塔式太阳能热发电站定日镜单元子镜面形研究

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1、第33卷第12期可再生能源Vol.33No.122015年12月RenewableEnergyResourcesDec.2015塔式太阳能热发电站定日镜单元子镜面形研究12222徐海卫，张剑寒，余强，郭明焕，赵玉磊（1.中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，北京102209；2.中国科学院电工研究所，中国科学院太阳能热利用及光伏系统重点实验室，北京100190）摘要：定日镜单元子镜的面形对于定日镜在目标靶上形成良好的光斑质量至关重要。文章首先根据定日镜的实际参数，利用有限元方法拟合出了定日镜单元子镜模型，然后通过三维坐标机装置测

2、量了水平姿态下实际定日镜单元子镜的面形，结果显示，水平姿态下的测试结果和计算结果相一致，验证了有限元模型的正确性。根据建立的有限元模型，计算了单元子镜在不同俯仰角、风速和玻璃反射镜厚度等工况和结构下的单元子镜变形，结果显示，单元子镜面形是一个复杂曲面，单元子镜的变形与俯仰角相关，同时PVB薄膜的弹性模量对单元子镜的变形也有很大影响。在俯仰角为0°的情况下，风速与单元子镜最大变形之间的关系可以表达为二次多项式，此外，在风速为25m/s的情况下，单元子镜最大mises应力为39.87MPa。关键词：定日镜；单元子镜；面形；有限元方法；

3、测试中图分类号：TK514文献标志码：A文章编号：1671-5292（2015）12-1786-07DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015.12.0060引言达岭建立了1MW“大汉”塔式太阳能热发电站，2定日镜是塔式太阳能热发电站的重要装备之其定日镜场是由100台单台反射面积为100m一，由定日镜组成的定日镜场通常占电站一次投的定日镜组成。本文将对“大汉”定日镜单元子镜资成本的50%左右。按照面积不同，世界上的主展开研究，包括单元子镜的结构设计、不同工况下流定日镜可以分为两类，一类是单台反射面积超的

4、面形变化和应力变化等。22过90m的大面积定日镜，如115.6m的Sener定1“大汉”定日镜单元子镜结构设计[1]2[2]2日镜，148m的ATS定日镜，95m的Lugo定图1是“大汉”定日镜实物图，图2是“大汉”[3]2[4]日镜和100m的“大汉”定日镜；另一类是单台定日镜单元子镜的结构示意图（图中数值单位为22反射面积小于20m的小定日镜，如7m的LTPmm），可以看到，“大汉”定日镜由8行8列共计[5]2[6]定日镜和1.1m的Esolar定日镜。大定日镜主64面单元子镜组成。单元子镜分为玻璃反射镜、吸要由基础、立柱、驱

5、动系统、支架结构和单元子镜盘、支撑结构、调节螺栓和连接螺栓等5部分。反组成，单元子镜可以是平面镜、微弧面镜或球面射镜的反射面为1.25m×1.25m，是由羧甲基丁醛镜，多个单元子镜拼接成为一个大的球面反射镜，（PVB）薄膜粘接3mm厚的超白玻璃镜和3mm厚再通过驱动系统驱动球面反射镜跟踪太阳，将太阳光反射到目标位置。定日镜要求的光学性能包[7]括反射率、跟踪精度和光斑质量等，而定日镜单元子镜的面形精度对定日镜的光斑质量有很大的[1]，[3]，[7]影响，因此，研究不同工况条件对单元子镜面形精度的影响具有重要意义。文献[1]介绍了S

6、ener定日镜的单元子镜结构及定日镜光斑质量的测试结果。文献[3]研究了影响光斑质量的各个因素及其贡献率。文献[7]报告了镜面面形与目标图1“大汉”定日镜实物图靶上能量的关系。由中科院电工所牵头在北京八Fig.1“DAHAN”heliostat收稿日期：2015-07-20。基金项目：中国华能集团科技项目（HNKJ13-H21）；国家能源应用技术研究及工程示范项目（NY20130101，NY20130102，NY20130103）。作者简介：徐海卫（1982-），男，江苏南通人，博士，高级工程师，主要从事太阳能热发电技术的研究工作

7、。E-mail：xuhaiwei@hnceri.com·1786·徐海卫，等塔式太阳能热发电站定日镜单元子镜面形研究1250考虑到单元子镜的反射镜是由玻璃板、玻璃支撑结构镜和PVB薄膜组成，可以用薄板的弹性力学方程来描述反射镜面形的变形行为。柔性薄板的偏微230260分方程[8]为1250230444坠坠坠q44+4+44w=坠x坠y坠zD反射镜（1）3EtD=2吸盘121-4v4式中：w为薄板的挠度，mm；q为压力，Pa；E为材2381889.64°料的弹性模量，Pa；t为薄板的厚度，mm；v为材料连接螺栓的泊松比，无量纲量。上

8、述方程只能对少量简单形式进行求解，对图2“大汉”定日镜单元子镜工程图于复杂的力学问题，需要借助有限元方法来解决。Fig.2Engineeringdrawingof“DAHAN”heliostatfacet本文利用有限元方法建立的“大汉”定日镜单的钢