塔式太阳能光热发电站定日镜场参数设计优化

本文针对塔式太阳能光热发电站中定日镜场的参数设计问题进行优化，以期在满足额定功率需求的同时，最大化单位镜面面积年平均输出热功率。

1. 问题描述

假设在东经 98.5°，北纬 39.4°，海拔 3000 m，半径 350 m 的圆形区域内建设一个圆形定日镜场。该区域中心为镜场坐标系原点，正东为 x 轴正向，正北为 y 轴正向，垂直向上为 z 轴正向。规划的吸收塔高度为 80 m，采用高 8 m、直径 7 m 的圆柱形外表受光式集热器。吸收塔周围 100 m 范围内留出空地建造厂房，用于安装发电、储能、控制等设备。

定日镜为平面矩形，上下两边平行于地面，其间距离为镜面高度，左右两边距离为镜面宽度，通常宽度不小于高度。镜面边长在 2 m 至 8 m 之间，安装高度在 2 m 至 6 m 之间，且必须保证镜面旋转时不触及地面。为了维护和清洗车辆通行，相邻定日镜底座中心之间的距离需比镜面宽度多 5 m 以上。

定日镜场额定年平均输出热功率为 60 MW。假设所有定日镜尺寸和安装高度相同，需要设计以下参数：

吸收塔的位置坐标
定日镜尺寸和安装高度
定日镜数目
定日镜位置

目标是在满足额定功率要求的前提下，最大化单位镜面面积年平均输出热功率，并计算以下指标：

平均光学效率
平均余弦效率
平均阴影遮挡效率
平均截断效率
单位面积镜面平均输出热功率 (kW/m²)
各定日镜的坐标

2. 参数设计与计算

2.1 吸收塔位置坐标

吸收塔位于圆形区域中心，其坐标为 (0, 0, 80)。

2.2 定日镜尺寸和安装高度

为了最大化单位镜面面积年平均输出热功率，选择较大的镜面尺寸和安装高度。假设镜面边长为 8 m，安装高度为 6 m。

2.3 定日镜数目

定日镜数目 = 圆形区域面积 / 单位镜面面积 = (π * 350²) / (8 * 8)

2.4 定日镜位置

为了满足相邻定日镜底座中心间距大于镜面宽度 5 m 的要求，选择间距为 13 m (8 m + 5 m)。以吸收塔为中心，构建一个半径为 350 m 的圆形网格，并按照一定的规律布置定日镜。

2.5 各个参数计算

根据题目给出的计算时点，利用相关公式和模型计算平均光学效率、平均余弦效率、平均阴影遮挡效率、平均截断效率、单位面积镜面平均输出热功率，以及各定日镜的坐标。

3. 结论

通过上述设计优化，可以确定定日镜场的最佳参数，最大化单位镜面面积年平均输出热功率，提高塔式太阳能光热发电的效率。具体的计算过程需要根据实际情况进行，包括定日镜的布置规律、光学模型等。

4. 未来展望

未来研究可以进一步考虑定日镜的跟踪控制策略、光学效率的动态调整、以及不同镜面形状的影响，进一步优化定日镜场的设计，提高太阳能光热发电的经济效益和环境效益。