塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件的開(kāi)發(fā)

浙江中控太陽(yáng)能技術(shù)有限公司 ■ 李建華 易富興 張旭中 李曉波 李其衡 宓霄凌 胡中

0 引言

近十年來(lái)，太陽(yáng)能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展步伐迅速，在全球范圍內(nèi)已經(jīng)掀起了投資和建設(shè)熱潮。而塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)作為理想的大規(guī)模發(fā)電方式，其應(yīng)用前景十分廣闊[1]。在太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)中，鏡場(chǎng)布置設(shè)計(jì)、擬選站址光資源情況、儲(chǔ)熱系統(tǒng)參數(shù)配置及經(jīng)濟(jì)環(huán)境參數(shù)均會(huì)影響系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果和經(jīng)濟(jì)效益，因此，利用計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)對(duì)太陽(yáng)能熱發(fā)電項(xiàng)目進(jìn)行方案設(shè)計(jì)與經(jīng)濟(jì)性評(píng)估，能夠有效地提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，對(duì)項(xiàng)目的前期開(kāi)發(fā)具有重要意義[2]。

隨著太陽(yáng)能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件在大型并網(wǎng)太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用越來(lái)越多。太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件在一些發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)發(fā)的較早，如System Advisor Model軟件(下文簡(jiǎn)稱“SAM軟件”)，是由美國(guó)Sandia實(shí)驗(yàn)室、NREL和美國(guó)能源部聯(lián)合開(kāi)發(fā)的，針對(duì)幾種可再生能源發(fā)電技術(shù)的特性成本進(jìn)行測(cè)算的國(guó)際權(quán)威軟件，其通過(guò)導(dǎo)入所需測(cè)算地點(diǎn)的天氣參數(shù)、系統(tǒng)類型、系統(tǒng)規(guī)模、系統(tǒng)盈利模式及系統(tǒng)投資，即可得到整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的均化發(fā)電成本，對(duì)各類可再生能源形式的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性評(píng)估起到了非常重要的作用。然而該軟件的內(nèi)置性能與經(jīng)濟(jì)模型是基于國(guó)外本土特性進(jìn)行搭建的，與我國(guó)實(shí)際情況有一定程度的差別，導(dǎo)致其在我國(guó)應(yīng)用時(shí)的仿真結(jié)果不夠準(zhǔn)確。當(dāng)前缺乏符合我國(guó)國(guó)情的塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件，亟需開(kāi)發(fā)針對(duì)該發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行全面設(shè)計(jì)與分析的工具。

基于此，本文以太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)了基于Windows平臺(tái)的塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件Solar Project Designer 1000(下文簡(jiǎn)稱“SPD1000軟件”)，用于提供完整的系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案和數(shù)據(jù)分析。軟件使用Visual Studio 2010開(kāi)發(fā)環(huán)境，采用C++/Fortran語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)運(yùn)行于Windows平臺(tái)。通過(guò)與SAM軟件的仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證了SPD1000軟件的可靠性。

1 塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)建模

塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)主要由鏡場(chǎng)、吸熱系統(tǒng)、儲(chǔ)熱系統(tǒng)、換熱系統(tǒng)及汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)組成，具體設(shè)備如圖1所示。太陽(yáng)光通過(guò)鏡場(chǎng)中成千上萬(wàn)的定日鏡被反射至位于中央高塔上的吸熱器，加熱吸熱器內(nèi)流通著的熔鹽等吸熱工質(zhì)，被加熱后的高溫熔鹽儲(chǔ)存于儲(chǔ)熱系統(tǒng)的高溫熔鹽罐中，在需要用電時(shí)抽取高溫熔鹽罐中的高溫熔鹽與水進(jìn)行換熱，產(chǎn)生高溫高壓的過(guò)熱蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電，冷卻下來(lái)的熔鹽回到儲(chǔ)熱系統(tǒng)的低溫熔鹽罐中。

圖1 塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)示意圖

為了模擬實(shí)際的塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)，SPD1000軟件分別搭建了鏡場(chǎng)設(shè)計(jì)、吸熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)、儲(chǔ)熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)、換熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)4個(gè)主要模型，并支持用戶自定義汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)選型。

