槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)與方法
【專利摘要】本發(fā)明為槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)與方法，屬于光熱電站【技術(shù)領(lǐng)域】，所述系統(tǒng)包括：光資源獲取模塊，用于形成基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)庫；光場布置模塊，用于獲得初步光場布置；儲能選擇與發(fā)電計(jì)算模塊，用于獲得儲能容量與儲罐直徑以選擇儲能設(shè)備，并獲得電站逐時理論輸出發(fā)電功率；發(fā)電量獲取模塊，用于獲得電站逐時實(shí)際輸出發(fā)電功率及年總發(fā)電量；優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊，用于調(diào)整所述光場布置模塊中設(shè)置的所述太陽倍數(shù)以及儲能選擇與發(fā)電計(jì)算模塊中設(shè)置的所述儲能時間，并根據(jù)各個年總發(fā)電量，選擇最終的光場布置。本系統(tǒng)和方法能夠自動進(jìn)行光場布置并對布置結(jié)果以及熱電設(shè)備的選擇進(jìn)行優(yōu)化，并可準(zhǔn)確計(jì)算電站的逐時上網(wǎng)電量。
【專利說明】槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)與方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光熱電站設(shè)計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu) 化系統(tǒng)與方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 根據(jù)《可再生能源十二五發(fā)展規(guī)劃》，我國將在內(nèi)蒙古鄂爾多斯高地沿黃河平坦荒 漠、甘肅河西走廊平坦荒漠、新疆吐哈盆地和塔里木盆地地區(qū)、西藏拉薩、青海、寧夏等地選 擇適宜地點(diǎn)，開展太陽能熱發(fā)電示范項(xiàng)目建設(shè)。到2015年，太陽能發(fā)電裝機(jī)達(dá)到2100萬千 瓦，其中光伏電站裝機(jī)1000萬千瓦，太陽能熱發(fā)電裝機(jī)100萬千瓦。然而，國內(nèi)還沒有槽式 太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)。此外，由于槽式太陽能光熱電站受太陽直接輻射（DNI)、 氣溫、風(fēng)速等因素的影響，準(zhǔn)確地計(jì)算光熱電站逐時上網(wǎng)電量非常困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明提出了一種槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì) 與優(yōu)化系統(tǒng)與方法，能夠自動進(jìn)行光場布置并對布置結(jié)果以及熱電設(shè)備的選擇進(jìn)行優(yōu)化， 并可準(zhǔn)確計(jì)算電站的逐時上網(wǎng)電量。
[0004] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提出了一種槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)，所述 槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)包括光資源獲取模塊、光場布置模塊、儲能選擇與發(fā) 電計(jì)算模塊、發(fā)電量獲取模塊、以及優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊；所述光資源獲取模塊，用于輸入已做工 程的測光資料與參證氣象站資料，形成基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)庫；所述光場布置模塊，用于建立包含 多種集熱槽、多種真空集熱管、以及多種導(dǎo)熱油的設(shè)備數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)從所述光資源獲取模 塊獲得的基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)庫、所述設(shè)備數(shù)據(jù)庫以及設(shè)置的太陽倍數(shù)獲得初步光場布置；所述 儲能選擇與發(fā)電計(jì)算模塊，用于根據(jù)設(shè)置的儲能時間、汽輪機(jī)的額定輸入熱功率以及換熱 器的效率，獲得儲能容量與儲罐直徑以選擇儲能設(shè)備，并根據(jù)所述初步光場布置以及管道 的熱損失，獲得電站逐時理論輸出發(fā)電功率；所述發(fā)電量獲取模塊，用于根據(jù)所述電站逐時 理論輸出發(fā)電功率以及電站各個設(shè)備的電能損失，得到電站逐時實(shí)際輸出發(fā)電功率及年總 發(fā)電量；所述優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊，用于調(diào)整所述光場布置模塊中設(shè)置的所述太陽倍數(shù)以及所述 儲能選擇與發(fā)電計(jì)算模塊中設(shè)置的所述儲能時間，并根據(jù)所述發(fā)電量獲取模塊獲取的與各 個太陽倍數(shù)和儲能時間對應(yīng)的年總發(fā)電量，選擇最終的光場布置。