CN102607195A - 分布式均衡发电太阳能光热镜场 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分布式均衡发电太阳能光热镜场，包括分布于北部区域的镜场和分布于南部区域的聚光塔，其中，镜场包括东镜场和西镜场，东镜场位于聚光塔的东北方向，西镜场位于聚光塔的西北方向，东镜场和西镜场均包括若干个反射镜，东镜场和西镜场中的大部分反射镜的反射时段错开设置，镜场在一天的光照时间内形成两个或多个反射高峰，以使得聚光塔一天内形成两个或多个光热转换高峰来延长热量利用时间。本发明通过对太阳反光镜阵列分布的适当设计、布局使发电量随时间相对稳定均匀，可以比较合理的将光热转换峰值适当降低并延长热量利用时间，使热发电机组工作时间随之延长、发电量均匀，并且免去了一定数量的储热设备。

Description

分布式均衡发电太阳能光热镜场
技术领域
本发明涉及一种太阳能光热镜场，尤指一种分布式均衡发电太阳能光热镜场。
背景技术
现有的已建塔式聚光太阳能发电站目前在世界上为数远没有太阳能光伏电站数量多，但其成本低的优势十分明显，未来发展有可能超过光伏发电，其收集光的***包括聚光太阳能发电镜场和聚光塔，以北半球为例，镜场和聚光塔大都为一南一北走向，即聚光塔建造在正南面，而镜场则分布于聚光塔的正北区域；太阳能为间歇式能源，一天的不同时段和一年内的不同季节所辐射的能量相差巨大。就每天来说，中午前后辐射量最强，发电功率最大，而上下午就要降低不少，早晚就更差。然而，电网的需求及要求是尽量均衡发电。如此，就需要将上、下、中午的发电量高峰适当延长，而采用储电或储热的解决办法成本和运行的代价又高，不一定适宜实行，因此就需要尽量在现有条件下尽量解决。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种结构简单、基本不用添加其他任何设备，通过镜场位置排布来达到均衡发电高峰的目的的分布式均衡发电太阳能光热镜场。
为实现上述目的，本发明分布式均衡发电太阳能光热镜场，包括分布于北部区域的镜场和分布于南部区域的聚光塔，其中，镜场包括东镜场和西镜场，东镜场位于聚光塔的东北方向，西镜场位于聚光塔的西北方向；或者包括分布于南部区域的镜场和分布于北部区域的聚光塔，其中，镜场包括东镜场和西镜场，东镜场位于聚光塔的东南方向，西镜场位于聚光塔的西南方向；东镜场和西镜场均包括若干个反射镜，东镜场和西镜场中的大部分反射镜的反射时段错开设置，镜场在一天的光照时间内形成两个或多个反射高峰，以使得聚光塔一天内形成两个或多个光热转换高峰来延长热量利用时间。
进一步，所述东镜场和西镜场以经过所述聚光塔的南北轴线为对称线，对称分布在该南北轴线的两侧。
进一步，所述东镜场包括若干个东镜场单元，所述西镜场包括若干个西镜场单元，各个单元中均设置有若干个所述反射镜，并且东镜场单元和西镜场单元成对对称设置。
进一步，所述反射镜采用小角度反射模式。
进一步，所述反射镜为平面反射镜或曲面反射镜。
进一步，若干个所述反射镜呈扇形形状排列。
进一步，所述东镜场和西镜场同时共用一个所述聚光塔或由若干个聚光塔组成的阵列。
本发明通过对太阳反光镜阵列分布的适当设计、布局使发电量随时间相对稳定均匀，可以比较合理的将一般镜场的光热转换单一峰值变为多镜场阵列分布的多峰值，延长相对的光热转换峰值时间间隔，使热发电机组工作时间随之延长、发电量均匀，并且免去了一定数量的储热设备。
附图说明
图1为大反射角示意图；
图2为小反射角示意图；
图3为常规镜场和聚光塔分布示意图；
图4为本发明镜场和聚光塔分布示意图；
图5光热转换峰值随时间比较说明图；
图6镜场、太阳方向夹角与光热转换总功率关系说明图。
具体实施方式
下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。
为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位（旋转90度或位于其他方位），这里所用的空间相对说明可相应地解释。
应用原理
1、反射角与反射率：
如图1、图2所示，为反射角与功率比较示意图，箭头所示光线由太阳4射到反射镜8上发生反射，随后射到聚光塔1上的相应固定位置，入射、反射光线形成一定夹角。根据光线的镜面反射率与角度成反比原理，在图1、图2所示的两种情况下，图1的反射角α大于图2的反射角β，所以图2的阳光反射率大于图1的阳光反射率。
2、光热转换错峰：
如附图3所示，其中箭头S表示方位为南向，太阳4位于聚光塔1的南面，此为中午时分，（图3）聚光塔1的北面为常规镜场6呈现单一区域分布，大部分反射镜是小角度反射，聚光效果最好，但只是中午一段时间，与午前午后的落差巨大，不利于均衡发电。
相反的如图4所示，在其他条件一样时，聚光塔1的正北面镜场被划分为一对区域：一侧为西镜场3，另一侧为东镜场2，两区域大部分反射镜的小角度反射时段被错开，光热转换高峰也随之错开，东镜场2的高峰在午前，而西镜场3的高峰在午后，使单峰变成错开时间的双峰，有效减小峰值落差，同时延长高峰光热转换时间间隔。
如图4所示，本发明分布式均衡发电太阳能光热镜场可应用在南半球或北半球。应用于北半球时，本发明分布式均衡发电太阳能光热镜场，包括分布于北部区域的镜场和分布于南部区域的聚光塔1，其中，镜场包括东镜场2和西镜场3，东镜场2位于聚光塔1的东北方向，西镜场3位于聚光塔1的西北方向，东镜场2和西镜场3以经过聚光塔1的南北轴线为对称线，对称分布在该南北轴线的两侧。应用于南半球时，本发明分布式均衡发电太阳能光热镜场，包括分布于南部区域的镜场和分布于北部区域的聚光塔1，其中，镜场包括东镜场2和西镜场3，东镜场2位于聚光塔1的东南方向，西镜场3位于聚光塔1的西南方向，东镜场2和西镜场3以经过聚光塔1的南北轴线为对称线，对称分布在该南北轴线的两侧。
东镜场2和西镜场3同时共用一个聚光塔1或由若干个聚光塔1组成的阵列。东镜场2可包括若干个东镜场单元，西镜场3可包括若干个西镜场单元，各个单元中均设置有若干个反射镜8，并且东镜场2单元和西镜场3单元成对对称设置。
东镜场2和西镜场3中的大部分反射镜8的反射时段错开设置，镜场在一天的光照时间内形成两个或多个反射高峰，以使得聚光塔一天内形成两个或多个光热转换高峰来延长热量利用时间。本发明中，反射镜8采用小角度反射模式，反射镜8为平面反射镜或曲面反射镜，一个镜场单元中的若干个反射镜8呈扇形形状排列。当并网发电，设置东、西镜场反射镜的反射时段错开量时，可参考电网的并网时间点要求。
本发明与普通镜场单一区域分布不同的是本发明镜场被划分为一对区域，即分为东镜场和西镜场两个区域，镜场数量也可根据实际阳光及地理等条件情况设置为多对。东镜场和西镜场两个区域的相互间隔及夹角、占地面积、形状及镜面个数根据发电功率、聚光塔位置、地理纬度及设备等情况具体设定。镜场的分布根据当地的全天太阳辐射的幅度变化大小、阳光反射镜的反射角与反射率之比来综合设置。
以正午时分为例，其中箭头S表示方位为南向，太阳4设置于聚光塔1的正南面。本发明（图4所示）聚光塔1的正北面镜场被划分为一对区域：左侧为西镜场区3，右侧为东镜场区2，以及两个镜场间的距离W、两个镜场几何中心对聚光塔1的夹角θ。距离W及夹角θ可根据反射镜或曲面反射镜性质、数量及实际阳光辐照及地理等条件情况设置。
如图6所示：角ψ为太阳4与正南方向的夹角。对于普通镜场的单一区域而言，镜面的发射率与cosψ成正比，因此当角ψ为零时，绝大多数镜的反射功率最大，同时也是光热转换总功率的唯一最大值；（如图4、5、6所示）本发明中镜场划分为东、西两个区域，光热转换时间内各自有一个极大值，叠加后分别在ψ等于0到θ/2之间和ψ等于0到-θ/2之间，即正午时间点的前后形成两个相对极大值。因此对比形成了如图5所示的光热转换峰值随时间比较曲线图：横坐标X代表时间，其上的N点代表正午时分，纵坐标Y代表光热转换总功率；曲线A普通镜场的光热转换总功率随时间变化曲线，曲线B本发明镜场的光热转换总功率随时间变化曲线， P1为曲线A的唯一光热转换总功率最大值， P2和P3为曲线B光热转换总功率的两个相对极大值。可看出双峰值交单峰值有较大的均匀度，发电的有效期及总效率可有效提高。