1.1 鏡場(chǎng)設(shè)計(jì)模型

SPD1000軟件的鏡場(chǎng)布置方法主要有麥田型布置和圓形交錯(cuò)布置2種，如圖2、圖3所示。2種布置方法的主要特點(diǎn)為：由于遮擋損失較大，麥田型布置適合于小規(guī)模、方形地塊的電站；圓形交錯(cuò)布置適合于大規(guī)模、圓形或方形地塊的電站。用戶可根據(jù)地形及實(shí)際需要選擇合適的布置方法。

圖2 麥田型布置鏡場(chǎng)

圖3 圓形交錯(cuò)布置鏡場(chǎng)

根據(jù)用戶輸入的項(xiàng)目站址的地理參數(shù)、氣象參數(shù)、光資源、定日鏡規(guī)格參數(shù)等信息，分析設(shè)計(jì)點(diǎn)的定日鏡光學(xué)損失，計(jì)算初始鏡場(chǎng)中每面定日鏡的可投射能量，在滿足吸熱器額定熱功率Pr,des及吸熱器能流密度的要求下，以鏡場(chǎng)光學(xué)效率最優(yōu)為目標(biāo)，通過(guò)對(duì)比不同預(yù)選范圍內(nèi)的鏡場(chǎng)光學(xué)效率，從而設(shè)計(jì)出最優(yōu)的鏡場(chǎng)方案。

吸熱器額定熱功率Pr,des可表示為：

式中，Af為預(yù)選定日鏡的總反射面積，m2；ηf,des為預(yù)選定日鏡的平均光學(xué)效率，包括大氣透射率(1-太陽(yáng)傳輸損失)、陰影遮擋效率、余弦效率、吸熱器截?cái)嘈?采用蒙特卡羅光線追跡法計(jì)算得到)、鏡面清潔度、鏡面反射率；ηr,des為吸熱器額定效率；IDNI,des為設(shè)計(jì)點(diǎn)的DNI值，W/m2。

另外，SPD1000軟件還可支持任意不規(guī)則地形的鏡場(chǎng)設(shè)計(jì)。不規(guī)則地形的鏡場(chǎng)設(shè)計(jì)是以“定日鏡布滿用地范圍”為原則(若需要留出其他用處，則需要事先處理)，找到合適的吸熱塔位置，以滿足吸熱器能流密度的要求。

在得到滿足吸熱器額定熱功率要求的最優(yōu)鏡場(chǎng)后，根據(jù)全年每個(gè)時(shí)刻點(diǎn)的DNI值IDNI和鏡場(chǎng)光學(xué)效率ηf，可計(jì)算得到鏡場(chǎng)投射到吸熱器上的能量值Pf，即：

1.2 吸熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型

在塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)中，吸熱系統(tǒng)模型主要是對(duì)吸熱塔頂端的吸熱器進(jìn)行建模。通過(guò)輸入環(huán)境參數(shù)、吸熱器涂層及熔鹽特性參數(shù)，吸熱系統(tǒng)模型可實(shí)現(xiàn)吸熱器幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)，包括吸熱器直徑、吸熱器高度及吸熱器面板個(gè)數(shù)等。在全年仿真過(guò)程中，通過(guò)計(jì)算吸熱器各個(gè)時(shí)刻的散熱損失Pr,loss，可得到吸熱器對(duì)應(yīng)的實(shí)際輸出熱功率Pr，即介質(zhì)吸收的熱量。

Pr的計(jì)算公式為：

式中，Pr,loss為吸熱器散熱損失，包括對(duì)流換熱損失Pr,對(duì)流loss和輻射損失Pr,輻射loss。

Pr,loss的計(jì)算公式為：

式中，h為對(duì)流換熱系數(shù)；Ar,i為吸熱器面積微元；tr,i為吸熱器面積微元的壁面溫度；te為環(huán)境溫度；0.95為發(fā)射率；5.67×e-8為玻爾茲曼常數(shù)。

吸熱器效率ηr的公式為：

1.3 儲(chǔ)熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型

儲(chǔ)熱系統(tǒng)模型可根據(jù)輸入的裝機(jī)容量Pt、儲(chǔ)熱時(shí)間Ttes、汽輪機(jī)額定效率ηt、高低溫熔鹽的焓差ΔH、儲(chǔ)熱系統(tǒng)的效率ηsc，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)儲(chǔ)熱總量Etes、所需熔鹽量Msalt的估算。