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述系統(tǒng)還包括測算模塊，用于根據(jù)通過光場布置模塊 獲得的光場布置、通過儲能選擇與發(fā)電計(jì)算模塊中選擇的儲能設(shè)備以及通過發(fā)電量獲取模 塊獲得的年總發(fā)電量，獲得年平均度電成本或項(xiàng)目總凈現(xiàn)值；所述優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊，用于調(diào)整 所述光場布置模塊中設(shè)置的所述太陽倍數(shù)以及所述儲能選擇與發(fā)電計(jì)算模塊中設(shè)置的所 述儲能時間，并根據(jù)所述測算模塊獲取的與各個太陽倍數(shù)和儲能時間對應(yīng)的年平均度電成 本或項(xiàng)目總凈現(xiàn)值，選擇最終的光場布置。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述系統(tǒng)還包括報告輸出模塊，用于自動輸出槽式太陽 能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化報告。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述測光資料至少為完整一年的逐時時間序列數(shù)據(jù)，以 及所述光資源獲取模塊還包括修正子模塊，用于對輸入的測光資料和參證氣象站資料進(jìn)行 檢驗(yàn)和修正。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述光場布置模塊用于根據(jù)從所述光資源獲取模塊獲得 的基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)庫、所述設(shè)備數(shù)據(jù)庫以及設(shè)置的太陽倍數(shù)獲得初步光場布置具體包括：從 所述基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)庫中獲取光場所在地春分日中午12:00的太陽直接輻射值X ;獲取選擇 的汽輪機(jī)的額定功率a與效率b ;獲取預(yù)設(shè)的整場分區(qū)數(shù)c、每個集熱回路的集熱單元數(shù)量 山每個集熱單元開口面積e ;獲取集熱槽角度；根據(jù)光場所在地的經(jīng)緯度坐標(biāo)，光資源獲取 模塊中的時間序列數(shù)據(jù)，計(jì)算當(dāng)?shù)靥枙r與真空集熱管的入射角；在考慮真空集熱管光學(xué) 效率、集熱槽入射角修正系數(shù)、陰影因子和真空集熱管尾端損失的基礎(chǔ)上，計(jì)算光場效率y， 根據(jù)所述太陽直接輻射值X乘以所述光場效率y，得到光場理論熱功率輸出X*y ;按照集熱 管熱損失與環(huán)境溫度、風(fēng)速的關(guān)系曲線，獲得集熱管熱損失z ;通過光場理論熱功率輸出減 去集熱管熱損失z，得到光場熱輸出功率x*y_z，于是所需的集熱總回路數(shù)Μ被確定為：Μ = (a*s)/(b*(x*y_z)*d*e);每個分區(qū)需要的回路數(shù)Ν為：N = M/c。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述儲能選擇與發(fā)電計(jì)算模塊用于根據(jù)設(shè)置的儲能時 間、汽輪機(jī)的額定輸入熱功率以及換熱器的效率，獲得儲能容量與儲罐直徑以選擇儲能設(shè) 備具體包括：獲取光場布置模塊額定點(diǎn)的入口導(dǎo)熱油溫度T1、出口溫度T2、熱罐熔鹽密度 P、熱罐熔鹽比熱q、儲罐高度i、確定儲罐對數(shù)j、儲罐底部最少熔鹽厚度k :獲得儲熱熱容 量Q = (a*t)/b ;獲得儲能容量V = Q*3. 6*106/(p*q*(T2_Tl)*h);獲得儲罐直徑D = 2*(V/ (3. 14*j*(i-k)))°_5 ;其中，t為儲能時間、汽輪機(jī)的額定輸入熱功率為a/b、換熱器的效率 為h。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊以年總發(fā)電量為目標(biāo)選擇最終的光場 布置。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊以年平均度電成本最小或項(xiàng)目總凈現(xiàn) 值最大為目標(biāo)選擇最終的光場布置。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，還提出了一種槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法，所 述槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法包括光資源獲取步驟、光場布置步驟、儲能選擇與 發(fā)電計(jì)算步驟、發(fā)電量獲取步驟、以及優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟；其中：所述光資源獲取步驟中，輸入 已做工程的測光資料與參證氣象站資料，形成基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)庫；所述光場布置步驟中，建立 包含多種集熱槽、多種真空集熱管、以及多種導(dǎo)熱油的設(shè)備數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)從所述光資源獲 取步驟獲得的基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)庫、所述設(shè)備數(shù)據(jù)庫以及設(shè)置的太陽倍數(shù)獲得初步光場布置； 所述儲能選擇與發(fā)電計(jì)算步驟中，根據(jù)設(shè)置的儲能時間、汽輪機(jī)的額定輸入熱功率以及換 熱器的效率，獲得儲能容量與儲罐直徑以選擇儲能設(shè)備，并根據(jù)所述初步光場布置以及管 道的熱損失，獲得電站逐時理論輸出發(fā)電功率；所述發(fā)電量獲取步驟中，根據(jù)所述電站逐時 理論輸出發(fā)電功率以及電站各個設(shè)備的電能損失，得到電站逐時實(shí)際輸出發(fā)電功率及年總 發(fā)電量；所述優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟中，調(diào)整所述光場布置步驟中設(shè)置的所述太陽倍數(shù)以及所述儲 能選擇與發(fā)電計(jì)算步驟中設(shè)置的所述儲能時間，并根據(jù)所述發(fā)電量獲取步驟獲取的與各個 太陽倍數(shù)和儲能時間對應(yīng)的年總發(fā)電量，選擇最終的光場布置。