автореферат диссертации по энергетике, 05.14.08, диссертация на тему:Солнечные электростанции: энергетика системы концентратор-приемник и математические модели

лклдкмпм им'к уодекистлп

• " V -п - б "

илучио-шчнгиюдстпишнж (н.'ы:д1пи:1 ше <фм;и11;л-<:<).11Щ1> пчпш 1:.л.л;шлн>1£л

ФНЗИК0-ТЕХ1ШЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ , имени С.В.СТАРОДУБЦЕВА

СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ: ЭНЕРГЕТИКА СИСТЕМЫ КОНЦЕНТРАТОР -ПРИЕМНИК И МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ

исцип.'П.моеп. 05.14.UK - ПреоГфа чешапие позобпонллеммх ншиж

энергии и усчапопки на их оспопс

Па нравах рукописи

УДК 021.421.004

КОП1ПШЛ1 Тсмирлнп Космбпенич

АКТОРИФГЛ'ЛТ

диссертации па соискание ученой степени докчора технических наук

Ташкент - 1998

Работа выполнена в Государственном научно-исснедовате! ском энергетическом институте им. Г.М.Кржижановского и Лпг шине ком Государственном унинерсигеш им. А бая.

Официапьныо оппоненты:

-доктор технических паук И.И.Г1ИРМАТОВ (Узбекистан)

академик, АНТ Н.Р.КОРПЕЕВ (Туркменистан)

доктор технических наук,

профессор А.Б.ВАРДИЯШВИЛИ (Узбекистг

Ведущая организация: Институт энергетики и автоматики АН РУз.

Защита состоится 199^ г. в ^ час.

заседании специализированного Совета Д.015.08.01 по заиц диссертации на соискание ученой степени доктора (кандида технических наук при Физико-техническом институте НПО «Физи Солнце» АН РУз по адресу: 700084, Ташкент, ул.Г.Мавлянова, 2 Б

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физи технического института НПО «Физика-Солнце» АН РУз.

Автореферат разослан "//" ЮСкРг.

Ученый секретарь Специализированного Совета Д О 15.08.01, д.ф.-м.н.

Ф.АХМЕДОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ

Одно из перспективных направлений исследований и технических разработок в области использования солнечной энергии связано с созданием крупномасштабных гелиоэнергетических объектов -солнечных электростанций(СЗС).

В настоящее время наиболее технически и экономически обоснованными являются концепции солнечных электростанций башенного и модульного типа с термодинамическим преобразованием энергии. Такал схема полодена з основу большинства зарубежных проектов солнечных станции,интенсивно разрабатываемых специалистами США,Японии,Италии,Испании,Франции и других стран.

Идея преобразования солнечной энергии в электрическую в энергетически установках основана на сочетании метода концентрации прямой солнечной радиации с помощью зеркальных систем и термодинамического способа преобразования тепловой энергии с помощью традиционного теплоэнергетического оборудования .

За последние два десятилетия разработан ряд математических моделей зеркальных концентрирующих систем,формулируют« энергетические задачи теории концентраторов.Методы их расчета развиты з работах P.P. Апариси.Д.И. Теплякова.Р.А. Захидова, И.В. Бауиа,

B.А. Грилихеса и др.

При создании Большой Солнечной Печи(БСП) тепловой мощностью 1000 кВт репался широкий круг научно-технических и практических задач, возникающее при создании оптико-энергетических систем широкого назначения, которые ппгроко отрадны в работах

C.А. Азимова,Т.Т. Рискиева.И.И. Пирматова.А. Абдурахмакова и др.

В СНГ(на Украине),в Крыму.с 1985 г.был задействован первый

пусковой комплекс экспериментальной солнечной электростанции

Одной из основных проблем.возникших при проектировании и в ходе экспериментальных исследований на Крымской экспериментальной солнечной станции СЗС-5,являлась разработка единого комплекса математической модели основных подсистем оптической(ОС) и теплосиловой части(СНГ) станции и проведение комплексных экспе- • риментальных работ .

Главной проблемой этого направления' являлась разработка многофзктэрней математической модели "ОПТИКА-СЭС", позволяющая в

полном обьеые исследовать оптико-геометрические.оптико-анерге-тические характеристики оптических систем СЭС,выбор оптимальных вариантов компоновки оптических систем .анализ режимов работы, расчет энергетичеашх характеристик и оптимизация параметров ОС-СПГ и станции в целом.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ Исходя из большого научного и народно-хозяйственного значения проблемы использования солнечной энергии и,в частности, перспективности применения солнечных электростанций, использующих оптические концентрирующие системы и тепловой преобразователь, данная диссертация посвящена разработке единых методов расчета на основе многофакторной математической модели работы ОС-СПГ,а также решения ряда конкретных практических и эксплуатационных задач.

Солнечная электростанция (СЭС-5) представляет собой сложную крупюмзсттабную систему,на различных этапах проектирования, ооарулиши и эксплуатации которой возникает целый ряд задач теоретического и экспериментального характера,которые требуют своего решения.

Наименее изученной и наиболее дорогостоящей'частью СЭС является оптическая система,состоящая на множества отдельных зеркал-гелиостатов и лучевоспринимащеи поверхности приемника,расположенного на башне.

Поэтому основная цель диссертационной работы на примере Крымской экспериментальной солнечной электростанции СЭС-5- решить научно-технические задачи,возникающие в плане поиска оптимальных режимов работы основных подсистем СЭС-5,а также разработка переспективных схем СЭС промышленного уровня мощности.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА Новизна диссертации представляет собой детальную разработку трех взаимосвязанных разделов теории,практики расчета и оптимизации функциональных характеристик оптической и теплосиловой систем СЭС .(

Разработаны и применены на конкретных обьекгах СЭС-Б к решению комплексы научно-технических задач,возникающих при ооз-дании оптических и теплосиловых систем промышленного уровня мощности.

Применительно к оптическим системам;

Разработана и реализована многофакторная математическая модель "Оптика-СЭС",которая в полном объеме позволяет исследовать оптико-геометрические,энергетические,эксплуатационные характеристики и оценить эффективность Функционирования зеркальных элементов поля гелиостатов СЭС-5.

Разработана и реализована математическая модель движения Солнца,позволяющая по среднестатистическим климатическим характеристикам района расположения СЭС определять наиболее вероятные режимы работы системы и прослеживать динамику прихода радиации на зеркальную поверхность в течение рабочего дня СЭС-5.

Предложена и реализована серия специального класса математических неделей и пакета прикладных программ на ЭВМ,позволяющая всесторонне исследовать следующие характеристики оптических систем:выбор способа подвески рабочей поверхности гелиостатов на конструкторскую разработку с различными схемами монтировки; скоростные характеристики поля гелиостатов СЭС-5; проявление щелевого эффекта и появление теневого эффекта от башни СНГ как на отдельном гелиостате,так и на всем поле гелиостатов.

Разработан алгоритм малшнной"упаковки"зеркального поля и методы оптимального заполнения земельного учзстка.Проведено глобальное сравнение вариантов компановки поля гелиостатов перспективных СЭС.

Разработан и реализован на ВЦ СЭС-5 пакет прикладных программ,работающих в реальном режиме работы поля гелиостатов с целью контроля и для проведения экспресс анализа режимов работы оптической системы.Визуализация работы ОС СЭС осуществляется на дисплее оператора ЭВМ,а также в виде распечаток АЦПУ ЭВМ.

Применительно к теплосиловым системам :

Предложена и реализована методика расчета оценки температурного режима панели солнечного парогенератора применительно к условиям периодического изменения внешнего теплового воздействия. Модель охватывает большой диапазон конструктивных,режимных и климатических факторов,влияющих на температурный режим СПГ.

- Определены характерные тепловые потери солнечного парогенератора с учетом климатических и эксплуатационных характеристик.