系統(tǒng)儲(chǔ)熱總量Etes的公式為：

所需熔鹽量Msalt的公式為：

綜合考慮電站站址所處位置的地震等環(huán)境情況與相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，完成儲(chǔ)罐本體設(shè)計(jì)、設(shè)備重量計(jì)算及儲(chǔ)罐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。

1.4 換熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)模型

換熱系統(tǒng)模型主要包括物料能量衡算、預(yù)熱器設(shè)計(jì)、蒸發(fā)器設(shè)計(jì)、過(guò)熱器設(shè)計(jì)和再熱器設(shè)計(jì)等。

具體模型為：過(guò)熱器和再熱器采用并聯(lián)方式，高溫熔鹽一部分通往過(guò)熱器，另一部分通往再熱器；然后從過(guò)熱器和再熱器出來(lái)的熔鹽匯合，通往蒸發(fā)器；蒸發(fā)器熔鹽出口連接預(yù)熱器，預(yù)熱器熔鹽出口連接低溫熔鹽罐；水經(jīng)過(guò)預(yù)熱器通往蒸發(fā)器，蒸發(fā)器蒸汽出口連接過(guò)熱器蒸汽入口，過(guò)熱器蒸汽出口連接汽輪機(jī)主蒸汽入口；再熱器用于汽輪機(jī)高壓缸排汽再熱，以提高系統(tǒng)效率。

1.5 用戶自定義汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)

用戶可根據(jù)需要，從軟件中選取已配置好的汽輪機(jī)參數(shù)，或用戶自定義汽輪機(jī)參數(shù)。汽輪機(jī)參數(shù)包括主蒸汽溫度、壓力、流量，再熱蒸汽溫度、壓力、流量，排氣背壓，抽汽級(jí)數(shù)及抽汽參數(shù)，汽輪機(jī)額定效率等。汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)模型用于模擬熱能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)總發(fā)電功率的計(jì)算。

2 總體框架與功能設(shè)計(jì)

SPD1000軟件采用C++語(yǔ)言，在Visual Studio 2010環(huán)境下進(jìn)行開(kāi)發(fā)，主要用于實(shí)現(xiàn)塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化、技術(shù)性能指標(biāo)仿真及經(jīng)濟(jì)性能分析等功能。

2.1 總體框架設(shè)計(jì)

本軟件主體流程包括相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)的設(shè)定(包括裝機(jī)容量、吸熱系統(tǒng)參數(shù)、設(shè)計(jì)點(diǎn)參數(shù)、鏡場(chǎng)設(shè)計(jì)參數(shù)、儲(chǔ)熱系統(tǒng)參數(shù)、廠用電參數(shù)、經(jīng)濟(jì)性參數(shù)和成本參數(shù))、汽輪機(jī)設(shè)計(jì)仿真、換熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真、吸熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真、環(huán)境設(shè)計(jì)仿真、儲(chǔ)熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真、發(fā)電量計(jì)算(包括廠用電的計(jì)算)、經(jīng)濟(jì)性分析等模塊，最終輸出的報(bào)告有方案設(shè)計(jì)報(bào)告(包括鏡場(chǎng)方案、吸熱系統(tǒng)方案、換熱系統(tǒng)方案、儲(chǔ)熱系統(tǒng)方案)、發(fā)電量數(shù)據(jù)(包括相關(guān)曲線)、電站經(jīng)濟(jì)性分析報(bào)告。SPD1000軟件主要的實(shí)現(xiàn)流程和數(shù)據(jù)傳遞如圖4所示。

SPD1000軟件可實(shí)現(xiàn)塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)和子系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)計(jì)。在總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，子系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)相互傳遞，能夠保證子系統(tǒng)參數(shù)的匹配，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)與優(yōu)化。

圖4 SPD1000軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖

2.2 功能設(shè)計(jì)

結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目情況，為了滿足各類終端用戶的需求，軟件有5類主要項(xiàng)目模式：總體方案設(shè)計(jì)、太陽(yáng)島設(shè)計(jì)、熱力島設(shè)計(jì)、光資源分析及經(jīng)濟(jì)性分析。各項(xiàng)目模式的結(jié)構(gòu)功能如圖5所示。