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述方法還包括測算步驟，在所述測算步驟中，根據(jù)通過 光場布置步驟獲得的光場布置、通過儲能選擇與發(fā)電計(jì)算步驟中選擇的儲能設(shè)備以及通過 發(fā)電量獲取步驟獲得的年總發(fā)電量，獲得年平均度電成本或項(xiàng)目總凈現(xiàn)值；在所述優(yōu)化設(shè) 計(jì)步驟中，調(diào)整所述光場布置步驟中設(shè)置的所述太陽倍數(shù)以及所述儲能選擇與發(fā)電計(jì)算步 驟中設(shè)置的所述儲能時間，并根據(jù)所述測算步驟獲取的與各個太陽倍數(shù)和儲能時間對應(yīng)的 年平均度電成本或項(xiàng)目總凈現(xiàn)值，選擇最終的光場布置。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述方法還包括報告輸出步驟，在所述報告輸出步驟中， 自動輸出槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化報告。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述測光資料至少為完整一年的逐時時間序列數(shù)據(jù)，以 及所述光資源獲取步驟還包括修正子步驟，在所述修正子步驟中，對輸入的測光資料和參 證氣象站資料進(jìn)行檢驗(yàn)和修正。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述光場布置步驟中，根據(jù)從所述光資源獲取步驟獲得 的基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)庫、所述設(shè)備數(shù)據(jù)庫以及設(shè)置的太陽倍數(shù)獲得初步光場布置具體包括：從 所述基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)庫中獲取光場所在地春分日中午12:00的太陽直接輻射值X ;獲取選擇 的汽輪機(jī)的額定功率a與效率b ;獲取預(yù)設(shè)的整場分區(qū)數(shù)c、每個集熱回路的集熱單元數(shù)量 山每個集熱單元開口面積e ;獲取集熱槽角度；根據(jù)光場所在地的經(jīng)緯度坐標(biāo)，光資源獲取 步驟中的時間序列數(shù)據(jù)，計(jì)算當(dāng)?shù)靥枙r與真空集熱管的入射角；在考慮真空集熱管光學(xué) 效率、集熱槽入射角修正系數(shù)、陰影因子和真空集熱管尾端損失的基礎(chǔ)上，計(jì)算光場效率y， 根據(jù)所述太陽直接輻射值X乘以所述光場效率y，得到光場理論熱功率輸出x*y ;按照集熱 管熱損失與環(huán)境溫度、風(fēng)速的關(guān)系曲線，獲得集熱管熱損失z ;通過光場理論熱功率輸出減 去集熱管熱損失z，得到光場熱輸出功率x*y_z，于是所需的集熱總回路數(shù)Μ被確定為：Μ = (a*s)/(b*(x*y_z)*d*e);每個分區(qū)需要的回路數(shù)Ν為：N = M/c。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述儲能選擇與發(fā)電計(jì)算步驟中，根據(jù)設(shè)置的儲能時間、 汽輪機(jī)的額定輸入熱功率以及換熱器的效率，獲得儲能容量與儲罐直徑以選擇儲能設(shè)備 具體包括：獲取光場布置步驟額定點(diǎn)的入口導(dǎo)熱油溫度T1、出口溫度T2、熱罐熔鹽密度P、 熱罐熔鹽比熱q、儲罐高度i、確定儲罐對數(shù)j、儲罐底部最少熔鹽厚度k :獲得儲熱熱容量 Q = (a*t)/b ;獲得儲能容量 V = Q*3.6*106/(p*q*(T2_Tl)*h);獲得儲罐直徑 D = 2*(V/ (3. 14*j*(i-k)))°_5 ;其中，t為儲能時間、汽輪機(jī)的額定輸入熱功率為a/b、換熱器的效率 為h。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟中，以年總發(fā)電量為目標(biāo)選擇最終的 光場布置。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟中，以年平均度電成本最小或項(xiàng)目總 凈現(xiàn)值最大為目標(biāo)選擇最終的光場布置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)的模 塊圖；
[0021] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)的模 塊圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 如圖1，2所示，本發(fā)明提出的槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)包括光資源獲 取模塊1、光場布置模塊2、儲能選擇與發(fā)電計(jì)算模塊3、發(fā)電量獲取模塊4、測算模塊5、優(yōu)化 設(shè)計(jì)模塊6、以及報告與輸出模塊7中的一個或多個模塊。下面，對上述各個模塊進(jìn)行詳細(xì) 描述。
