DSG槽式太阳能集热系统的数学模型及动态特性

摘要

槽式太阳能热发电被认为是目前最具有商业前景的大规模太阳能热发电技术之一。其中，直接蒸汽发电（direct steam generation，DSG）槽式太阳能热发电技术在近年来得到了迅速发展。由于太阳能的间歇性和不稳定性，DSG槽式太阳能热发电系统的动态特性及过程控制等问题十分复杂，在深入掌握DSG太阳能集热系统动态特性的基础上，研究DSG太阳能热发电系统的有效控制方案和控制策略，具有重要意义。
　　本文建立DSG槽式太阳能集热系统数学模型，通过数值仿真实验，研究了DSG槽式太阳能集热系统在太阳辐射强度变化及给水流量变化等主要扰动工况下的响应特性，分析了当蒸发环节运行方式发生变化时系统主要参数的动态行为。
　　以西班牙INDITEP项目的一座5MW的DSG槽式太阳能热发电系统为研究对象，基于模块化建模技术建立了DSG槽式太阳能集热系统数学模型，包括蒸发环节、汽水分离器、过热器、喷水减温器以及旁路系统等典型部件的数学模型。集热系统的蒸发环节和汽水分离器是建模的重点和难点。对于DSG集热系统中的蒸发环节，分别建立了其在三种可能运行方式下的非线性集总参数移动边界模型，并给出了在蒸发环节运行方式发生变化时数学模型的切换方法，避免出现计算溢出和模型刚性问题；对于汽水分离器，采用集总参数法建立了干态和湿态两种运行方式下的数学模型。
　　基于已建立起的DSG集热系统数学模型和变步长欧拉算法，分别在蒸发环节处于三种典型的运行方式下，研究了DSG槽式太阳能集热系统在主要扰动工况（系统入口给水流量扰动、汽机进汽调门开度扰动和太阳辐射强度扰动）状态下的动态响应特性，考察系统主要参数的动态行为。进一步，结合DSG集热系统的运行特点，研究了太阳辐射强度出现大幅度阶跃扰动工况下系统的响应过程，分析了当集热系统蒸发环节运行方式发生变化的情况下系统的动态行为。
　　仿真实验表明，太阳辐射强度发生明显变化导致系统运行方式的转变，DSG太阳能集热系统的热力参数将出现十分剧烈的变化。
　　相关研究可以为DSG集热系统的过程控制提供必要的参考，同时对DSG槽式太阳能热发电集热系统的结构设计与优化也具有一定的指导意义。

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主要符号表

1绪 论

1.1课题背景

1.2 槽式太阳能热发电技术

1.3 DSG槽式太阳能热发电技术的发展概况

1.4 DSG槽式太阳能集热系统存在的主要问题

1.5 本文的研究目的和主要内容

2 研究对象介绍

2.1集热系统布置情况

2.2抛物槽式集热器

2.3 缓冲储热槽

2.4 汽轮机

2.5 本章小结

3 DSG集热系统数学模型

3.1蒸发环节动态数学模型

3.2蒸发环节运行方式的切换

3.3汽水分离器数学模型

3.4单相受热面数学模型

3.5其它部件数学模型

3.6本章小结

4仿真试验与分析

4.1运行方式III仿真实验及分析

4.2运行方式II仿真实验及分析

4.3运行方式变化仿真实验及分析

4.4本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录