- в -

• Разработана и внедрена методика расчета для проведения комплексных экспериментов по энергетическому балансу СЭС-б.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ

К числу основных практических приложений результатов диссертации можно отнести следующие:

1. Автором впервые была разработана и передана в эксплуатацию многофакторная математическая модель работы основных под-оистем СЭС-Б,с помощью которой нз основе моделирования работы ОС-СПГ были отобраны перспективные схемы,позволяющие повысить надежность работы основной дорогостоящей части СЭС.

2.Математическая модель "Оптика СЭС" была разработана , а программа расчета реализована на ВЦ СЭС-5,что позволило рассчитать энергетические показатели поля гелиостатов в течение рабочего дня. С помощью этой модели можно также определить количество гелиостатов, следящих по оптическому датчику под, следящих по уравнении пур и количество блокированных гелиостатов в каждый момент времени.

3. Математическая модель для оптимизации и компоновки модуля СЭС в основном нацелена на минимизацию характерных потерь и дает ответы на следующие вопросы: определение обобщенной локальной характеристики оптической системы и поиск наилучшего расположения основных элементов подсистем;поиск оптимального сочетания параметров зеркального поля с геометрией приемника и заполнения зеркального поля на наиболее выгодных в энергетическом отношении областях земельного участка.

4.Экспериментальная информация, полученная от СПГ и обработанная на ЭВМ по разрабатываемому алгоритму,дала возможность диагностировать эффективность эксплуатационных режимов работь солнечного парогенератора.

Б.Частные математические модели работы СПГ дали возможность эксплуатационному персоналу оценить реакцию солнечной парогенератора на равномерные, одучайные или периодические радиационные воздействия и выработать эффективные методы регулирования режимов работы СПГ или определить средства для управла ния его тепловым режимом.

Разработанная и внедренная методика по комплексному эка перименту СЭС-5 и проведенные серии экспериментов позволили оп ределцть основные показатели станции.

ЛИЧНОЕ УЧАСТИЕ АВТОРА В ПОЛУЧНШН НАУЧНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

На протяжении более десяти лет автор принимал непосредственное участие в разработке СЭС-5 и является основным исполнителем по всем этапам данной работы,начиная от постановки задачи, аналитического исследования,экспериментальных и опытно- промышленных исследований .до обобщения результатов и сдачи в эксплуатацию.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Основные результаты за период выполнения диссертации работы докладывались и обсуждались на заседании секции "Нетрадиаци-оннне тепловые электростанции" (Москва,ЭНИН им. Г.М.Кряижаново-кого,1У8Ч),на научно-практическом семинаре "Возобновляемые источники энергии" (г.Щелкшю,СЭС-5,1989),на научно-технической конференции "Проблемы использования солнечной энергии в странах СНГ'" (г.Сочи, 1УУУ),на Субрегиональном семинаре ЮНЕСКО по возобновляемым источникам энергии (Ташкент,8-10 январь,1996),на X Казахстанской научной конференции по математике (г.Шым-кент,11-14 сентябрь,1996 г.) и научно-технической конференции "Использование солнечной энергии" ( Ташкент,11-14 декабря,1096 г.), а тага»? на научных семинарах лаборатории оптических систеМ| солнечных электростанций ЭНИН им.Кржижановского.Крымском экспериментальном полигоне ЭНИНа, Крымской СЭС-5,Каршинском госуниверситете, ФТИ НПО "Физика-Солнца"ЛН РУз и в Институте Энергетики и автоматики АН РУз.

СТУБЛШОДИ ПО РАБОТЕ

По теме диссертации опубликовано 16 работ.В международном журнале "Гелиотехника", сборниках трудов ЭНИНа им.Г.М.Кржижановского и Алматинского государственного университета имени АбЛЯ.

ОБЪЕМ РАБОТЫ

Диссертация состоит из введения,шести глав,основных выводов и рекомендации и списка использованной литературы.

Общий обюм диссертации И70 страниц,93 рисунка, 11 таблицы и список литературы 135 наименования.

- а -

Первая глава посвящена аналитическому обзору по солнечным электростанциям башенного и модульного типа.

Особое внимание в обзоре уделено функциональному назначении ооновных подсистем Крымской экспериментальной солнечной электростанции(СЭС-5).СЭС-5 представляет собой крупную экспериментальную энергетическую установку, предназначенную для испытания новых образцов оборудования - гелиостатов (ГСГ>.солнечного парогенератора (СПР).устройств автоматики (АСУ ПГ) и выработки алектроэнергии от солнечной радиации(Рис.1).

В настоящее время построены модульные СЭС мощностью от нескольких киловатт до 13,8 мВт в США,Франции,Италии,Японии, Австрии. Б США завершается строительство крупнейшей в мире СЭС модульного типа мощностью 30 мВт.Из анализа следует,что, кроме экспериментальных работ, небходимо провести теоретические наследования, позволяющие сократить непроизводительные эмпирические поиски оптимальных конструктивных решений и режимов работы различных подсистем СЭС и обеспечивающих в конечном счете надежность функционирования системы в целом.

Круг основных проблем и задачи,возникающие при проектировании СЭС,являются проблемой выбора рациональной схемы оптичео-кой и теплосиловой системы станции. Поэтому, в данной главе рассматриваются схемы построения оптической и теплосиловой системы перспективных СЭС.

Глава завершается построением общей функциональной структуры многофакторной математической модели работы основных подсистем ОС-СПГ СЭС-5(Рис.2).

Вторая глаза диссертации посвящена построению математичео-ких моделей "Оптика-СЭС" с целью выявления,описания и визуализации основных факторов, определяющих эффективность использования зеркальных систем СЭС башенного типа.

В связи с задачей построения математических и рабочих моде лей СЭС большое значение приобретает учет важнейших закономерностей движения Солнца , климатических характеристик района расположения СЭС и поиск оптимального сочетания параметров зеркального поля о геометрией приемника.

Эта большая и сложная задача решается в данной главе дио-сертации методом-создания математических моделей отдельных подсистем СЭС-5.

от ОТ

Рис. 1 а). Принципиальная тепловая схема СЭС - 5.

б). Оптическая система СЭС-5 скема размещения ППУ

И СП Г (Время ввода в работу периферийны« пунктов управления (ППУ) гелиостата СХ-5)

Рис.2. Общая функциональная структура многофакторной ■ математической модели работы основных подсистем СЭС.

Поэтому еадача "Оптика-СЭС" в целом увявываться с оптиш аацией его основных падсистем(оптической,тепловой) не толы каждой в отдельности, но и б комплексе.

В плане разработки перспективных схем СЭС промышленного уровня мощности в данной главе также рассматривается схемы ра них компоновок зеркального поля относительно бащни.

Для определения ожидаемой выработки энергии СЭС несбходи ма иметь характер режима поступления солнечной радиации,ско рроть ветра и облачность данной местнооти.

Разработанная имитационная модель движения Солнца и кли мата позволяет по средним многолетним климатическим характе

ристикам в районе расположения СЭС определять наиболее вероятный режим работы оптической системы,прослеживать движение Солнца и прихода прямой солнечной радиации в данной географической широте в течение рабочего дня СЭС-5 и различные сезоны года.

Суммарный приход радиации на 1 м2, перпендикулярной лучам

поверхности, за все часы фактического солнечного сияния в месяц

»я(го) можно вычислить по формуле:

р dt sin h(t)

E0(m)-Mm) In(m) -—-—— . (Z.l)

J c(m)+sinh(t)

где C(m)- коэффициент ослабления радиации, (m - номер месяца), sin h(t)-синус высоты Солнца над горизонтом.

Компоненты вектора Солнца S в экваториальной системе координат имеют следуюшдй вид :

5{Sie,S2E,S3E>—tcoss COSÍ2c,COs5 Slnñc.SinSjE . (2.2)

Осуществив поворот экваториальной системы координат на угол (я/2-B) .получил компоненты вектора Солнца в локально-географической системе координат. Тогда третьим компонентом вектора Sz является синус высоты Солнца над горизонтом:

Sz- sin h-sin0 sln5+cosB cos5 cosíí, (2.2a)

где в - географическая широта района расположения СЭС-5 45°,45 с.ш; 5 - склонение Солнца; ñ-wt - часовой угол; t- солнечное Еремя в часах, отсчитываемое от астрономического полудня.