[0023] 光資源獲取模塊1，用于輸入已做工程的測光資料與參證氣象站資料，形成基礎(chǔ)資 料數(shù)據(jù)庫。所述測光資料主要包括測光時間（年、月、日、時、分鐘），太陽總輻射，太陽直接 輻射（DNI)，太陽散射輻射，干球溫度，露點(diǎn)溫度，相對濕度，氣壓，風(fēng)速，風(fēng)向等，所述測光資 料至少為完整一年8760h的逐時時間序列數(shù)據(jù)。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，所述光資源獲取模塊1還包括修正子模塊，用于對輸 入的測光資料和參證氣象站資料進(jìn)行檢驗(yàn)和修正。所述修正子模塊還用于根據(jù)修正結(jié)果進(jìn) 行統(tǒng)計(jì)分析，生成光資源分析圖表。
[0025] 所述檢驗(yàn)和修正包括對不合理數(shù)據(jù)和缺測數(shù)據(jù)的處理，例如將太陽輻射觀測數(shù)據(jù) 進(jìn)行完整性和合理性檢驗(yàn)后，對其中不合理和缺測的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，并補(bǔ)充完整。具體的：
[0026] (1)對于非連續(xù)或連續(xù)不合理或缺測數(shù)據(jù)，根據(jù)其他可供參考的同期記錄數(shù)據(jù) (距離較近輻射儀或較近氣象站）分析處理后（利用相關(guān)關(guān)系），可填補(bǔ)無效或缺測的數(shù) 據(jù)。
[0027] (2)對于非連續(xù)不合理或缺測數(shù)據(jù)，可用相鄰數(shù)據(jù)（相鄰天同時段或相鄰小時數(shù) 據(jù)）進(jìn)行替換填補(bǔ)無效或缺測的數(shù)據(jù)。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，所述光資源獲取模塊1還包括分析子模塊，用于進(jìn)行 測光資料與參證氣象站資料的典型年分析。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，所述光資源獲取模塊1還包括報告生成子模塊，用于 例如按照《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50797 - 2012)，生成光資源分析報告。
[0030] 光場布置模塊2,用于建立包含多種集熱槽、多種真空集熱管、以及多種導(dǎo)熱油的 設(shè)備數(shù)據(jù)庫，并從所述數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行選擇以獲得初步光場布置。其中，在進(jìn)行光場布置時， 所述光場布置模塊提供從所述數(shù)據(jù)庫中選擇不同類型（例如不同廠家）產(chǎn)品的接口，并顯 示對應(yīng)產(chǎn)品的特性表。所述光場布置，可以通過光場布置模塊提供的接口進(jìn)行手動布置，也 可以通過太陽倍數(shù)（假設(shè)為s)等參數(shù)自動布置。下面對自動布置進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0031] 從光資源獲取模塊1的基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)庫中獲取光場所在地春分日中午12:00的 DNI值（假設(shè)為X);獲取選擇的汽輪機(jī)的額定功率（假設(shè)為a)與效率（假設(shè)為b)，這些數(shù) 據(jù)可從汽輪機(jī)制造廠家給定的數(shù)據(jù)中獲?。猾@取預(yù)設(shè)的整場分區(qū)數(shù)（假設(shè)為c)、每個回路 的集熱單元數(shù)量（假設(shè)為d)，每個集熱單元開口面積（假設(shè)為e)，這些數(shù)據(jù)可以根據(jù)實(shí)際 需求預(yù)先設(shè)置在系統(tǒng)中；獲取集熱槽角度，一般傾角、方位角均可選為〇度；
[0032] 根據(jù)光場所在地的經(jīng)緯度坐標(biāo)，光資源獲取模塊1中的時間序列數(shù)據(jù)，計(jì)算當(dāng)?shù)?太陽時（太陽時是指以太陽日為標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算的時間；真太陽時要求每天的中午12點(diǎn)，太陽 處在頭頂最高）與真空集熱管的入射角；在考慮真空集熱管光學(xué)效率、集熱槽入射角修正 系數(shù)、陰影因子和真空集熱管尾端損失的基礎(chǔ)上，計(jì)算光場效率（假設(shè)為y，y可為各項(xiàng)系數(shù) 相乘所得的結(jié)果，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)需要進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)的選擇，這里不贅述），將所述 DNI值乘以所述光場效率，得到光場理論熱功率輸出（計(jì)算為xy)。按照集熱管熱損失與環(huán) 境溫度、風(fēng)速的關(guān)系曲線，計(jì)算集熱管熱損失（假設(shè)為z);通過光場理論熱功率輸出減去集 熱管熱損失，得到光場熱輸出功率（計(jì)算為xy-z)。
[0033] 假設(shè)所需的集熱總回路（loops)數(shù)為M(確定回路數(shù)就可確定光場布置形式）：
[0034] M = (a*s) / (b* (x*y_z) *d*e)
[0035] 每個分區(qū)需要的回路數(shù)，設(shè)為N :
[0036] N = M/c
[0037] 儲能選擇與發(fā)電計(jì)算模塊3,用于根據(jù)儲能時間（設(shè)為t)、汽輪機(jī)的額定輸入熱功 率（a/b)，并考慮換熱器的效率（設(shè)為h)，計(jì)算儲能容量與儲罐直徑以選擇儲能設(shè)備。在一 個實(shí)施例中，所述儲能選擇與發(fā)電計(jì)算模塊3還用于按照槽式太陽能電站運(yùn)行規(guī)程給定不 同工況下的儲能系統(tǒng)充熱放熱的控制策略。