圖5 SPD1000軟件中的5類主要項(xiàng)目模式及其功能

由圖5可以看出，軟件中的5類主要項(xiàng)目模式的功能可以概括為2大類：方案設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析。

1)方案設(shè)計(jì)不僅支持用戶直接輸入完整設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行電站系統(tǒng)或子系統(tǒng)的仿真分析，而且提供塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)各子系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的優(yōu)化，例如鏡場(chǎng)布置參數(shù)、吸熱塔高度、儲(chǔ)熱時(shí)間、太陽(yáng)倍數(shù)等。

2)數(shù)據(jù)分析涵蓋了光資源、發(fā)電量及系統(tǒng)整體經(jīng)濟(jì)性等各類數(shù)據(jù)計(jì)算與分析，為使用戶可以方便直觀地了解分析結(jié)果，軟件提供了數(shù)值、圖表、報(bào)告等多種方式。

2.3 軟件深化功能

2.3.1 基于工程需求的鏡場(chǎng)設(shè)計(jì)功能

同類鏡場(chǎng)設(shè)計(jì)軟件所設(shè)計(jì)鏡場(chǎng)的外圍輪廓一般都是具有一定規(guī)則的外形，如圓形、橢圓形、扇形、方形；區(qū)別于其他同類鏡場(chǎng)設(shè)計(jì)軟件，SPD1000軟件可根據(jù)實(shí)際工程的需要，在項(xiàng)目用地不規(guī)則、范圍有限且坡度較大時(shí)對(duì)鏡場(chǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。為了保證所設(shè)計(jì)鏡場(chǎng)可以滿足實(shí)際工程的應(yīng)用條件，SPD1000軟件可根據(jù)場(chǎng)地坡度、場(chǎng)地邊界及用戶需求，合理布置鏡場(chǎng)內(nèi)各類通道需求、熱力島區(qū)域等；在用地受限的情況下，用戶能夠根據(jù)項(xiàng)目需求選擇最優(yōu)鏡場(chǎng)效率或最大集熱量2種方式進(jìn)行不規(guī)則地形的定日鏡場(chǎng)設(shè)計(jì)。

2.3.2 更適應(yīng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)環(huán)境的分析功能

軟件仿真的準(zhǔn)確性主要取決于發(fā)電量計(jì)算和經(jīng)濟(jì)性分析。SPD1000軟件除了提供針對(duì)塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)專業(yè)詳細(xì)的設(shè)計(jì)功能外，還可以根據(jù)我國(guó)不同地區(qū)的經(jīng)濟(jì)環(huán)境設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的分析模型，用戶可以通過(guò)項(xiàng)目總投資、內(nèi)部收益率、建設(shè)周期、標(biāo)準(zhǔn)電價(jià)，以及當(dāng)?shù)卣a(bǔ)貼、稅收政策等參數(shù)進(jìn)行配置。

根據(jù)用戶設(shè)定的經(jīng)濟(jì)性參數(shù)，SPD1000軟件對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析和整理，生成適合我國(guó)經(jīng)濟(jì)環(huán)境的報(bào)表，供用戶直接查看相關(guān)數(shù)據(jù)或者導(dǎo)出使用。圖6為SPD1000軟件生成的軟件財(cái)務(wù)指標(biāo)匯總表的顯示界面。

2.3.3 完善的項(xiàng)目管理功能

SPD1000軟件提供統(tǒng)一的項(xiàng)目管理功能，可以根據(jù)用戶需求對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行描述，便于快捷搜索和查看項(xiàng)目的基本信息。項(xiàng)目管理支持5類項(xiàng)目的新建、重命名和刪除等功能。

圖6 SPD1000軟件生成的軟件財(cái)務(wù)指標(biāo)匯總表的顯示界面

2.3.4 軟件適用性

目前已有的電站系統(tǒng)仿真軟件存在搭建系統(tǒng)過(guò)程繁瑣復(fù)雜、電站關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)不明確，以及仿真結(jié)果顯示不直觀等問(wèn)題，在一定程度上限制了軟件使用的終端用戶。而SPD1000軟件能夠從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度，為能源顧問(wèn)、專業(yè)技術(shù)人員、電站投資方等各類終端用戶提供不同的評(píng)估分析結(jié)果，并且人機(jī)交互界面友好。