Формулу преобразования системы координат можно записать в -* -*

следующей матричной форме: S-A(S)e ,где А-матрица перехода- от экваториальной к локально-географической декартовой системе координат:

sing 0 -cosв

О 10

cos в 0 sínB

(2.3)

Имитационная модель движения Солнца и модель климата в целом является исходной моделью для съемз первичной информации для последующих блоков математических моделей.

В целом модель охватывает обработку климатических характеристик района расположения СЭС -для общей оценки гелиоэнергети-

чеокого ресурса данного района.

Оптическая система оолнечной электростанции башенного типа обладает всеми чертами сложных технических систем, нормальная работа которой возможна лишь при отрого сбалансированном учете множвотва разнородных ограничении, взаимопротивоположных аффектов и противоречивых требований, предъявляемых к ним в процессе их функционирования.Так, например, достижение высокого коэффициента концентрации потока излучения требует размещения большого числа отражателей на возможно меньшей площади вокруг башни о центральным приемником. В то же время плотное расположение единичных отражателей в зеркальном поле приводит к их взаимному затенению и блокировке. С другой стороны, это ведет к значительным дополнительным расходам, связанным с увеличением числа автономных систем ориентации единичных зеркал,и увеличивает неоднородное«! поля энергетической освещенности на поверхности СПГ

Таким образом, потери потока излучения в оптической системе должны рассматриваться как реальный фактор, сопутствующий ее нормальному функционированию, который не может быть устранен односторонними мерами. Поэтому при поотроении модели поля гели-оататов СЭС были рассмотрены те категории факторов оптической системы,.на уровень которых мы можем активно влиять.

Это следующие факторы: cosí? - фактор косинуса; аеа - фактор затенения; ate - фактор блокировки; *а,а - Фактор затенения и блокировки; Па - фактор зеркала или коэффициент использования зеркальной поверхности; карп - коэффициент заполнения. -

Задачей модели поля гелиостатов является выявление, описание, визуализация и количественна! характеристика указанных факторов.

Одной из важных характеристик оптической системы является фактор косинуса cos? .характеризующий степень использования ееркальной поверхности следящих гелиостатов

Cosi0j-t(l+(S,Ri)/2]1/s: , (2.4)

где S - единичный вектор Солнца,^ - единичный вектор 'отраженного луча.

С энергетической точки зрения под эффектом затенения подразумевается уменьшение количества солнечного излучения, падаю-

щего на зеркало, из-за того, что на Своем пути до зеркала часть светового пучка попадает на соседние зеркала, которые создают затенение рассматриваемому зеркалу.

Под эффектом блокировки подразумевается изменение прямого солнечного излучения на СПГ из-за того, что одна часть отраженного солнечного пучка по пути следования к СПГ попадает на соседние зеркала, которые в этом случае затеняют СПГ.Для того, чтобы уменьшить эффект блокировки и затенения,аеа,Жб зеркала в поле следует располагать на определенных расстояниях друг от друга, при этом расстояния эти могут быть в несколько раз больше размеров зеркала.Введен ряд факторов, характеризующих степень затенения и блокировки:фактор затенения аэ-1-Р(Т5/Ргст;Фактор блокировки зге- l-Fte)/FrcT; фактор тени и блокировки Ж(а.б)- l-(Fm+Ft6))/FrCT. где FrcT~ 25 м2 - площадь гелиостата,

F(T)~|C м',р']|п- плошддь проекции тени с репером м',р'.

Для реализации алгоритма расчета затенения и блокировки гелиостатов разработана программа на ЭВМ. В качестве примера произведен расчет зон затенения при кольцевом расположении поля гелиостатов для группы гелиостатов СЭС-Б восточного сектора (Рис.3).

Следующей важной характеристикой поля гелиостатов является фактор зеркала тЬоп-cqs? ас(а. б) iL коэффициент заполнения кэап" FrcT^FseM-

Фактор зеркала или коэффициент эффективности использования зеркальной поверхности, равный отношению площади проекции (по направлен™ отраженных лучей) зеркальной поверхности, свободной от затенения и блокировки, к площади гелиостата.Величина Кэап сЕязанз с уровнем угловых высот Солнца над полем, ниже которых начинается затенение. Чем ниже коэффициент заполнения, тем ниже этот уровень. Величины cos?, ае3, »s, Па могут иметь как мгновенные энзчения, относящиеся к данному моменту времени, так и значения, усредненные по дневному, сезонному, годичному циклу работы СЭС.

Любые Еьпперассмотренные характеристики зеркального поля мо'гут вычисляться для данного характерного времени или усредняться по дневному,месячному или годовому рабочему периоду СЭС.

—■ Эремл О.в Зат»н*нме 2.IX.

Рис 3. Потер'-' на затенение для группы гелиостатов восточного сектора СЭС-5 (22 декабря).

Усредненные по годовому циклу работы СЭС, выражаются формулой для фактора косинуса: 1 12

<с025»--Е Ыд(т) № 10(тД)оо51р(х1уД); (2.5)

Е «1-1

Цдрядок усреднения адалогичен и для других характеристик полг гелиостатов.

На рисунках 4а,46 приведена динамика изменения этих характеристик поля гелиостатов.

В данной главе диссертации рассматривается таюке одия и; гздашых вопросов поля гелиостатов,т е выбор способа подвески рабочей поверхности гедиостата.Этот выбор оказывает влияние на на конструкторскую разработку гелиостатов.так и на характерно

оптической сиотемы СЭС в целом.

Принцип расчетных схем основывается на уравнении движени гелиостата в режиме слежения за Солнцем.Поле представляете непрерывно заполненным зеркальными элементами- гелиостатами,ко ординаты которых непрерывно меняются .

" На ренете расчетной модели можно получить карты квзаизэи-цутадышк скоростей для круговой компоновки поля гелиостагс дня четырех типов монтировок: альт-азимутальной ( гелиостаты

1.6 0.8 в.« В. 4

в. г

А<П"о>

6)

1.0 9.8 0.« 9.4 ОЛ

ч»с ОТ ПОЛЩН*

-<а3>

<СОБф

о ¡Г

-злг

"Ог

К»

"ТГЗ*"

Рис .4. Динэмихэ изменения втечение рабочего дня СЭС факторов косинусасозф, затенения 8Э и блокировки^, усредненных по кольцевому поло при Кззп=0.25.

а)Динамика изменения втечение рабочего дня СЭС коэффициента эффективности зеркал, усредненного по юльцевому полю при КзаП=0.25.

б)Зависимость среднегодовых значений <созф>,<%>,<§з> и «р^хст коэффициента Кзап.

такой монтировкой установлены на СЭС - Б); полярной (неподвижная ось направлена на полярную звезду){горизонтальной (неподвижная ось параллельнз горизонту - направление восток - запад), с ориентацией неподвижной оси на башни СПГ.

Кинематические характеристики и оптико-геометрические эффекты, с которыми приходится считаться при эксплуатации и отработке системы управления гелиостатов СЭС-Б, следующие:

-азимутальные и зенитальные скорости вращения гелиостатбв; -особые точки поля гелиостатов и положение от башни приемника; ' ' -шелевой эффект в системе управления гелиостатами. В диссертации разработаны оригинальные методики расчета для исследования этих эффектов.Поле гелиостатов СЭС-5 выполнено по так называемой альт-азимутальной монтировке ( двухосевые монтировки).Ориентация гелиостатов в пространстве полностью оп-

- 1В -

ределяется вектором нормали Н(Рис.6а.).

Движение зеркальной плоскости гелиостата осуществляется ва счет поворотов азимутальной и эенитальной осей вращения,при атом нормаль гелиостата получает приращение ДИ . вследствие этого вектор Р получит приращение ДР.

