件集热管和反射镜均为国产，其参数如表2，表3所示。

基于以上数据计算，在满足电站4 h储热时间的前提下，保证系统经济性的同时，该项目将配置156个回路，每个回路的集热量为2.23 MW，总的收集热量为347.88 MW。

4 结语

热量匹配对于槽式太阳能热电站来说是非常重要的。而镜场系统是电站热量的主要来源，有效地计算出每个回路的集热量，能够有效地依据电站的发电需求，进行镜场系统的配置，以及合理地布置，保证了槽式太阳能电站能够满足发电需求，同时为电站经济性分析提供了可靠的依据。

参考文献

[1] 熊亚选，吴玉庭，马重芳，等.槽式太阳能集热管传热损失性能的数值研究[J].中国科学，2010，4（3）：263-271.

[2] 肖杰，何雅玲，程泽东，等.槽式太阳能集热器集热性能分析[J].工程热物理学报，2009，30（5）：729-733.