塔式太陽能熱發(fā)電站定日鏡單元子鏡面形研究

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1、第33卷第12期可再生能源Vol.33No.122015年12月RenewableEnergyResourcesDec.2015塔式太陽能熱發(fā)電站定日鏡單元子鏡面形研究12222徐海衛(wèi)，張劍寒，余強(qiáng)，郭明煥，趙玉磊（1.中國(guó)華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院有限公司，北京102209；2.中國(guó)科學(xué)院電工研究所，中國(guó)科學(xué)院太陽能熱利用及光伏系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100190）摘要：定日鏡單元子鏡的面形對(duì)于定日鏡在目標(biāo)靶上形成良好的光斑質(zhì)量至關(guān)重要。文章首先根據(jù)定日鏡的實(shí)際參數(shù)，利用有限元方法擬合出了定日鏡單元子鏡模型，然后通過三維坐標(biāo)機(jī)裝置測(cè)

2、量了水平姿態(tài)下實(shí)際定日鏡單元子鏡的面形，結(jié)果顯示，水平姿態(tài)下的測(cè)試結(jié)果和計(jì)算結(jié)果相一致，驗(yàn)證了有限元模型的正確性。根據(jù)建立的有限元模型，計(jì)算了單元子鏡在不同俯仰角、風(fēng)速和玻璃反射鏡厚度等工況和結(jié)構(gòu)下的單元子鏡變形，結(jié)果顯示，單元子鏡面形是一個(gè)復(fù)雜曲面，單元子鏡的變形與俯仰角相關(guān)，同時(shí)PVB薄膜的彈性模量對(duì)單元子鏡的變形也有很大影響。在俯仰角為0°的情況下，風(fēng)速與單元子鏡最大變形之間的關(guān)系可以表達(dá)為二次多項(xiàng)式，此外，在風(fēng)速為25m/s的情況下，單元子鏡最大mises應(yīng)力為39.87MPa。關(guān)鍵詞：定日鏡；單元子鏡；面形；有限元方法；

3、測(cè)試中圖分類號(hào)：TK514文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1671-5292（2015）12-1786-07DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015.12.0060引言達(dá)嶺建立了1MW“大漢”塔式太陽能熱發(fā)電站，2定日鏡是塔式太陽能熱發(fā)電站的重要裝備之其定日鏡場(chǎng)是由100臺(tái)單臺(tái)反射面積為100m一，由定日鏡組成的定日鏡場(chǎng)通常占電站一次投的定日鏡組成。本文將對(duì)“大漢”定日鏡單元子鏡資成本的50%左右。按照面積不同，世界上的主展開研究，包括單元子鏡的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、不同工況下流定日鏡可以分為兩類，一類是單臺(tái)反射面積超的

4、面形變化和應(yīng)力變化等。22過90m的大面積定日鏡，如115.6m的Sener定1“大漢”定日鏡單元子鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[1]2[2]2日鏡，148m的ATS定日鏡，95m的Lugo定圖1是“大漢”定日鏡實(shí)物圖，圖2是“大漢”[3]2[4]日鏡和100m的“大漢”定日鏡；另一類是單臺(tái)定日鏡單元子鏡的結(jié)構(gòu)示意圖（圖中數(shù)值單位為22反射面積小于20m的小定日鏡，如7m的LTPmm），可以看到，“大漢”定日鏡由8行8列共計(jì)[5]2[6]定日鏡和1.1m的Esolar定日鏡。大定日鏡主64面單元子鏡組成。單元子鏡分為玻璃反射鏡、吸要由基礎(chǔ)、立柱、驅(qū)

5、動(dòng)系統(tǒng)、支架結(jié)構(gòu)和單元子鏡盤、支撐結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)螺栓和連接螺栓等5部分。反組成，單元子鏡可以是平面鏡、微弧面鏡或球面射鏡的反射面為1.25m×1.25m，是由羧甲基丁醛鏡，多個(gè)單元子鏡拼接成為一個(gè)大的球面反射鏡，（PVB）薄膜粘接3mm厚的超白玻璃鏡和3mm厚再通過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)球面反射鏡跟蹤太陽，將太陽光反射到目標(biāo)位置。定日鏡要求的光學(xué)性能包[7]括反射率、跟蹤精度和光斑質(zhì)量等，而定日鏡單元子鏡的面形精度對(duì)定日鏡的光斑質(zhì)量有很大的[1]，[3]，[7]影響，因此，研究不同工況條件對(duì)單元子鏡面形精度的影響具有重要意義。文獻(xiàn)[1]介紹了S

6、ener定日鏡的單元子鏡結(jié)構(gòu)及定日鏡光斑質(zhì)量的測(cè)試結(jié)果。文獻(xiàn)[3]研究了影響光斑質(zhì)量的各個(gè)因素及其貢獻(xiàn)率。文獻(xiàn)[7]報(bào)告了鏡面面形與目標(biāo)圖1“大漢”定日鏡實(shí)物圖靶上能量的關(guān)系。由中科院電工所牽頭在北京八Fig.1“DAHAN”heliostat收稿日期：2015-07-20?；痦?xiàng)目：中國(guó)華能集團(tuán)科技項(xiàng)目（HNKJ13-H21）；國(guó)家能源應(yīng)用技術(shù)研究及工程示范項(xiàng)目（NY20130101，NY20130102，NY20130103）。作者簡(jiǎn)介：徐海衛(wèi)（1982-），男，江蘇南通人，博士，高級(jí)工程師，主要從事太陽能熱發(fā)電技術(shù)的研究工作

7、。E-mail：xuhaiwei@hnceri.com·1786·徐海衛(wèi)，等塔式太陽能熱發(fā)電站定日鏡單元子鏡面形研究1250考慮到單元子鏡的反射鏡是由玻璃板、玻璃支撐結(jié)構(gòu)鏡和PVB薄膜組成，可以用薄板的彈性力學(xué)方程來描述反射鏡面形的變形行為。柔性薄板的偏微230260分方程[8]為1250230444墜墜墜q44+4+44w=墜x墜y墜zD反射鏡（1）3EtD=2吸盤121-4v4式中：w為薄板的撓度，mm；q為壓力，Pa；E為材2381889.64°料的彈性模量，Pa；t為薄板的厚度，mm；v為材料連接螺栓的泊松比，無量綱量。上

8、述方程只能對(duì)少量簡(jiǎn)單形式進(jìn)行求解，對(duì)圖2“大漢”定日鏡單元子鏡工程圖于復(fù)雜的力學(xué)問題，需要借助有限元方法來解決。Fig.2Engineeringdrawingof“DAHAN”heliostatfacet本文利用有限元方法建立的“大漢”定日鏡單的鋼