Для выполнения условия фокусировки гелиостата,чтобы вектор Р Сыл равен Р-ссшЬ ,что ооответотвует режиму работы оптической сиотемы,необходимо сместить отраженный луч в первоначальное положение.

Иопользуя закон зеркального отражения для трех векторов получена выражения для азимутальной и аенитальной скорости гелиостата

„д. -САЗ.ГЙДЗ)--- > ^ (Д5,2-(2,Й )Н)- <(2 6)

2 (з,ы)<(1-ш,2з)г)> 2 (з,м)(1-см7гТ)г)1/2

Для анализа скороотных характеристик гелиостатов в различный момент времени удобно использовать " особые точки" (Рис. 50.)* Наавание"особые точки"имеет определенный физический смысл. По мере изменения координаты Солнца на небесной сфе-Р£ точки тени Т от башни приемника и противотени Т' перемещаются по полю гелиостатов по определенным траекториям.Для СЭС-5 она затеняет десяток .гелиостатов.Другая точка,названная точкой противотени т',симметрична точке Т относительно основания башни. Она замечательна тем,что гелиостаты расположены в ней горизонтально. В этот момент нормали N1 этих гелиостатов совпадают о направлением основной оси.Зта ситуация означает,что для таких гелиостатов в данный момент времени проекция нормали на плоскость .перпендикулярную основной оси,равна нулю,угловые положения гелиостата не определены,а скорость требуемого основного вращения бесконечно велика,т.е кинематическая ситуация "кризисная". В окрестностях точек противотени т' группируются гелиостаты, для которых требуемая скорость углового азимутального вращения составляет сотни и тысячи угловых градусов в час.Точнее,для слежения за Солнцем отдельные гелиостаты в момент прохождения вблизи них точки противотени должны скачкообразно изменить положение азимутального угла.Такая картина наблюдается утром в вооточном секторе,днем в южном-и вечером в западном поле гелиостатов СЭС-5.

Алгоритм расчета, поясняющий теневой эффект от башни,позволяет выявить границы проявления указанных факторов на поло гелиостатов. Это дает возможность определить, на каком участке поля и для каких гелиостатов в данный момент времени режим управления "кризисный".

Из рисунка 56 следует следующее векторное соотношение:

Т- Н^-иБ, где мгН^&о), (2.7)

КЬординаты тени а| "на поле гелиостатов определяются

аР-(Т,,а); ь$т)-(*1,5>. (2.8)

Для определения границы тени от башни СПГ разработана программа,печатающая карту положения тени на. поле гелиостатов.

Другим оптико-геометрическим аффектом,о которым приходится считаться в системе управления гелиостатами, является аффект условно названный"щелевым".

Гелиостаты СЭС-5 собираются из отдельных зеркальных фрагментов-фацет,между которыми имеется определенные зазоры. При совпадении расчетного положения точки отражения луча о зазором между фацетами рагиэром О.Бх1м.Условие оовещения оптического датчика резко изменяется,что может привести к его ложному срабатыванию. При ориентации гелиостатов центральный отраженный луч,проходящий через ось датчика,"рисует" на зеркальной фацете кривую,и в тот момент времени, когда кривая переходит о одной фацеты на другую,на чувствительный элемент датчика не попадает отраженный луч,что приводит к блокировке работы оптического датчика. Это приводит к ложному уаравлэнот поля гелиостата.

Геометрическая схема поясняющий проявление целевого эффекта, представлен на рисунке 5в.

На плоскости,отражающей поверхности гелиостата П,поместим вращэщуюся систему координат При ориентации гелиостата

направление оси вращения совпадает с азимутальными и зени-

тальными направлениями,а единичндо векторы An.Hh совпадают'б системой координат ХТС. Тогда подвижная система координат с осями 8,,п связана с системой коордгаат УХ1 и дает следующую матрицу перехода:

- 1а -

-Иу

Их

- > X

У -

г

/

/Их^Му2

.0

-Ихиа -НуЫг

А

Нх Ну

Их2+Нуг

«г

Хы

2н

(2.9)

.. На рясувка ев вадво.как расчетный вектор Р,попадающий на анодное отверстие оптического датчика, отражается от точки М.Точка М перемещается на плоскости П,а в некоторый момент времени выходит аа пределы центральной фацеты,Следствием этого является проявление щелевого эффекта на плоскости гелиостата. " > Дан отыскания границы проявления "щелевого эффекта"разра-(59Т8ВЗ программа,печатающая карту номеров фацет,которая показывает, С? какого номера фацеты отражается центральный луч в данный момент времени.Модель работает в реальном временном режиме работы оптической системы для проведения акспресс-анадиза и визуализации работы ОС СЗС-5.С помощью модели оператор может проо-дедить на экрана дисплея ЭВМ динамику изменение основных характеристик 'прад гелиостатов в режиме его слежения,а также полу-ЭДИ> р^оцбчацки на АЦПУ ЭВМ в виде технологических таблиц.

Такая форма результатов математической модели ОС СЭС-6 дает возможность эксплуатационному персоналу станции определить, каком участке поля и для каких гелиостатов в данный момент времени режим- управления проходит & более сложных (аварийцых) уровнях, чтобы своевременно произвести корректирующее вмешательство.

Рис .5 а) Сферическая локальна географическая система координат для расчета азимутальных и эениталъных скоростей ГСТ.

б) Расчетная схема для определения тени от башни на поле ГСТ.

в) Определение \целеаого эффекта" на плоских гелиостата СЭС.

- £0 -

Т ре тая глава посвящена выбор/ вариантов компоновки,анализу реэцдаов работы, расчету энергетических характеристик и оптими-ващш глобальной формы зеркального поля о учетом углов обаора полостного приемника заданной гэометрии.

Поэтому задачей данной главы является показать,как о помощью- имитационной математической модели работы оптической сис-теш СЭС провести ширсгаш анализ оптических потерь и предста-еить результаты расчетов в наиболее удобной для пользователя форме. В первую очередь,такая расчетная информация необходима проектной иди конотрукторокой организации при конструировании поля гелиостатов перспективных СЭС.

В настоящей разработке впервые делается попытка выявить и описать обобщенные законы "конструирования" поля гелиостатов.

Принцип.оптимального конструирования зеркального поля есть последовательное размещение гелиостатов в свободных зонах о максимальны.коэффициентом использования зеркальной поверхности

Пмах(Х,у)-<С(х,у)-Каат-Квл>Т(х,у). (3.1)

Шли рассмотрены два типа приемников для оптимального заполнения поля гелиостатами:

а) один полостной приемник,"смотрящий" на север под углом SO0 ниже горизонта;

б)открытый приемник в виде вертикального цилиндра о высотой, равной диаметру.

Принцип оптимальных компоновок модуля СЭС.

Схема поиска оптимальных компоновок модуля СЭС был проведен 8 двух вариантах:

Первый вариант:

1. Зеркала не должны размещаться в участках поля, где эффективность использования их поверхности составляет менее 50Х от максимальна возможной эффективность цмах. •

2. Заполнение поля зеркалами ограничивается по радиальной координате R-7H.

Это ограничение не указывает на непременную необходимость построения столь ¡больших полей,а только лишь опрделяет границу расчетов.Так как при увеличении площади зеркальной поверх-

п

рфоти для случая больших приемников может оказаться, что до-

пуоткмзя область поля простирается да алшкды больших радиальных расстояний от башни.

Оптимальное заполнение поля зеркала™ начинается о достаточно близких к бшне гон и простирается на все более удаленные и менее выгодные участки,так что величины <0лол>1 и Б являются монотонно растущими функциями текущего значения площади зеркальной поверхности.

Второй вариант:

1. Максимальный радиус Ика* поля уменьшен до БН;

Это ограничение было принято для того,чтобы исключить"свободное расширение" поля в областях больших радиусов,наблюдавшееся в предыдущем варианте в связи о высокими значениями фактора косинуса для всего северного сектора.

