塔式太阳能热电站定日镜场的玫瑰图布局方法技术

塔式太阳能热电站定日镜场的玫瑰图布局方法，属于塔式太阳能热发电系统的镜场领域，本发明专利技术为解决现有圆形交错排列镜场的自由性受限，每个定日镜并没有排在他们各自的最优位置，并非为最优布局的问题。本发明专利技术方法包括以下步骤：步骤一、以接收塔为原点建立坐标系并设置最密圆形交错排列镜场；步骤二、将最密圆形交错排列镜场分为k个扇形区域，各扇形区域的圆心角分别为α

Rose diagram layout method of heliostat field in tower solar thermal power station

【技术实现步骤摘要】
塔式太阳能热电站定日镜场的玫瑰图布局方法
本专利技术属于塔式太阳能热发电系统的镜场领域，涉及定日镜场排布方法。
技术介绍
太阳能作为一种可再生清洁能源受到人们的广泛关注。塔式太阳能热发电技术以其集热效率高、热工转换效率高，系统综合效率高，成本降低空间大，适合大规模应用等优点而成为光热产业未来大规模应用的主要方向。在塔式太阳能电站中，定日镜将太阳光线反射传递至能量吸收塔，用于进行太阳能发电。定日镜场中诸多定日镜的排布方式是影响发电效率与投资成本的重要因素。目前已有的定日镜场排布方式主要有两大类：第一大类：不局限于某种特定的模式，按照效率最大的原则将每个定日镜放置在其效率最优的位置，但是考虑到镜场中有成千上万面定日镜，这种基于贪婪选择的方式往往计算成本巨大且没有考虑镜场清洁维护所应留取的路径。第二大类：按照某种具有特定几何特征的排布进行定日镜的布局，如圆形交错排列、放射型布局、仿生螺旋型排列、仿叶序型排列等等，这种规则的排列方式采用少数的参数来表征整个镜场的布置，待优化的参数比第一大类少的多，因此更加切合实际计算要求。第二大类中的圆形交错排列镜场因为其简单易操作被广泛应用。圆形交错排列镜场是在最密圆形交错排列镜场的基础上进行径向调整后形成的一种布局，最密圆形交错排列镜场具有最高的余弦效率、大气衰减效率、溢出效率，但是此时阴影遮挡效率最低，因此定日镜场整体综合光学效率不高。为了提高镜场的综合光学效率，需要在最密镜场的基础上扩大定日镜排与排之间的径向间距，以减少阴影遮挡的影响，最密镜场在进行扩大径向间距调整后综合光学效率会大大提高。最密圆形交错排列镜场的排布参见图1和图2所示，奇数行和偶数行的镜子交错排布，且每两排之间的径向间距相等，一般沿径向从内至外分三个区域(第Ⅰ、II、Ⅲ区域)，从靠近接收塔一侧的第Ⅰ区域开始排布定日镜，当周向相邻两个定日镜间距足以再放下一个定日镜时，本区域的镜子排布完成，开启下一区域的排布，依照此法排布出最密圆形交错排列镜场，然后利用目前公开的智能算法对其进行优化，以达到综合光学效率最大化。所涉及的智能算法包括遗传算法(GeneticAlgorithm:GA)、进化策略(EvolutionaryStrategy:ES)、粒子群算法(ParticleSwarmOptimization:PSO)、差分进化算法(DifferentialEvolution:DE)、蚁群算法(AntColonyOptimization:ACO)等等。这些算法的核心控制体系是结合当地日照数据，以所有定日镜的坐标作为输入量来计算综合光学效率，并以迭代方式计算出综合光学效率最高时每排定日镜沿径向向外调整位置，调整后形成的圆形交错排列镜场参见图3所示。这些算法对最密圆形交错排列镜场进行径向调整的特点是：任意一排的定日镜位置统一沿径向向外移动，这样调整存在的缺点是：由于光照角度的不同，同一排中所有定日镜按一种思路径向调整并不能达到更好的综合光学效率，即定日镜的排布局限于整体的排布模式特征，排布的自由性受到很大的限制，每个定日镜并没有排在他们各自的最优位置，因此得到的结果并不是最优的布局。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决现有圆形交错排列镜场的自由性受限，每个定日镜并没有排在他们各自的最优位置，并非为最优布局的问题，提供了一种塔式太阳能热电站定日镜场的玫瑰图布局方法。本专利技术所述塔式太阳能热电站定日镜场的玫瑰图布局方法，该方法包括以下步骤：步骤一、以接收塔为原点建立坐标系并设置最密圆形交错排列镜场；步骤二、将最密圆形交错排列镜场分为k个扇形区域，各扇形区域的圆心角分别为α1,α2...αk；步骤三、对各扇形区域中的最密圆形交错排列镜场进行独立优化，以达到综合光效率最高，所述优化为对任一扇形区域中的每排定日镜半径进行调整。