1)能源顧問(wèn)：在項(xiàng)目初期研究階段，SPD1000軟件可提供項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)、光資源分析、電站經(jīng)濟(jì)性分析，為項(xiàng)目前期技術(shù)經(jīng)濟(jì)的可行性作較完整的評(píng)估。

2)專業(yè)技術(shù)人員：SPD1000軟件可為其提供太陽(yáng)島設(shè)計(jì)、熱力島設(shè)計(jì)、光資源分析、電站經(jīng)濟(jì)性分析等子系統(tǒng)功能的單獨(dú)設(shè)計(jì)和優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)吸熱塔高度、定日鏡布置、吸熱器尺寸、儲(chǔ)熱時(shí)間、太陽(yáng)倍數(shù)等參數(shù)的詳細(xì)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3)電站投資方：SPD1000軟件可為其提供詳細(xì)的發(fā)電量分析報(bào)告、發(fā)電量曲線、儲(chǔ)熱容量曲線，以及電站經(jīng)濟(jì)性分析報(bào)告等作為投資參考依據(jù)。

3 實(shí)例分析

3.1 鏡場(chǎng)仿真設(shè)計(jì)實(shí)例

利用SPD1000軟件對(duì)建立在青海省德令哈地區(qū)的塔式太陽(yáng)能熔鹽熱發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與發(fā)電量的仿真計(jì)算。該塔式太陽(yáng)能熔鹽熱發(fā)電系統(tǒng)的裝機(jī)容量為50 MW，主要配置參數(shù)如表1所示。

表1 主要仿真參數(shù)配置

綜合考慮定日鏡鏡場(chǎng)光學(xué)效率、吸熱器能流密度分布要求，SPD1000軟件設(shè)計(jì)輸出的定日鏡鏡場(chǎng)布置如圖7所示。

圖7 SPD1000軟件設(shè)計(jì)的鏡場(chǎng)布局圖

而SAM軟件在鏡場(chǎng)設(shè)計(jì)中，僅以全年定日鏡可投射能量為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定日鏡選擇。而在實(shí)際項(xiàng)目中，還需要考慮吸熱器能流密度的要求，即南北的能量有一定的比例要求，以避免一側(cè)吸熱器的能量過(guò)多，而另一側(cè)過(guò)少，如圖8所示[4]。

對(duì)比圖7和圖8可以看出，SPD1000軟件的鏡場(chǎng)設(shè)計(jì)方案既考慮了吸熱器的能流密度要求，又保證了最優(yōu)化的鏡場(chǎng)布置，從而可獲得更高的鏡場(chǎng)光學(xué)效率。因此，SPD1000軟件更符合實(shí)際項(xiàng)目的應(yīng)用需求。

圖8 SAM軟件設(shè)計(jì)的鏡場(chǎng)布局圖

3.2 SPD1000軟件與SAM軟件的系統(tǒng)性能參數(shù)對(duì)比

為了保證SPD1000軟件和SAM軟件的鏡場(chǎng)光學(xué)效率和發(fā)電量仿真結(jié)果對(duì)比的準(zhǔn)確性，本小節(jié)采用圖7中SPD1000軟件設(shè)計(jì)的鏡場(chǎng)進(jìn)行仿真。

SAM軟件基于國(guó)外某電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了其在塔式熔鹽太陽(yáng)能熱發(fā)電站仿真方面的可靠性[3]。通過(guò)對(duì)比SPD1000軟件與SAM軟件的仿真結(jié)果，能夠驗(yàn)證SPD1000軟件在塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)仿真結(jié)果的準(zhǔn)確可靠性。由于2款軟件經(jīng)濟(jì)性模型是分別基于2個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)環(huán)境情況建立的，存在明顯的差異，因此，本節(jié)僅對(duì)發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)性能參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，主要包括系統(tǒng)各個(gè)階段的能量仿真數(shù)據(jù)。