[0038] 下面對儲能容量與儲罐直徑的計(jì)算進(jìn)行詳細(xì)說明：
[0039] 獲取光場布置模塊額定點(diǎn)的入口導(dǎo)熱油溫度為T1、出口溫度為T2、熱罐熔鹽密度 (根據(jù)溫度查熔鹽性能表）為P、熱罐熔鹽比熱（根據(jù)溫度查熔鹽性能表）q、儲罐高度為i、 確定儲罐對數(shù)為j、儲罐底部最少熔鹽厚度為k :
[0040] 計(jì)算出儲熱熱容量Q = (a*t)/b
[0041] 儲能容量計(jì)算公式 V = Q*3. 6*106/(p*q*(T2_Tl)*h)
[0042] 儲罐直徑計(jì)算公式 D = 2* (VA3. 14*j* (i-k))) °_5
[0043] 所述儲能選擇與發(fā)電計(jì)算模塊3,還用于計(jì)算不同管道（輸送導(dǎo)熱油的管道）的 熱損失，例如可依據(jù)按照《火力發(fā)電廠保溫油漆設(shè)計(jì)規(guī)程》進(jìn)行計(jì)算。將光場布置模塊2中 得到的光場熱輸出功率（xy-z)，減去不同管道的熱損失（設(shè)為g)，得到光場凈熱量輸出功 率（xy-z-g);根據(jù)廠家給出的汽輪機(jī)的不同工況下的出力，并考慮溫度變化對汽輪機(jī)出力 的影響，按照實(shí)際熱量-功率輸出曲線計(jì)算電站逐時理論輸出發(fā)電功率。
[0044] 發(fā)電量獲取模塊4,用于獲取各項(xiàng)電能損失，將儲能選擇與發(fā)電計(jì)算模塊3中計(jì)算 得到的電站逐時理論輸出發(fā)電功率，減去各項(xiàng)電能損失，得到電站逐時實(shí)際輸出發(fā)電功率 及年總發(fā)電量。所述獲取各項(xiàng)電能損失具體為根據(jù)廠家給出的不同工況下的耗電曲線，獲 取導(dǎo)熱油主泵、導(dǎo)熱油循環(huán)泵、光場跟蹤與控制、導(dǎo)熱油加熱器、儲能吸熱泵與放熱泵、發(fā)電 單元給水泵、凝結(jié)水泵、冷卻系統(tǒng)及其他的電能損失。
[0045] 在圖1所示的實(shí)施例中，優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊6,用于儲存通過發(fā)電量獲取模塊4獲得的 年總發(fā)電量，并調(diào)整不同太陽倍數(shù)與儲能時間的組合，將調(diào)整后的太陽倍數(shù)與儲能時間分 別發(fā)送至光場布置模塊2和儲能選擇與發(fā)電計(jì)算模塊3,儲存通過發(fā)電量獲取模塊4獲得的 新的年總發(fā)電量，以此類推，以年總發(fā)電量最大為目標(biāo)得出相應(yīng)的太陽倍數(shù)與儲能時間，并 以此獲得相應(yīng)的光場布置以及儲能設(shè)備選擇。具體的，例如，所述儲能時間為4h、5h、6h、8h、 lOh等（5種選擇）；太陽倍數(shù)為1、2、2· 5、3、3· 5、4等（6種選擇）；排列組合為5*6 = 30種 選擇，這些參數(shù)可預(yù)先設(shè)置在優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊6中。
[0046] 根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，還包括報告輸出模塊7,用于按照規(guī)程規(guī)范要求，輸出 年發(fā)電量、月發(fā)電量、典型日（春分日、夏至日、秋分日、冬至日）發(fā)電曲線、光場布置、太陽 倍數(shù)與儲能時間的優(yōu)化曲線等，并按照具體格式要求自動輸出槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與 優(yōu)化報告。
[0047] 對于光場布置的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，還可選擇其他目標(biāo)，例如根據(jù)發(fā)電成本或項(xiàng)目總凈 現(xiàn)值來選擇光場布置。因此，在圖2所示的實(shí)施例中，還包括測算模塊5,用于根據(jù)通過光 場布置模塊2獲得的光場布置、通過儲能選擇與發(fā)電計(jì)算模塊3中選擇的儲能設(shè)備、通過發(fā) 電量獲取模塊4獲得的年總發(fā)電量，獲得年平均度電成本或項(xiàng)目總凈現(xiàn)值。電站的總成本 包括：（1)直接成本，涉及土地平整費(fèi)用（與光場面積成正比）、光場費(fèi)用（與光場面積成 正比）、導(dǎo)熱油系統(tǒng)費(fèi)用（與光場面積成正比）、儲能費(fèi)用（與儲能容量成正比）、發(fā)電系統(tǒng) 費(fèi)用（與汽輪機(jī)額定功率成正比）、輔機(jī)費(fèi)用（與汽輪機(jī)額定功率成正比）、備用系統(tǒng)費(fèi)用 (與汽輪機(jī)額定功率成正比）。（2)間接成本，涉及土地費(fèi)用（與占地面積成正比）、電站設(shè) 計(jì)與建設(shè)成本（一般取直接成本的20%?25%)。（3)運(yùn)行與維護(hù)成本，一般分為固定運(yùn) 行與維護(hù)費(fèi)用（與電站額定功率成正比）、固定運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)用（與電站發(fā)電量成正比）。 通過輸入上網(wǎng)電價、貸款利率、所得稅率、分析年限、折舊率、通貨膨脹率、保險費(fèi)率等，按照 我國會計(jì)原則計(jì)算年平均度電成本與項(xiàng)目總凈現(xiàn)值。
