塔式太阳能热发电吸热系统动态过程建模与模拟

摘要

为应对能源短缺、气候变化及环境污染，世界各国都积极开展太阳能热发电系统的研究。其中，塔式太阳能热发电是大规模太阳能发电中最为经济的方式之一。由于太阳能的间歇性，以及电站系统的非线性、多变量和强耦合等特点，必须对电站进行建模与仿真，并设计合理的控制方法与镜场聚焦策略，保证电站平稳、安全、高效运行。太阳能接收器是塔式太阳能热发电系统的重要组成部分，是光热转换的关键。本文建立了塔式太阳能腔式吸热器的仿真模型，对吸热器进行了建模和模拟，完成的主要工作如下:
　　(1)根据质量守恒、动量守恒、能量守恒原理和水和水蒸气的状态方程等为基础，根据吸热器系统的工作机理，在Simulink仿真平台上建立了吸热器系统的仿真模型。对吸热器系统模型进行了调试，最终满足仿真精度要求。
　　(2)在太阳辐照强度为1000W/m2的额定工况下，分别进行了辐照强度和给水流量的阶跃扰动试验，得到了吸热器内各设备热力参数的扰动曲线，并对仿真结果进行了理论分析。为了研宄相同时间内阶跃扰动量大小对吸热器系统的影响，进行了多组辐照强度和给水流量阶跃扰动试验，并进行了对比。
　　(3)提出一种连续扰动的仿真算法，对连续扰动的划分进行了解释，指出了连续扰动可认为是由无限多的、时间间隔非常小的阶跃扰动组成。以过热器为例，研究了连续扰动时，时间间隔的划分大小对结果的影响，并对结果进行了分析。建立了针对太阳辐照强度连续变化的数学模型，对云雾遮挡和太阳连续穿越云层两种情况下太阳辐照强度复杂扰动时系统动态特性进行了模拟，并与太阳辐照强度阶跃扰动时的结果进行了对比。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究与技术进展

1．2．1 槽式太阳能热发电技术

1．2．2 线性菲涅尔发电技术

1．2．3 塔式热发电技术

1．2．4 碟式太阳能热发电技术

1．2．5 我国光热发展现状

1．3 太阳能热发电系统动态特性研究进展

1．4 本文主要的工作内容

第2章 太阳能热发电吸热器系统数学模型

2．1 单相受热面数学模型

2．2 汽包数学模型

2．3 蒸发受热面数学模型

2．4 下降管数学模型

2．5 水和蒸汽物性计算

2．6 本章小结

第3章 动态模拟的Simulink实现

3．1 MATLAB概述

3．2 Simulink模型的仿真

3．2．1 Simulink仿真环境

3．2．2 Simulink建模基本结构

3．2．3 仿真参数设置

3．2．4 子系统的创建及封装

3．3 仿真的加速

3．4 太阳能吸热系统Simulink动态模拟

3．5 本章小结

第4章 阶跃扰动下的系统模拟与分析

4．1 仿真对象介绍

4．1．1 太阳能热发电系统介绍

4．1．2 吸热系统介绍

4．2 模型调试

4．3 太阳辐照强度阶跃扰动模拟

4．3．1 光照阶跃降低

4．3．2 辐照强度多组阶跃扰动对比

4．4 给水流量阶跃扰动模拟

4．4．1 给水阶跃降低

4．4．2 给水流量多组阶跃扰动对比

4．5 本章小结

5．1 连续扰动

5．1．1 连续扰动仿真算法

5．1．2 时间间隔取值分析

5．2 连续扰动模拟

5．3 复杂扰动模拟

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