Claims (7)

1.分布式均衡发电太阳能光热镜场，其特征在于，该光热镜场包括分布于北部区域的镜场和分布于南部区域的聚光塔，镜场包括东镜场和西镜场，东镜场位于聚光塔的东北方向，西镜场位于聚光塔的西北方向；或者光热镜场包括分布于南部区域的镜场和分布于北部区域的聚光塔，镜场包括东镜场和西镜场，东镜场位于聚光塔的东南方向，西镜场位于聚光塔的西南方向；所述东镜场和西镜场均包括若干个反射镜，东镜场和西镜场中的大部分反射镜的反射时段错开设置，镜场在一天的光照时间内形成两个或多个反射高峰，以使得聚光塔一天内形成两个或多个光热转换高峰来延长热量利用时间。
2.  如权利要求1所述的分布式均衡发电太阳能光热镜场，其特征在于，所述东镜场和西镜场以经过所述聚光塔的南北轴线为对称线，对称分布在该南北轴线的两侧。
3.  如权利要求2所述的分布式均衡发电太阳能光热镜场，其特征在于，所述东镜场包括若干个东镜场单元，所述西镜场包括若干个西镜场单元，各个单元中均设置有若干个所述反射镜，并且东镜场单元和西镜场单元成对对称设置。
4.  如权利要求3所述的分布式均衡发电太阳能光热镜场，其特征在于，所述反射镜采用小角度反射模式。
5.  如权利要求4所述的分布式均衡发电太阳能光热镜场，其特征在于，所述反射镜为平面反射镜或曲面反射镜。
6.  如权利要求5所述的分布式均衡发电太阳能光热镜场，其特征在于，若干个所述反射镜呈扇形形状排列。
7.  如权利要求2所述的分布式均衡发电太阳能光热镜场，其特征在于，所述东镜场和西镜场同时共用一个所述聚光塔或由若干个聚光塔组成的阵列。
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