[0048] 在這種情況下，所述優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊6用于以年平均度電成本最小或項(xiàng)目總凈現(xiàn)值 最大優(yōu)化光場布置，具體的，考慮不同太陽倍數(shù)與儲能時間的組合，重新執(zhí)行模塊2至模塊 5,得到新的年平均度電成本或項(xiàng)目總凈現(xiàn)值。選擇年平均度電成本最小或項(xiàng)目總凈現(xiàn)值 最大時對應(yīng)的太陽倍數(shù)與儲能時間，作為電站的最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)，并自動更改光場布置模塊2 中的光場布置。
[0049] 此外，本發(fā)明還提出一種槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法，用于實(shí)現(xiàn)上述槽 式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)的功能，包括對應(yīng)于光資源獲取模塊1、光場布置模塊 2、儲能選擇與發(fā)電計(jì)算模塊3、發(fā)電量獲取模塊4、測算模塊5、優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊6、以及報告 與輸出模塊7的光資源獲取步驟、光場布置步驟、儲能選擇與發(fā)電計(jì)算步驟、發(fā)電量獲取步 驟、測算步驟、優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟、以及報告與輸出步驟中的一者或多者。由于這些步驟與所對 應(yīng)的模塊輸入輸出關(guān)系以及功能一致，這里不再贅述。
[0050] 由此可見，本發(fā)明提出的槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化方案，集成了大量用于 實(shí)際光熱電站設(shè)計(jì)的設(shè)備，以及氣象基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，且光熱電站光資源數(shù)據(jù)與 設(shè)計(jì)參數(shù)也能為將來的光熱電站設(shè)計(jì)項(xiàng)目直接參考使用；同時，該系統(tǒng)能自動進(jìn)行光熱電 站優(yōu)化設(shè)計(jì)，選擇最優(yōu)不同太陽倍數(shù)與儲能時間，進(jìn)行光場最優(yōu)布置，并按照具體格式要求 自動輸出槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化報告。該系統(tǒng)科學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)槽式太陽能光熱電 站，較大地提高了設(shè)計(jì)水平，并節(jié)省了光熱電站設(shè)計(jì)的時間，加快了工程建設(shè)的速度。
[0051] 本發(fā)明所提出的上述實(shí)施方式僅為示例性的，并不作為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限 制，上述各個模塊可通過現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的常用技術(shù)（軟件、硬件或固件等）以及風(fēng)電場 領(lǐng)域的常用技術(shù)實(shí)現(xiàn)，這里不再贅述，本領(lǐng)域技術(shù)人員可使用這些技術(shù)對本發(fā)明做出修改， 以適應(yīng)各種具體的實(shí)際情況，這些修改也落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于： 所述槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)包括光資源獲取模塊、光場布置模塊、儲能 選擇與發(fā)電計(jì)算模塊、發(fā)電量獲取模塊、以及優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊；其中： 所述光資源獲取模塊，用于輸入已做工程的測光資料與參證氣象站資料，形成基礎(chǔ)資 料數(shù)據(jù)庫； 所述光場布置模塊，用于建立包含多種集熱槽、多種真空集熱管、以及多種導(dǎo)熱油的設(shè) 備數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)從所述光資源獲取模塊獲得的基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)庫、所述設(shè)備數(shù)據(jù)庫以及設(shè) 置的太陽倍數(shù)獲得初步光場布置； 所述儲能選擇與發(fā)電計(jì)算模塊，用于根據(jù)設(shè)置的儲能時間、汽輪機(jī)的額定輸入熱功率 以及換熱器的效率，獲得儲能容量與儲罐直徑以選擇儲能設(shè)備，并根據(jù)所述初步光場布置 以及管道的熱損失，獲得電站逐時理論輸出發(fā)電功率； 所述發(fā)電量獲取模塊，用于根據(jù)所述電站逐時理論輸出發(fā)電功率以及電站各個設(shè)備的 電能損失，得到電站逐時實(shí)際輸出發(fā)電功率及年總發(fā)電量； 所述優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊，用于調(diào)整所述光場布置模塊中設(shè)置的所述太陽倍數(shù)以及所述儲能 選擇與發(fā)電計(jì)算模塊中設(shè)置的所述儲能時間，并根據(jù)所述發(fā)電量獲取模塊獲取的與各個太 陽倍數(shù)和儲能時間對應(yīng)的年總發(fā)電量，選擇最終的光場布置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于： 所述系統(tǒng)還包括測算模塊，用于根據(jù)通過光場布置模塊獲得的光場布置、通過儲能選 擇與發(fā)電計(jì)算模塊中選擇的儲能設(shè)備以及通過發(fā)電量獲取模塊獲得的年總發(fā)電量，獲得年 平均度電成本或項(xiàng)目總凈現(xiàn)值； 所述優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊，用于調(diào)整所述光場布置模塊中設(shè)置的所述太陽倍數(shù)以及所述儲能 選擇與發(fā)電計(jì)算模塊中設(shè)置的所述儲能時間，并根據(jù)所述測算模塊獲取的與各個太陽倍數(shù) 和儲能時間對應(yīng)的年平均度電成本或項(xiàng)目總凈現(xiàn)值，選擇最終的光場布置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于： 所述系統(tǒng)還包括報告輸出模塊，用于自動輸出槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化報告。