2.Ограничения по минимально допустимой эффективности использования единицы зеркальной поверхности били заменены ограничением на один только коэффкцзнт улавливания г)0.9.

Это было сделано для того .чтобы исключить ньЕ^сцзбоди-тельный расход зеркальной поверхности в вариантах о полостными приемниками,обладающими ограниченным " углом обзора".

Это позволило"развязать" размера гелиостата и башни так, что при разных высотах башни одна и та же мощноотмОлол* I достигалась путем" комплектования" зеркальной поверхности из примерно одинакового числа гелиостатов одного и того же размера.

Предлагаемая методика непосредственно связывает заданный уровень потерь функции полезности зеркальной системы с получающимся в процессе конструирования ол.—млльного поля числом гелиостатов, то есть а затратами на оптическую систему СЗС. Таким образом, разрабатываемый алгоритм по самому построении пригоден для включения в качестве подпрограммы в полную проце--дуру системной технико-экономической оптимизации всего комп-лв!сса подсистем перспективных СЭС.

С одной стороны, этот материал может служить основой для разработки алгоритмов автоматизированного проектирования зеркальных полей солнечных электростанций.

С другой стороны, проведенные расчеты имеют самостоятельное значение и их результаты представлены на рисунках Ва,6б,вв которые могу? быть непосредственно применены в современной проектной практике.

Башня

сва«9

Рис 6 а) Формы эерюльных полей различной площади Р/М' для полостнсто приемника'смотряшего'нз север под углом ЭСУнюмэ горизонта.

15

10 5 Ч>

О 500

/ ь, / Г ' /

У / / / / а)

¿г / г (Ж ь <Вт/м]

12 3 4567 8 9 10

450

350

300

О*,« ■ /1 Вт/и а) ... - - - ■

/

6)

СМИ кВтА

10

1 2 3 45 6 7 8-9 Рис б.В) Соотношение между площадью зеркальной поверхности Р »тепловым пспоком<Олол>( для различного варианта приемника а),(6),соответствующих зеркальным полям, г) Зависимость энергетического 'выхода-с единицы площади эзркапьной поверхности <Олол»/Р от относительной мощности модуля <Опоп»/Ндпя различного варианта при-емнига ^©.соответствующих зеркальным попям.

Четвертая глаза посвящена математическому моделированию процессов и режимов работы солнечного парогенератора.

Солнечный парогенератор расположен в технологической схеме СЭС-Б на "стыке" между оптической и теплосиловой часть» станции. Процесс преобразования лучистой энергии Солнца,которая сконцентрирована зеркальными поверхностями гелиостатов в тепловую энергию,происходит на поверхности нагрэва(панелях) СНГ,К этим поверхностям относятся акономайзерные и испарительные панели, в- которых происходит процесс генерации насыпанного пара о требуемыми параметрами.

Специфические режимы работы СПГ-ато циклические пуски и остановки.Например,число пусков на отаяции при хорошей погоде в настоящее время достигает от трех до пяти раз в день.Иногда в облзчный. день приходится останавливать СПГ в горячем состоянии о последующим запуском.Поэтому,на режим пуска и остановки СПГ существенно влияют метеорологические факторы данной местности. Исследовать взаимосвязь метеорологических факторов it параметров системы Салнце-гелиостаты-СПГ о режимными характеристиками СПГ практически не представляется возможным без машинного расчета на ЭВМ.

Таким образом,в данной главе разработаны специальные методы математического моделирования для описания характерных режимов работы приемника СЭС-б.

Физическая модель СПГ представляет собой окстему теплообменника "Лист-труба" .

Для разработки расчетной схемы панели СПГ условно разделены на четыре контрольных участка:лист-шшвник,труОа,теплоноситель и изоляция.На рисунке 7 укззаны контрольны? точки.

- 24 -

Строится двумерная математическая модель работы панели СПГ.При этом полагаем,что распределение температуры в лист-плавнике двумерное,градиент температуры вдоль толщины панели пренебрежимо мал,а для теплоносителя пренебрегаем радиальным изменением температуры.

С учетом указанных допущений составлены уравнения энергетического баланса для рабочих участков панели СПГ:

Для лист-плавника-точка 1:

d2T

<ESc>iAaTyjr (Td-To) - (TB-Ti) + Xp8p(—

+ (4.1)

Для труба-точка 2: <ESo>.A.*r ^(Тр-То) - (VT,)-

Ф ) |^ . <4'2>

2»

Для теплоносителя-точка 3:

(4.8)

Для изоляции-точка 4:

ir (Tt-To)-°' (4'4)

«v

где <Eoc>t -плотность концентрированного потока о поля гелиостатов ;Да*поглощательная способность панели;Ър,Хт -теплопроводность лиот-плавника и трубы панели; dH,daH -наружный диаметр и внутренний диаметр трубы панели для протекающей жидкости;5р, 5т толщина отенки плавника и трубы; тср -полная теплоемкость массового расхода через трубы панели;Тр.Тж. Тi,То -температура лиот-плавника, жадности,изоляции и гафуяаюцвй среды; Rp-o, Rp-í.Rt-x. Ri-o -термические сопротивления рабочих участков панели.

Гракиченные условия для этих уравнений определяются из следующих соотношений:

На юнцах листа-плавника г-0 , z-1 и х-0 градиенты температуры принимается равными:

dTD dTr> din

7^1 * 0 5 I ~ 0 5 ~~7~ I ' (4'5)

dz | г-0 dz |z-i dx |х-о фи Z-O; Тле-Тв*8к^ис' .

Численные значения <.Еос>1Тул определяются методом машинного расчета на ЭВМ.

Для определения величины коэффициентов, входящих в уравнение (4 .1-4. 4) .рассмотрены механизмы теплообмена между рабочими участками панели СПГ.

. Для контрольной точки 1 термическое сопротивление "лиот-плавника" в сторону окружающей среды определяется суммарным сопротивлением тепловых потерь на внешней поверхности и сопротивлением лист-плавника.

S0 1

Rb-O"-...+ _ . (4.6)

2Хр «к+«л

Для контрольной точки 2 тепловой поток в сторону теплоносителя передается путем преодоления двух термических последовательных сопротивлений: сопротивления стенок труб и сопротивления конвективной теплоотдачи внутренней поверхности к теплоносителю:

1 / dH+dBH \ 1

Rt-ж- -— Inf -- + _ . (4.7)

2К 2dBn / dBK «ж

где ан-О.Оби, аан-0.04м -нзружные и внутренние диаметры

экономайзерных труб.

Для контрольной точки 3 термическое,сопротивление в сторону внутренней части СПГ определяется 1/2 сопротивлением изоляции и сопротивлением конвективной теплоотдачи с поверхности изоляции

Ö; 1

Ri-o- —— + _- . ' ' (4.8)

2 Aj йцаол

Учитывая характерные метеоусловия данной местности,определялись возможный диапазон изменения средних коэффицентов конвективной и лучистой теплоотдачи 5Л на внешней поверхности СПГ.

Для контрольной точки 4 термическое сопротивление в сторону изоляции Rß-1 определяется как суша термических сопротивлений для многослойных стенок.

R°-<- £г ■ ^

Значение коэффициента а* определяется пч следующей критериальной эависимооти:

- 26 -О.В 0.43 0.25

NH*-0.021Red* Ргж (РГж/РГст) Е» . (4.10)

Коэффициент конвективной теплоотдачи с поверхности изоляции панели ¿иа, к определяется,исполь эуя полуэмпирические зависимости, полученные для плоских стенок

о.а

{ to * W аоа

«шаг(в.ЯВ«.В-J-^ ' (4.11)

Решая систему уравнений (4.1-4.4).и после соответствующего преобразования имеем:

Л. ■ *М

ак(ис). . <Qn>i < ак(нс) <ап>ц , „ („.