SPD1000軟件和SAM軟件按照?qǐng)D7所示鏡場(chǎng)仿真出的系統(tǒng)效率及各階段能量數(shù)據(jù)，具體如表2所示。其中，鏡場(chǎng)光學(xué)效率包括定日鏡清潔度、鏡面反射率、余弦效率、大氣透過(guò)率、陰影遮擋效率。由于SAM軟件的定日鏡對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)簡(jiǎn)單地為吸熱器面板的中心位置，而SPD1000軟件是根據(jù)吸熱器表面最大能流密度上限設(shè)計(jì)優(yōu)化定日鏡反射光斑目標(biāo)點(diǎn)，在截?cái)嘈视?jì)算方面存在較大差異，因此，表2中鏡場(chǎng)光學(xué)效率暫不考慮吸熱器截?cái)嘈史猪?xiàng)。

圖9為SPD1000軟件和SAM軟件的逐月發(fā)電量仿真結(jié)果，以及對(duì)應(yīng)的月DNI總量變化曲線。

表2 2款軟件各階段能量數(shù)據(jù)對(duì)比

圖9 2款軟件月發(fā)電量情況

由表2和圖9的仿真數(shù)據(jù)可以看出：

1)SPD1000軟件計(jì)算的鏡場(chǎng)光學(xué)效率、年均光熱效率及年均熱電效率與SAM軟件結(jié)果基本一致，相對(duì)誤差在0.5%以內(nèi)。

2)2款軟件計(jì)算出的鏡場(chǎng)年可投射能量差別較大，這主要是由于SPD1000軟件和SAM軟件計(jì)算的吸熱器截?cái)嘈史謩e考慮在鏡場(chǎng)年可投射能量和熔鹽吸熱器年吸收總能量中，從而導(dǎo)致鏡場(chǎng)年可投射能量差別明顯。

3)2款軟件計(jì)算出的月發(fā)電量變化趨勢(shì)基本一致，數(shù)值上存在一定差別是由于2款軟件中設(shè)定的運(yùn)營(yíng)策略不同及鏡場(chǎng)光學(xué)效率計(jì)算差異，導(dǎo)致日發(fā)電量上有所偏差，從而導(dǎo)致月發(fā)電量存在少量偏差。比如5月和8月，SPD1000軟件計(jì)算的發(fā)電量偏多一點(diǎn)；1月、2月、4月、7月、10月、11月和12月，SPD1000軟件計(jì)算的又偏少一點(diǎn)；3月、6月和9月，2個(gè)軟件計(jì)算的發(fā)電量又基本相同。

通過(guò)上述2款軟件的仿真結(jié)果可以看出，2款軟件在塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)性能仿真方面的可靠性和準(zhǔn)確度基本一致。

3.3 SPD1000軟件應(yīng)用特點(diǎn)

SPD1000軟件不僅保證了仿真的準(zhǔn)確可靠，相對(duì)于目前已有的仿真軟件，其更加注重滿足實(shí)際工程應(yīng)用中的需求：

1)SPD1000軟件可結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出滿足不同工程應(yīng)用環(huán)境的鏡場(chǎng)。例如在場(chǎng)地邊界不規(guī)則時(shí)設(shè)計(jì)的鏡場(chǎng)，如圖10所示。

圖10 SPD1000軟件設(shè)計(jì)的不規(guī)則鏡場(chǎng)布局圖

2)SPD1000軟件能夠在保證電站各子系統(tǒng)相互匹配的條件下，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵參數(shù)的優(yōu)化。例如，軟件可根據(jù)用戶輸入的太陽(yáng)倍數(shù)進(jìn)行儲(chǔ)熱時(shí)間參數(shù)的優(yōu)化。

3)SPD1000軟件既能夠滿足專業(yè)技術(shù)人員自行配置系統(tǒng)參數(shù)的需求，也能夠保證非專業(yè)技術(shù)人員利用系統(tǒng)優(yōu)化功能完成相關(guān)配置。

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)浙江中控太陽(yáng)能技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)的SPD1000軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)與功能的介紹，可以看出該軟件能夠?qū)崿F(xiàn)塔式太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、分項(xiàng)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析等功能；其與SAM軟件的對(duì)比驗(yàn)證表明了其技術(shù)性能及在仿真結(jié)果方面的準(zhǔn)確可靠性。SPD1000軟件提供的人機(jī)交互界面、直觀高效的報(bào)表及基于我國(guó)經(jīng)濟(jì)環(huán)境建立的經(jīng)濟(jì)性分析模型，保障了終端用戶(尤其是計(jì)劃在我國(guó)投資項(xiàng)目的用戶)使用的靈活性、便捷性和可靠性。