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于： 所述測光資料至少為完整一年的逐時時間序列數(shù)據(jù)，以及所述光資源獲取模塊還包括 修正子模塊，用于對輸入的測光資料和參證氣象站資料進(jìn)行檢驗(yàn)和修正。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于： 所述光場布置模塊用于根據(jù)從所述光資源獲取模塊獲得的基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)庫、所述設(shè)備 數(shù)據(jù)庫以及設(shè)置的太陽倍數(shù)獲得初步光場布置具體包括： 從所述基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)庫中獲取光場所在地春分日中午12:00的太陽直接輻射值X ;獲 取選擇的汽輪機(jī)的額定功率a與效率b ;獲取預(yù)設(shè)的整場分區(qū)數(shù)c、每個集熱回路的集熱單 元數(shù)量d，每個集熱單元開口面積e ;獲取集熱槽角度；根據(jù)光場所在地的經(jīng)緯度坐標(biāo)，光資 源獲取模塊中的時間序列數(shù)據(jù)，計(jì)算當(dāng)?shù)靥枙r與真空集熱管的入射角；在考慮真空集熱 管光學(xué)效率、集熱槽入射角修正系數(shù)、陰影因子和真空集熱管尾端損失的基礎(chǔ)上，計(jì)算光場 效率y，根據(jù)所述太陽直接輻射值X乘以所述光場效率y，得到光場理論熱功率輸出x*y ;按 照集熱管熱損失與環(huán)境溫度、風(fēng)速的關(guān)系曲線，獲得集熱管熱損失z ;通過光場理論熱功率 輸出減去集熱管熱損失Z，得到光場熱輸出功率X*y-z，于是所需的集熱總回路數(shù)Μ被確定 為： M= (a*s)/(b*(x*y_z)*d*e) 每個分區(qū)需要的回路數(shù)N為： N = M/c。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于： 所述儲能選擇與發(fā)電計(jì)算模塊用于根據(jù)設(shè)置的儲能時間、汽輪機(jī)的額定輸入熱功率以 及換熱器的效率，獲得儲能容量與儲罐直徑以選擇儲能設(shè)備具體包括： 獲取光場布置模塊額定點(diǎn)的入口導(dǎo)熱油溫度T1、出口溫度T2、熱罐熔鹽密度p、熱罐熔 鹽比熱q、儲罐高度i、確定儲罐對數(shù)j、儲罐底部最少熔鹽厚度k : 獲得儲熱熱容量Q = (a*t) /b 獲得儲能容量 V = Q*3. 獲得儲罐直徑 D = 2*(VA3. 14*j*(i-k)))°_5 其中，t為儲能時間、汽輪機(jī)的額定輸入熱功率為a/b、換熱器的效率為h。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于： 所述優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊以年總發(fā)電量為目標(biāo)選擇最終的光場布置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于： 所述優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊以年平均度電成本最小或項(xiàng)目總凈現(xiàn)值最大為目標(biāo)選擇最終的光 場布置。
9. 一種槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法，其特征在于： 所述槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法包括光資源獲取步驟、光場布置步驟、儲能 選擇與發(fā)電計(jì)算步驟、發(fā)電量獲取步驟、以及優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟；其中： 所述光資源獲取步驟中，輸入已做工程的測光資料與參證氣象站資料，形成基礎(chǔ)資料 數(shù)據(jù)庫； 所述光場布置步驟中，建立包含多種集熱槽、多種真空集熱管、以及多種導(dǎo)熱油的設(shè)備 數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)從所述光資源獲取步驟獲得的基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)庫、所述設(shè)備數(shù)據(jù)庫以及設(shè)置 的太陽倍數(shù)獲得初步光場布置； 所述儲能選擇與發(fā)電計(jì)算步驟中，根據(jù)設(shè)置的儲能時間、汽輪機(jī)的額定輸入熱功率以 及換熱器的效率，獲得儲能容量與儲罐直徑以選擇儲能設(shè)備，并根據(jù)所述初步光場布置以 及管道的熱損失，獲得電站逐時理論輸出發(fā)電功率； 所述發(fā)電量獲取步驟中，根據(jù)所述電站逐時理論輸出發(fā)電功率以及電站各個設(shè)備的電 能損失，得到電站逐時實(shí)際輸出發(fā)電功率及年總發(fā)電量； 所述優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟中，調(diào)整所述光場布置步驟中設(shè)置的所述太陽倍數(shù)以及所述儲能選 擇與發(fā)電計(jì)算步驟中設(shè)置的所述儲能時間，并根據(jù)所述發(fā)電量獲取步驟獲取的與各個太陽 倍數(shù)和儲能時間對應(yīng)的年總發(fā)電量，選擇最終的光場布置。