Taux (2)-To+ —-+ (Гвн - То--Q*(z). (4.12)

H v H '

w ohfin

n 0 l+*2n

Теперь на оонове мгновенной эффективности можно определить тепловую эффективность рабочей панели СПГ:

Tli-Ccmi(Tauxi - ТаХ1)/Гул fi<E0c>i. (4.13)

На стадии освоения СЭС-5 возникла необходимость изучения нестационарных режимов работы солнечного парогенератора таких, как режим утреннего разогрева СПГ иэ холодного или из горячего состояния! режим работы тепловоспринимающих панелей при периодических воздействиях радиационной нагрузки; режим вечернего расхолаживания после расфокусировки поля гелиостатов.

Уравнение баланса энергии, описывающее значение температуры теплоносителя солнечного парогенератора при тепловом нагру-жении, запишется так:

- 3 dl 16 кона 16 нал

<Eoc(t)> ïcnr Ac-jEjMi Cpi—— + Ç.jQcnr. s + Ç^Qcnr.j, (4.14)

ux,

где <Eoc(t)>- pi In(t) FCnr <Hoc>t.

Суммарные тепловые потери всех 16 панелей СНГ в окружающую

среду определяются иа следующего соотношения:

10 „кона 16 иал 13 - - "

jÇjQcnr, Ç^Qcnr.j - jÇj «коа. j(tn. i~to) Fn.k+

+ C°£H (-Т5Г )4- (-Ш- )V""'i! (4.15)

Решив (4.14) окончательно получим расчетное уравнение энергетического баланса системы Солнце-гелиоотат-СПГ для режима утреннего разогрева СПГ

rlT »

Cm-— + km Tn - fQ- fiX - fj> X2-0 . (4.10)

dt

Общее решение уравнения (4.16) имеет вид:

Тп(Т) - A(t) expf--— t ) . (4.17)

^ Cm '_

Если тепловое нагруяениэ СПГ производится после примерно 72-чассвого простоя, то этот режим пуска СПГ называется пуском из холодного состояния. Для такого режима принимаем начальную температуру Тнач, равную температуре окружающей ореды Токр при t-0 :

. -t/Tm 2 (ft-2fiftn?

Tn(t)- Токр + (Тилч " Токр ) S - tm -

см

f е ~Т/Тв ) + tm/cm (fl-2f2tm)t + fg/Cmttm *2). (4.18)

Ha рисунке a представлены результаты экспериментальных данных и теоретических расчетов в дни эксперимента;

lt С *

L

Г

■ 1

„

/

1 (

/

Г

8:30 в 9:30 J

Разогрев СПГ

X- 29 С(

. - } 0"!

V

-

\

'-ч

.,1 ПК 1..

tri

20 U-

22 24

Расхолаживание СПГ

Рис 8 Температурный режим СПГ а дни эксперимента.

4

Пятя глава посвящена разработке методики расчета для проведения комплексного эксперимента по энергетическому балансу СЭС-5.

Анализ термодинамических потерь в теплосиловом комплексе СЭС-5 будет проведен в рамках данной методики..

Общий КВД солнечной станции можно представить в виде следующего произведения:

Исэс-Т1ос Пспг Итп» (5.1)

где Нос - КПД оптической системы; Лспг - КПД солнечного парогенератора; л™ - КПД преобразования тепловой энергии в электрическую с помощью термодинамической машины (паровой турбины) и генератора.

. ОспН/С) + Осп г ("С) „

Пспг-• (о-2;

а ос

Оспг(Х)

пол ак

где Оспг(тО.ОспгМ- количество тепла, полезно использованного и аккумулированного солнечным парогенератором.

пол

Птп-Мэ(х)/ ОспгОс), (б.З)

где Мэ(т) - электрическая мощность генератора в определенный момент времени .

1ос~Рос 1ос-спг. (5.4)

Уравнение баланса энергии для системы ОС-СПГ запишется в виде отр пол ак кона нал пр иэол

Еос Тос-спт ~ Оспг+Оспг+Оспг+Оспг+Оспг+Оспг+Оспг. (5.5)

Далее рассмотриваеются методы и способы расчета составляющих энергетического баланса ОС-СПГ.

Суммарная мощность потока, отраженная от гелиостатов оптической системы СЭС-5 в данный момент времени в направлении СПГ, определяется суммой:

5 с Б а Ю ю-з

Еос(Т)- Е Еос.т(Т)+ 2 Еос. ю00+ 2 Еос.м(х) , (6.6) го-1 ш-1 п>-1

Здесь С, В, Ю-З - соответственно Север, Восток, Юго-Запад.

Вся эта вычислительная процедура выполняется в расчетной части математической модели СЭС-5 на ЭЕМ.

Тепловые потери солнечного парогенератора и расчет других составляющих энергетических баланса определялись следующим образом.

Энергия, затрачиваемая на генерацию пара в СПГ, т.е. полезная мощность потока генерируемого пара, определяется соотношением: пол

Оспг ~Лспг(1спг"1па) » (5.7)

Энергия, затраченная на повышение температуры, т.е. мощность аккумулирования СПГ, определялись расчетом по соотношению: вк э dt

Оспг- Е MW Cpn - . (5.0

И"1 d Т

Потери энергии от тепловоспринимающей поверхности СПГ путем конвекции определяются по известному соотношению: кояв 16 _ кони _

Оспг- Сап. з Fn,j(Tn,d-Te). (6.9)

3-1

нал

Потерн СПГ Оспг за счет излучения определяются путем суммирования потерь от 10 панелей:

иал 10 Г г ТП( j\4 с Т0 \S ивл Оспг - Ее С0||- | -1 | Fn.j . (6.10)

1-1 IA 100 j V. 100/ j

Число панелей СПГ равно 1Q, из них 14-испарительные и 2 -акономайзерные.

Потери энергии СПГ за счет отражения части потока, падающего на его тепловоепришшагщую поверхность, определяются:

1.Х1Э

Оспг -(1~Ад)ЕоеТас-спг . (6.11)

Потери энергии с теплоизолированных участков СПГ (барабан,

внутренняя сторона панели, обращенная к оси башни опускные трубы, коллекторы) в основном определяются как: ивол _ квел _ иаол

Оспг " °спг (tjra&»-to) d Fenr • (5.12)

Потери энергии СПГ за счет непрерывной продувки определяются соотношением:

пр

Qcnr -0.05 Дспг (icnr-inn) . (5.13)

Используя уравнение энергетического баланса системы ОС-СПГ, определяем: пол кота и»л ак иэол пр

■v Оспг+Оспг+Оспг+Оспг+Оспг+Оспг .

<Тос-спг>~ _■ (5. 14)

Есс Аз

КПД оптической системы.средний для всего поля гелиостатов:

А» «V

<Пос> - Р <Тос-спг> » (5.15)

КПД СПГ определяется в среднем за день о момента начала

работы оптической системы:

<Т)ос>.Тос - î°CQcnr(t) d(t)/(<Toc-cnr> i°§o(t)d(t)), (5.10) о о

здесь: î°§cnrd(x) - энерпш, выработанная СПГ за время

о его работы в режиме парогенерации,

î°io(T) d(t) - энергия потока солнечной радиации, о

отраженного гелиостатами в направлении СПГ с начала работы оптической системы до отключения парогенератора.

Испг.Лх - /( <Гос-спг> Еос(т)Дт) ,(5.17)

КПД ТЕПЛОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ определяется в среднем за период раооты шг с парогенерациеи.

Пт.п - W3/ ΰC , (5.18)

О

где Ws> - выработка электроэнергии за день.

КПД СЭС-5 (брутто) определяется в среднем за день

работы.

Т©с

Псэс-5 - Wa/i/P î Eoc(t)dt , (5.19)

о

где 1/р ÎEoo(t)dt - энергия потока солнечной радиации, падающего на следящие гелиостаты за время работы оптической системы.

Шестая глава посвящена анализу энергетических пусков СЭС-5 и комплексному эксперименту по энергетическому балансу системы ОС-СПГ и кпд СЭС-5.