优选地，k＝6，从x+轴开始顺时针排布，各扇形区域的圆心角分别为45°、90°、45°、45°、90°、45°。优选地，k＝8，从y+轴开始顺时针排布，各扇形区域的圆心角均为45°。优选地，所述步骤三进一步包括，采用智能算法对各扇形区域中的最密圆形交错排列镜场进行独立优化，所述智能算法为遗传算法、模拟退火算法、粒子群优化算法或差分进化算法。本专利技术的有益效果：本专利技术方法将初始的最密圆形交错排列镜场分为多个扇形，扇形的个数以及每个扇形对应的圆心角的大小受发电站所在纬度、海拔高度以及当地一年中太阳辐射的特点影响，由本领域技术人员根据实际情况决定，并不局限于具体分为几个扇区。在每个扇形内，定日镜每排半径(即定日镜与中心接收塔在同一高度上的直线距离)独立优化，每排半径受定日镜光学效率分量影响(余弦效率、大气衰减效率、拦截效率、阴影遮挡效率)。这样待优化问题变为一个高维度问题，用智能优化算法优化每个扇区内每排定日镜半径，按照使镜场总体综合光学效率最高的原则，每排半径在设定的范围内增长，得到最后的镜场排布中每个扇形内每排半径的增量不同，从而使整个镜场呈现出类似玫瑰图的布局。附图说明图1是最密圆形交错排列镜场的立体分布示意图；图2是最密圆形交错排列镜场的平面分布图；该图中每一横线代表一面定日镜，分三个区域(Ⅰ、II、Ⅲ区域)排布，第Ⅰ区域3排、每排16面定日镜；第II区域4排、每排32面定日镜；第Ⅲ区域6排、每排64面定日镜；图3是在图2最密圆形交错排列镜场的基础上优化而成的圆形交错排列镜场的平面分布图；图4是将最密圆形交错排列镜场分割为多个扇形区域的示意图；图5是最密圆形交错排列镜场被等分为8个扇形区示意图，本图只显示第Ⅰ、II、Ⅲ区域，未显示具体的定日镜；图6是采用本专利技术方法将最密圆形交错排列镜场沿径向调整后的示意图，本图只显示第Ⅰ、II、Ⅲ区域，未显示具体的定日镜；图7是采用本专利技术方法将最密圆形交错排列镜场沿径向调整后的示意图，本图显示具体的定日镜。具体实施方式以下将结合附图及实施例来详细说明本专利技术的实施方式，借此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本专利技术中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本专利技术的保护范围之内。具体实施方式一、结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式所述塔式太阳能热电站定日镜场的玫瑰图布局方法包括以下步骤：步骤一、以接收塔为原点建立坐标系并设置最密圆形交错排列镜场；建立以接收塔为原点的坐标系，y轴正方向指向正北方向，x轴正方向指向正东方向。设置最密圆形交错排列镜场的过程为现有技术，本实施方式给出一个常用的方法：从离接收塔半径R1处开始排布第Ⅰ区域的定日镜，奇偶排的定日镜交错排列，以减少排与排的阴影遮挡。沿径向共分三个区域：Ⅰ、II、Ⅲ区域，当第Ⅰ区域的定日镜的多排定日镜排布完成后再排第II区域，然后是第III区域。排布过程中涉及的几个参数为：定日镜的特征长度为其中LW为定日镜宽度，LH为定日镜高度；...

【技术保护点】
1.塔式太阳能热电站定日镜场的玫瑰图布局方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n步骤一、以接收塔为原点建立坐标系并设置最密圆形交错排列镜场；/n步骤二、将最密圆形交错排列镜场分为k个扇形区域，各扇形区域的圆心角分别为α

【技术特征摘要】
1.塔式太阳能热电站定日镜场的玫瑰图布局方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、以接收塔为原点建立坐标系并设置最密圆形交错排列镜场；
步骤二、将最密圆形交错排列镜场分为k个扇形区域，各扇形区域的圆心角分别为α1,α2...αk；
步骤三、对各扇形区域中的最密圆形交错排列镜场进行独立优化，以达到综合光效率最高，所述优化为对任一扇形区域中的每排定日镜半径进行调整。


2.根据权利要求1所述塔式太阳能热电站定日镜场的玫瑰图布局方法，其特征在于，k＝6，从x+...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓立宝，吴怡然，李艳艳，孙海丽，宋乐，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：山东;37