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法，其特征在于： 所述方法還包括測算步驟，在所述測算步驟中，根據(jù)通過光場布置步驟獲得的光場布 置、通過儲能選擇與發(fā)電計(jì)算步驟中選擇的儲能設(shè)備以及通過發(fā)電量獲取步驟獲得的年總 發(fā)電量，獲得年平均度電成本或項(xiàng)目總凈現(xiàn)值； 在所述優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟中，調(diào)整所述光場布置步驟中設(shè)置的所述太陽倍數(shù)以及所述儲能 選擇與發(fā)電計(jì)算步驟中設(shè)置的所述儲能時間，并根據(jù)所述測算步驟獲取的與各個太陽倍數(shù) 和儲能時間對應(yīng)的年平均度電成本或項(xiàng)目總凈現(xiàn)值，選擇最終的光場布置。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法，其特征在于： 所述方法還包括報告輸出步驟，在所述報告輸出步驟中，自動輸出槽式太陽能光熱電 站設(shè)計(jì)與優(yōu)化報告。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法，其特征在于： 所述測光資料至少為完整一年的逐時時間序列數(shù)據(jù)，以及所述光資源獲取步驟還包括 修正子步驟，在所述修正子步驟中，對輸入的測光資料和參證氣象站資料進(jìn)行檢驗(yàn)和修正。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法，其特征在于： 所述光場布置步驟中，根據(jù)從所述光資源獲取步驟獲得的基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)庫、所述設(shè)備 數(shù)據(jù)庫以及設(shè)置的太陽倍數(shù)獲得初步光場布置具體包括： 從所述基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)庫中獲取光場所在地春分日中午12:00的太陽直接輻射值X ;獲 取選擇的汽輪機(jī)的額定功率a與效率b ;獲取預(yù)設(shè)的整場分區(qū)數(shù)c、每個集熱回路的集熱單 元數(shù)量d，每個集熱單元開口面積e ;獲取集熱槽角度；根據(jù)光場所在地的經(jīng)緯度坐標(biāo)，光資 源獲取步驟中的時間序列數(shù)據(jù)，計(jì)算當(dāng)?shù)靥枙r與真空集熱管的入射角；在考慮真空集熱 管光學(xué)效率、集熱槽入射角修正系數(shù)、陰影因子和真空集熱管尾端損失的基礎(chǔ)上，計(jì)算光場 效率y，根據(jù)所述太陽直接輻射值X乘以所述光場效率y，得到光場理論熱功率輸出X*y ;按 照集熱管熱損失與環(huán)境溫度、風(fēng)速的關(guān)系曲線，獲得集熱管熱損失Z ;通過光場理論熱功率 輸出減去集熱管熱損失Z，得到光場熱輸出功率X*y-z，于是所需的集熱總回路數(shù)Μ被確定 為： M= (a*s)/(b*(x*y_z)*d*e) 每個分區(qū)需要的回路數(shù)N為： N = M/c〇
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法，其特征在于： 所述儲能選擇與發(fā)電計(jì)算步驟中，根據(jù)設(shè)置的儲能時間、汽輪機(jī)的額定輸入熱功率以 及換熱器的效率，獲得儲能容量與儲罐直徑以選擇儲能設(shè)備具體包括： 獲取光場布置步驟額定點(diǎn)的入口導(dǎo)熱油溫度T1、出口溫度T2、熱罐熔鹽密度p、熱罐熔 鹽比熱q、儲罐高度i、確定儲罐對數(shù)j、儲罐底部最少熔鹽厚度k : 獲得儲熱熱容量Q = (a*t) /b 獲得儲能容量 V = Q*3. 獲得儲罐直徑 D = 2*(VA3. 14*j*(i-k)))°_5 其中，t為儲能時間、汽輪機(jī)的額定輸入熱功率為a/b、換熱器的效率為h。
15. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法，其特征在于： 所述優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟中，以年總發(fā)電量為目標(biāo)選擇最終的光場布置。
16. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的槽式太陽能光熱電站設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法，其特征在于： 所述優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟中，以年平均度電成本最小或項(xiàng)目總凈現(xiàn)值最大為目標(biāo)選擇最終的 光場布置。
【文檔編號】G06F19/00GK104156556SQ201410284786
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月20日
【發(fā)明者】彭懷午, 劉豐, 郭子山, 嚴(yán)志勇, 閆曉宇, 布仁, 包紫光 申請人:內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司