塔式太阳能热电系统的高效仿真与运行优化

随着能源和环境问题的日益严重，太阳能等新兴能源越来越受到关注。塔式太阳能发电是大型太阳能发电中最为经济的发电方式之一，其设计与运行优化对于降低成本、提高效率具有重要意义。为此，本项目对塔式太阳能热发电系统的建模与仿真、控制及操作优化等相关问题进行了研究。 由于聚光子系统为塔式太阳能热电系统提供所需的太阳能，是实现太阳能热发电的基础，同时在整个系统中投资成本高，因此聚光子系统仿真是本项目的首要研究工作。基于图形处理器（GPU）和CUDA计算平台，提出了几何投影法、光线追迹法以及两者相结合的技术来进行聚光仿真，实现了镜场光学效率和吸热器能流密度计算的并行加速，在保证精度的前提下显著提高了计算速度。同时提出了新的软影算法以及实时光线跟踪算法和反走样算法，为进一步地实现聚光子系统高效模拟提供了方法积累。 将吸热管沿轴向和径向进行空间离散化，提出了管状接收器的分段集总参数模型，能够反映能量分布对接收器系统的影响。针对单罐式蓄热系统，提出了蓄热系统的混杂动态系统模型。在上述子系统模型的基础上，提出了基于联立方程的整体模拟方法。对典型的以空气和熔融硝酸盐为传热工质的塔式太阳能热发电站在不同操作模式以及全工况的仿真结果能够反映系统特性，并且仿真速度快，为塔式太阳能热发电系统控制方案的设计及操作优化奠定了良好的基础。 由于太阳能的不稳定性，为了保证系统的平稳运行，提出了一种基于整数规划的镜场能量控制方法，可以在DNI变化时使镜场输出固定的能量值。另外，针对多层次结构模型的预测控制方法，提出了一种新的层次模型切换方法，可以改善控制系统动态控制品质，为塔式太阳能热电系统运行过程中由于DNI变化引起的工况变化时的控制问题提供了解决方案。 在对镜场效率进行高效模拟的基础上，提出了一种塔式太阳能热电系统的镜场优化设计方法。考虑市场电价，提出了基于联立方程模型的塔式太阳能热电系统运行优化策略。建立了一种镜场聚焦策略优化模型，在保证吸热器接收高能量的前提下，实现吸热器能流密度的均匀分布，有利于保障系统运行性能。进一步考虑了聚焦点变化使定日镜会带来额外的能量消耗以及调度周期的优化，提出了新的镜场调度优化方法，可以同时减少系统的能耗。 上述成果形成了一套塔式太阳能热电系统高效仿真及运行优化的理论体系和基础算法，可为塔式太阳能热电系统的实际建设和运行提供参考。 2100433B

塔式太阳能热发电是大型太阳能发电中最为经济的发电方式，本项目针对塔式太阳能热电系统商业化运作中成本较高、效率较低的问题，研究基于GPU的定日镜场效率及太阳通量高效计算方法，在保证结果精度的同时提高计算速度；建立定日镜场布局优化的大规模混合整数规划模型，并研究求解方法，以降低投资成本及更有效地收集和利用太阳辐射能；提出聚光和集热系统基于多时标的集成预测控制方法，保证系统安全平稳运行；研究基于混杂系统模型的系统运行优化方法，提高系统效率；并通过以上内容的应用研究，尝试建立一套塔式太阳能热电系统高效仿真及运行优化的理论体系和基础算法，为我国太阳能资源的利用提供应用基础。

《太阳能光伏系统建模、仿真与优化》，本书结合作者所开发的并网光伏电站仿真建模与优化软件SIMUPV 2.0，详细描述了光伏系统建模的主要过程，包括组件斜面太阳能辐照量，光伏组件的光电转换，逆变器的直交流逆变，直、交流侧线路损耗等关键环节的数学模型；本书还对阴影遮挡、失配和积灰等影响光伏电站输出性能的因素进行了深入研究；另外，本书还详细介绍了SIMUPV 2.0软件的开发以及相关功能的使用。

《抽油井动态参数计算机仿真与系统优化》建立了单元模块仿真方法，解决了高度藕合的混合模型的仿真算法问题；完善了地面驱动传动系统各节点功率、单元平均运行效率的计算方法；建立了多相流条件下抽油机井排量系数与有效功率的计算方法，发展了抽油机井系统效率的计算理论；建立了基于系统动态仿真的机杆泵系统优化设计方法；开发了Windows操作环境下的“抽油机井动态参数计算机仿真与系统优化设计软件”。本书适应于采油工程技术人员阅读。

本书属于反渗透水处理系统设计与运行领域的工艺理论专著。书中介绍了元件特性参数、系统极限收率、多项特殊工艺、系统设计指标、膜堆基本结构、均衡通量、均衡污染、元件配置优化、管路结构优化、设计通量优化、双恒量与泵特性运行模式等系统工艺的基本概念；明确了系统脱除盐率与系统工作压力的设计方案检验原则；涵盖了两级、纳滤与海水淡化等类工艺形式。

书中关于元件、膜壳、膜段、管路及系统数学模型的介绍，关于膜元件透水与透盐两系数、各类污染层及浓差极化度的讨论，为深入研究系统运行规律与深度开发系统模拟软件奠定了基础。

本书可作高等院校分离膜水处理专业本科或研究生教材以及相关企业专业技术培训教材，也可供业内的理论研究人员及工程技术人员参考。