塔式太陽能熱電系統(tǒng)的高效仿真與運(yùn)行優(yōu)化

隨著能源和環(huán)境問題的日益嚴(yán)重，太陽能等新興能源越來越受到關(guān)注。塔式太陽能發(fā)電是大型太陽能發(fā)電中最為經(jīng)濟(jì)的發(fā)電方式之一，其設(shè)計與運(yùn)行優(yōu)化對于降低成本、提高效率具有重要意義。為此，本項目對塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的建模與仿真、控制及操作優(yōu)化等相關(guān)問題進(jìn)行了研究。 由于聚光子系統(tǒng)為塔式太陽能熱電系統(tǒng)提供所需的太陽能，是實現(xiàn)太陽能熱發(fā)電的基礎(chǔ)，同時在整個系統(tǒng)中投資成本高，因此聚光子系統(tǒng)仿真是本項目的首要研究工作?；趫D形處理器（GPU）和CUDA計算平臺，提出了幾何投影法、光線追跡法以及兩者相結(jié)合的技術(shù)來進(jìn)行聚光仿真，實現(xiàn)了鏡場光學(xué)效率和吸熱器能流密度計算的并行加速，在保證精度的前提下顯著提高了計算速度。同時提出了新的軟影算法以及實時光線跟蹤算法和反走樣算法，為進(jìn)一步地實現(xiàn)聚光子系統(tǒng)高效模擬提供了方法積累。 將吸熱管沿軸向和徑向進(jìn)行空間離散化，提出了管狀接收器的分段集總參數(shù)模型，能夠反映能量分布對接收器系統(tǒng)的影響。針對單罐式蓄熱系統(tǒng)，提出了蓄熱系統(tǒng)的混雜動態(tài)系統(tǒng)模型。在上述子系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，提出了基于聯(lián)立方程的整體模擬方法。對典型的以空氣和熔融硝酸鹽為傳熱工質(zhì)的塔式太陽能熱發(fā)電站在不同操作模式以及全工況的仿真結(jié)果能夠反映系統(tǒng)特性，并且仿真速度快，為塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)控制方案的設(shè)計及操作優(yōu)化奠定了良好的基礎(chǔ)。 由于太陽能的不穩(wěn)定性，為了保證系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，提出了一種基于整數(shù)規(guī)劃的鏡場能量控制方法，可以在DNI變化時使鏡場輸出固定的能量值。另外，針對多層次結(jié)構(gòu)模型的預(yù)測控制方法，提出了一種新的層次模型切換方法，可以改善控制系統(tǒng)動態(tài)控制品質(zhì)，為塔式太陽能熱電系統(tǒng)運(yùn)行過程中由于DNI變化引起的工況變化時的控制問題提供了解決方案。 在對鏡場效率進(jìn)行高效模擬的基礎(chǔ)上，提出了一種塔式太陽能熱電系統(tǒng)的鏡場優(yōu)化設(shè)計方法。考慮市場電價，提出了基于聯(lián)立方程模型的塔式太陽能熱電系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化策略。建立了一種鏡場聚焦策略優(yōu)化模型，在保證吸熱器接收高能量的前提下，實現(xiàn)吸熱器能流密度的均勻分布，有利于保障系統(tǒng)運(yùn)行性能。進(jìn)一步考慮了聚焦點(diǎn)變化使定日鏡會帶來額外的能量消耗以及調(diào)度周期的優(yōu)化，提出了新的鏡場調(diào)度優(yōu)化方法，可以同時減少系統(tǒng)的能耗。 上述成果形成了一套塔式太陽能熱電系統(tǒng)高效仿真及運(yùn)行優(yōu)化的理論體系和基礎(chǔ)算法，可為塔式太陽能熱電系統(tǒng)的實際建設(shè)和運(yùn)行提供參考。 2100433B

塔式太陽能熱發(fā)電是大型太陽能發(fā)電中最為經(jīng)濟(jì)的發(fā)電方式，本項目針對塔式太陽能熱電系統(tǒng)商業(yè)化運(yùn)作中成本較高、效率較低的問題，研究基于GPU的定日鏡場效率及太陽通量高效計算方法，在保證結(jié)果精度的同時提高計算速度；建立定日鏡場布局優(yōu)化的大規(guī)?；旌险麛?shù)規(guī)劃模型，并研究求解方法，以降低投資成本及更有效地收集和利用太陽輻射能；提出聚光和集熱系統(tǒng)基于多時標(biāo)的集成預(yù)測控制方法，保證系統(tǒng)安全平穩(wěn)運(yùn)行；研究基于混雜系統(tǒng)模型的系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化方法，提高系統(tǒng)效率；并通過以上內(nèi)容的應(yīng)用研究，嘗試建立一套塔式太陽能熱電系統(tǒng)高效仿真及運(yùn)行優(yōu)化的理論體系和基礎(chǔ)算法，為我國太陽能資源的利用提供應(yīng)用基礎(chǔ)。

《太陽能光伏系統(tǒng)建模、仿真與優(yōu)化》，本書結(jié)合作者所開發(fā)的并網(wǎng)光伏電站仿真建模與優(yōu)化軟件SIMUPV 2.0，詳細(xì)描述了光伏系統(tǒng)建模的主要過程，包括組件斜面太陽能輻照量，光伏組件的光電轉(zhuǎn)換，逆變器的直交流逆變，直、交流側(cè)線路損耗等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型；本書還對陰影遮擋、失配和積灰等影響光伏電站輸出性能的因素進(jìn)行了深入研究；另外，本書還詳細(xì)介紹了SIMUPV 2.0軟件的開發(fā)以及相關(guān)功能的使用。

《抽油井動態(tài)參數(shù)計算機(jī)仿真與系統(tǒng)優(yōu)化》建立了單元模塊仿真方法，解決了高度藕合的混合模型的仿真算法問題；完善了地面驅(qū)動傳動系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)功率、單元平均運(yùn)行效率的計算方法；建立了多相流條件下抽油機(jī)井排量系數(shù)與有效功率的計算方法，發(fā)展了抽油機(jī)井系統(tǒng)效率的計算理論；建立了基于系統(tǒng)動態(tài)仿真的機(jī)桿泵系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法；開發(fā)了Windows操作環(huán)境下的“抽油機(jī)井動態(tài)參數(shù)計算機(jī)仿真與系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計軟件”。本書適應(yīng)于采油工程技術(shù)人員閱讀。

本書屬于反滲透水處理系統(tǒng)設(shè)計與運(yùn)行領(lǐng)域的工藝?yán)碚搶Ｖ薪榻B了元件特性參數(shù)、系統(tǒng)極限收率、多項特殊工藝、系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)、膜堆基本結(jié)構(gòu)、均衡通量、均衡污染、元件配置優(yōu)化、管路結(jié)構(gòu)優(yōu)化、設(shè)計通量優(yōu)化、雙恒量與泵特性運(yùn)行模式等系統(tǒng)工藝的基本概念；明確了系統(tǒng)脫除鹽率與系統(tǒng)工作壓力的設(shè)計方案檢驗原則；涵蓋了兩級、納濾與海水淡化等類工藝形式。

書中關(guān)于元件、膜殼、膜段、管路及系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的介紹，關(guān)于膜元件透水與透鹽兩系數(shù)、各類污染層及濃差極化度的討論，為深入研究系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律與深度開發(fā)系統(tǒng)模擬軟件奠定了基礎(chǔ)。

本書可作高等院校分離膜水處理專業(yè)本科或研究生教材以及相關(guān)企業(yè)專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)教材，也可供業(yè)內(nèi)的理論研究人員及工程技術(shù)人員參考。