太阳及定日镜运动规律的数值模拟分析

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1、第11卷第12期Vol.11No.122018年6月June2018太阳及定日镜运动规律的数值模拟分析*程小龙，尹延国（合肥工业大学机械工程学院，合肥230009）摘要：定日镜作为塔式太阳能热发电系统的核心部件，主要用于跟踪太阳运动。研究以Matlab软件为仿真工具，分析并修正了一般太阳位置算法，提高了算法精度，然后建立定日镜跟踪角模型，并基于此开展太阳及定日镜运动规律的探索性研究。以中国德令哈地区为具体算例，仿真太阳在典型日的运动规律，最后以镜场正北方的定日镜为例，探讨定日镜在典型日的运动规律。研究结果可为定日镜跟踪控制器的开发、镜场布局优化设计及镜场

2、调度的研究提供一定的基础性理论支撑。关键词：可再生能源；太阳位置；定日镜；仿真；运动规律中图分类号：TK513.4文献标识码：A文章编号：1674-2850(2018)12-1177-08NumericalsimulationanalysisofthesunandheliostatlawofmotionCHENGXiaolong,YINYanguo(SchoolofMechanicalEngineering,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China)Abstract:Asacorecomponentoft

3、owersolarthermalpowersystem,heliostatismainlyusedtotrackthemovementofthesun.ThispaperusesMatlabsoftwareasasimulationtooltoanalyzeandmodifythegeneralsunpositionalgorithm,whichimprovestheaccuracyofthealgorithm,andestablishestheheliostattrackinganglemodel.Andbasedonthis,theexplorato

4、rystudyofthesunandheliostatlawofmotioniscarriedout.TheDelingharegionofChinaistakenasanexampletosimulatethesunlawofmotiononatypicalday,andtheheliostatinthenorthofthemirrorfieldisusedasanexampletodiscusstheheliostatlawofmotiononatypicalday.Theresultsprovidecertainbasictheoreticalsu

5、pportforthedevelopmentofaheliostattrackingcontroller,theoptimizationofmirrorfieldlayout,andtheresearchofmirrorfieldscheduling.Keywords:renewableenergy;thesunposition;heliostat;simulation;lawofmotion0引言人类社会高速发展带来科技进步的同时也造成了环境污染和能源危机，因此世界各国均倡导大力发展新能源，尤其是光热发电。按照聚焦原理的不同，光热发电技术可分为塔式、槽

6、式、碟式及线性菲涅[1][2][3]尔式四种形式。塔式太阳能热发电技术因具有聚光比大、集热温度高、可配置大容量储热系统等技术优势而备受关注。图1为塔式太阳能热发电系统原理图。它是利用由成千上万定日镜组成的定日镜场跟踪太阳，将太阳光能聚焦到位于吸热塔顶部的吸热器上，加热吸热器中循环流动的传热介质（熔融盐），一部分高温传热介质通过蒸汽发生器后生成高温、高压的过热蒸汽驱动汽轮发电机发电；另一部分储存在高温储热罐中，基金项目：国家自然科学基金（51575151）作者简介：程小龙（1991—），男，硕士，主要研究方向：太阳能光热利用通信联系人：尹延国，教授，主要研

7、究方向：机械摩擦磨损与控制技术.E-mail:abyin@sina.com第11卷第12期2018年6月中国科技论文在线精品论文1178以保证系统发电的平稳和不间断性。定日镜作为塔式热发电系统中唯一的聚光装置，是发电系统的能量来源。为降低成本、简化控制系统，定日镜跟踪系统采用双轴开环跟踪控制方[4]式，基于改进后的太阳位置算法精确计算太阳高度角和方位角，并在地平坐标系中推导定日镜高度角和方位角公式，仿真分析太阳和定日镜的运动规律，旨在为后期开发定日镜跟踪控制器和研究镜场中图1塔式太阳能热发电系统原理图定日镜的合理布局奠定理论基础。Fig.1Princip

8、lediagramoftowersolarthermalpowersystem1