Экспер1шенты,проводимые на станции,преследовали б основном следующие цели: приобретение опыта эксплуатации; совершенствование эксплуатационных характеристик станционного оборудова-

ния;оценка технических покавателей станции; определение возможности работы обьекта в объединенной знергосистеме; получение данных по энергетическим показателям и характеристикам системы ОС-ПГ-турбина; определение оптимального режима выработки электроэнергии при работе энергоблока по схеме СПГ-ВПВА-турОина; получение данных по энергетической эффективности (КПД) отдельных элементов и станции в целом.

При вводе в эксплуатации СЭС-Б осуществлялась серия пробных пусков, включая нагрузку турбины и электрогенератора.

Эксплуатационный опыт,полученный на действующей СЭС-Б, позволил подтвердить возможность работы в обьединенной энергосистеме и управления станцией. С другой стороны,экспериментальные исследования вскрыли наличие ряда ограничений в работе станции, связанных о особенностями режима работы основных подсистем.

В диссертации рассматриваются несколько вариантов пусковых операций. Один из них связан с частичным вводом гелиостатов в режим слежения,а затем групповым вводом.

Измерение всех параметров производилось по штатным приборам. Все эксперименты проводились в дни,близкие к дням летнего солнцестояния.При проведении комплексного эксперимента энергетический пуск СЭС-5 проводился по действующей тепловой схеме.

Оптическая система запускается по установленному графику с помощью программного обеспечения АСУ ПГ-1, АСУ ПГ-2.

Комплексные эксперименты по энергетическому балансу системы ОС-СПГ проводились при нескольких режимах работы станции. Они отличались разным характером изменения во времени (в течение дня) параметров основных подсистем СЭС-Б.

Например эксперимент 29.06.92 поводился по следующей схеме. После достижения параметров пара в ВПВА 30-35 ата пар направлялся в турбину для выработки электроэнергии. При этом одновременно происходило снижение параметров пара перед турбиной. После достижения давления 24-25 ата проводилась повторная эарядкз ВПВА, при этом генератор не отключался от сети и нео нагрузку 0,3-0-5 Шт. В течение дня зарядка и разрядка ВПВА были проведены 7 раз.

В эксперименте 2.07.92. был проведен пуск станции при постоянном давлении в СПГ, равном примерно 30 ата, постоянная нагрузка турбоагрегата - примерно 1,2 МВт.

- 32 -

Эксперименты 29.03.90,3.07.90,4.07.90, 5.07.90 отличались разным характером изменения параметров пара во времени в конце режима разрядки ВША. Перед включением турбогенератора в сеть, т.е. перед началом разрядки ВПВА, давление в СПГ во всех экспериментах и циклах было близким к 30-34 ата, а в конце разрядки - разным. В этих экспериментах после достижения определенного конечного давления генератор отключался от сети,и турбина переводилась на холостые обороты (500 об/мин). Затем проводилась повторная зарядка ВПВА,и цикл повторялся.

Наиболее экономичным режимом эксплуатации станции оказался режим с поддержанием конечного давления свежего парз перед турбиной на уровне 12-14 кгс/см2 и глубоким, до Б-6 кгс/см2, понижением давления при последнем цикле нагружения.

Результаты экспериментов'представлен на риоунке 9.

Анализ результатов комплексного эксперимента СЭС-5 показал, что режим работа о.одновременной зарядкой ВПВА и работай турбогенератора в сети не оптимален из-за большого расхода пара на холостой ход турбины, составляющего примерно 7т/час. В то же время незначительное ухудшение погодных условий снижает количество подводимого к СПГ тепла, увеличивает цикл зарядки-разрядки ВША и еще больше снижает экономичность.

Сравнительная характеристика показателей работы Крымской СЭС-5 по годам эксплуатации представлена в диссертации в таблицах.

Опыт эксплуатации и результаты исследований энергетических характеристик СЭС-5 позволяют сделать следующее заключение:от-дельные системы СЭС-5 и станция в целом показали свою работоспособность. За указанный период получено существенное улучшение энергетических показателей станции, в частности:

- значительно увеличилось число следящих гелиостатов;

- существенно увеличился коэффициент улавливания;

- значительно увеличилась паропроизводительность СПГ;

- выросла выработка электроэнергии зз сезон.

Комплексные исследования позволили определить ряд .важных

параметров, в частности, КПД отдельных элементов л станции в целом и таким образом осуществлять контроль зз ее работой.

°п

10

Р. И»

1

г

?

г

N7

29 08

X

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1В С,ч«с

30

20

10

30

20

Ш

МВ1

г 1 о

г

г

7»

Я

У

г

и фЛ ли

07

Г

N

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Т,чао

мв1 2 1

О

97.

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 К Т.час

30

20

10

5 37.

л ) \

/ 1 р / \

/ \ У N

/ \ / V

/ \

У \

/ 5( 3 \

Нт 66 ми тг 1

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 . 19 Т,ч»о

Рис. 9 . Изменение во времени давления в СПГ и нагрузка , турбогенератора при различных режимах работы.

р

р

м

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Анализ мирового опыта по сооружению солнечных электростанций позволил определить проблемы и задачи солнечной энергетики как единой системы и выбрзть ее. наиболее перспективную и экономически выгодную схему для выработки тепловой и электрической энергии,которая позволяет получить наилучшие научно-технические результаты.Для этой цели разработана общая функциональная структура многофакторной математической модели работы основных подсистем СЭС-5.

2. Построена многофакторная математическая модель"Оптика СЭС",позволяющая исследовать оптико-геометрические,энергетические, эксплуатационные характеристики и оценить эффективность фукционирования зеркальных элементов поля гелиостатов.

3. разработаны серии специального класса математических моделей и пакет прикладных программ на ЭВМ,позволяющие всесторонне исследовать следующие характеристики оптических систем!выбор способа подвески рабочей поверхности гелиостата с различными схемами монтировки,изучать скоростные характеристики поля гелиостатов, а также определить проявление щелевого эффекта и появление теневого эффекта от,башни СПГ как для отдельного гелиостата, так и для всего поля гелиостатов.

4.С целью контроля и для проведения экспресс анализа режимов работы оптической сиотемы СЭС-5 разработан и создан пакет прикладных программ, работающих в реальном режиме работы поля гелиостатов.Результаты реализованы на ВЦ СЭС-5 путем машинной визуализации работы ОС СЭС на дисплей оператора ЭВМ,а также в виде распечаток на АЦПУ ЭВМ.

5.Разработаны машинные методы оптимизации параметров оптических систем солнечных электростанций промышленного уровня мощности с учетом системного согласования параметров оптической и теплосиловой системы перспективных СЭС.

Резервами улучшения энергетических характеристик оптических систем СЭС являются:

-применение полостного приемника северной ориентации;

-секторная компоновка зеркального поля о переменной плотностью расположения гелиостатов;

-увеличение высоты бздши с приемником при фиксированной плошади зеркальной поверхности..

6.Разработана методика расчета для оценки температурного режима панели солнечного парогенератора применительно к условиям периодического изменения параметров внешнего теплового воздействия.Модель охватывает большой диапазон конструктивных, режимных и климатических факторов,влияющих на температурный режим СПГ.

7.Разработана и внедрена на СЭС-5 методика расчета для проведения комплексного эксперимента по энергетическому балансу СЭС-5,Модель позволяет определять энергетические показатели основных элементов СЭС, таких как:коэффиценг улавливания,к.п.д оптической системы.к.п.д СПГ.к.п.д теплосиловой системы и к.п.д СЭС-5 в целом.

8.Проведены серии комплексных экспериментов с целью получения научных и практических результатов,которые позволили!

- получить данные по энергетическим показателям и характеристикам системы ОС-ПГ-турбина;

- определить оптимальный режим выработки электроэнергии при работе энергоблока по схеме СПГ-ВПВА-тур-бина;

- получить данные по энергетической эффективности отдельных элементов и станции в целом,

СПИСОК

основных работ,опубликованных по теме диссертации I

1.Аннэбердиев Э.А.,Баум И.В..Галущак В.С..Койшиев Т.К. Анализ щелевого эффекта в системе управления гелиоотатами СЭС-5//Гел1Ютехника, 1939г, ,М 4.,о.32-25.

2.Аннабердиев Э.А.,Ваум И.В..Геккель Э.С..Койшиев Т.К. .Лэвиь Л.Б.Азимутальные скорости гелиостатов СЭС-5//Гелиотехни-ка,1989г.,N 5.,с.34-33.

3.Аннабердиев Э.А.,Еаум И. В. .Койшиев Т.К.Топография максимальных скоростных нагрузок на гелиоотаты СЭС-5//Гелиотехни-ка,1990 г.,Н 2.,0.14-10,

4.Койшиев Т.К..Геккель Э.С.Экспресс-анализ и визуализация характеристик состояния оптической системы СЭС-5.-В кн.Термодинамические солнечные электростанции.1989 г.,с.74-65.

5.Койшиев Т.К..Курятов А.И.Принципы управления оптической системой экспериментальной СЭС-Б//Гелиотехника,1990 Г.ИЗ., с. 28-30.

- не -

6.Койшнел Т.К. ,Меженина H.W. .БайОуз Я.М. Анализ состояния оптической системы СЭС-& в режиме слежения//Гелиотехника,1990 г. N4..с.РЯ-ТО.

7.Койшиев Т.К..Курятов Л.И.00 отражательной способности зеркал C9C-G в климатических условиях Крыма//Энергетика,1992 r.N а., с.24.

О.Койшиев Т.К.Расчет энергетических показателей оптической системы СЭС-5//Гелиотехника,1992 г. N 3..с.42-44.

9.Kolshlev Т.К. Computer analysis of the status of the SES-5 optical system/VAPPLlD Solar Energy vol.28,1992.,32-37.

10.Койшиев Т.К. .Майкотов H.Компьютерная реализация алгоритма расчета солнечной радиации.Меж.ВУЗ.сборник."Вопросы информатизации педагогического образования",Ллматы-1995г.,с.66-59.

11.Койшиев Т.К..Майкотов Н. Математическое моделирование климатические характеристики гелиоресурсов//Гелиотехни-ка,1997г.,N4.,С.Ь4-б2.

12.Койшиев Т.К. Машинная визуализация оптических потерь и расчет среднеэксплуатационных значений отраженного потока ОС Of*¡//Гелиотехника, 1997 г.N4.,с.75-79.

13.Койшиев Т.К.Принципы построения оптической и теплосиловой систем перспективных СЭС7/Гелиотехника,1998 г.N1.,77-85.

11.1

14.Койшиев Т.К..Бостанов В. Математическое моделирование эффективности работы зеркальных элементов солнечных злектростан-ции(СЭО) // 1-Сьезд математиков Казахстана.11-14 сентябрь, г.Шымкент.,1996 г.,с.247.

1Ь.Койшиев Т.К..Майкотов М.Н. Математическое моделирование радиационной характеристики г.Алыаты// 1-Сьезд математиков Ка-захстана.11-14 сентябрь,г.Шымкент.,1996 г.,с.248.

16.Койшиев Т.К.Принципы построения оптической и теплосиловой, системы перспективных CFC.//Program and abstracts.International workshop on applied solar energy.June 9-14,1997., Tashkent., Itel.ieh1r.tnn.

КУЁШ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯЛАРИ:КОНЦЕНТРАТОР-ПРИЕМНИК ЭНЕРГЕТИКА ТИЗИМИ ВА УИИНГ МАТЕМАТИКА МОДЕЛИ

Койшиеп Т.К.

Кисцача мазмуии

Диссертация куёш электростанцияларининг(КЭС) асосий жумбог масалаларини ечишга бажшланган.

«<Оптика-КЭС»и ишлашининг куп факторли математик услуби (модели) яратилган. У тула хажмда оптик тизимникг тартибини тахлил килиш, оптик-геометрик, оптик-энергетик хусусиятларини текшириш, энергетик хусусиятларини хисоблаш, умуман куёш буг генератори-оп-тик тизим ва (КБГ-ОТ)станциянинг курсатгичларини оптималлаштириш имконини яратади.

Куввати саноат даражасидаги КЭСларининг хусусиятларини оптималлаштириш ва оптик тизимларнинг оптимал жойлашувини танлаш-нинг машинавий услуби КЭСнинг оптик ва кучиссикик тизимининг хусусиятларини хисобга олган холда яратилган.

Махсус тоифздаги математик услублар ва ЗХМ учун тадбик дас-гурлар гурухи ишлаб чикилган. Улар оптик тизимларнинг куйидаги хусусиятларини хар томонлама текшириш имкониятини беради: хар хил тизимда жойлаштириладиган гелиостатларнинг ишчи юзалариии аник-лаш усулини таипаш, гелиостат майдонларнинг тезлик хусусиятларини урганиш, ал охи да гелиостат ва барча гелиостатлар майдони учун дарча ва КБГ минорасидан хосил буладиган соя таъсирини урганиш.

Мавжуд тартибда ишлаб турган гелиостат майдонини назорат килиш максадида ва КЭС-5нинг оптик тизимини ишлаш тартибини тезкор текшириш учун тадбик дастурлар туплами ишлаб чикилган ва яратилган. Натижалар КЭС-5нинг хисоблаш марказида олинган.

Атрофлича тажриба утказилганда КЭС-5нинг энергетик балансини хисоблаш услуби ишлаб чикилган. Услуб КЭС асосий таркибларининг энергетик курсатгичларини ва умуман КЭС-5нинг ф.и.к. аниклаш имконини беради.

КЭС-5да атрофлича утказилгам бир катор тажрибаларда куйида-гиларга эришилди:

• КБГ-ОТ-турбина энергетик курсаггичлари ва хусусиятлари хакида маъ-лумотлар олинди;

• энергоблок КБГ-иссилик аккумулятор-турбина схемаси буйича ишла-ганда электроэнергия ишлаб чикаришининг оптимал тартиби аникла-нади;

• умуман станциянинг ва унинг алохида таркибларининг энергетик самарадорлиги хакида маълумотлар олинди.

THE SUMMARY.

The thesis is devoted to solution of key problem problems solar power stations (SES).

The multifactor mathematical model of operation is developed "Optics - SES" permitting in full volume to investigate op-tlco - geometrical ,the optics - power, charac - teristics of optical systems,the analysis of operational modeIs,account of the power characteristics and optimization parametrs OS - SSB and station as a whole.Is developed of mechanical methods of optimization of parametrs and selection (sampling) optimum subroutine linkages of optical systems of solar power station in-dastrial level of power with allowance for of system coordination parameters optical and wartnforsed of systems SES.

Sries of the special classes of mathematical models and package are developed applications on the computer,permitting comprehenstvly to investigate the following characteristics optical system:choise method of the suspension of a working surface heliostats with various by the circuits (schemes) erekcted to study the fast - trac characteristics of a field heliostats and also to define (determine)manifistation of slot - hole (slotted) effect and appearance of shadow effect from a tower SSB both for separete heliostats and for all field heliostats.

With the purpose of a control and for realization the ext-ress train of the analysis of modes operations of the optical SES-5 system is developed and the package of application li created programs working in actual operatonal mode of a flelc heliostats.The outcomes are realized on CC SES-5.

The technique of account for realization of complex is developed experiment on power balance SES-5.The model allows t( determine power exponentes of basic elements C3C,and Cof.U.A СЭС-5 as a whole.

Series of complex experiments conducted on SES-5 have al lowed:

-to receive data on power parameters and characteristic systems OS-SSG;

-to define (determine) an optimum mode of development (ms nufacture) of the electric power for want of to operatic by energy sheave under the circuit (scheme) OS-SSG;

-to receive data on power efficiency, of separate, eli nents and station as a whole.