光热电站云阴影预测研究

 二维码 7



光热电站的来云阴影预测可以通过在光热电站一定距离的周边,安装来云阴影监测系统完成。来云阴影监测系统通过对实际的云阴影照相和摄像的方法,对云的移动方向和移动速度进行判断,当预测到云阴影即将覆盖到光热电站的镜场时,系统提前做出预判调整运行工况,减少由云阴影遮挡带来的冲击。本文是莫怀友、徐松两位光学工程师对于光热电站云阴影的预测研究


一、引言

对于光热电站来说,为了得到更多的能量,最理想的运行天气是没有云的晴天。但现实中这类天气较少,通常情况下晴朗的天空还是有云彩出现的;如果云朵的面积较大,当云阴影遮挡聚光镜场时,由于聚光集热器的聚光比较高,导热介质的温度会应为热量的补给突然下降而急剧下降,这种情况会电站正常运行工况造成很大的冲击。尤其是塔式光热电站,比槽式更容易受到云遮的影响,当云阴影遮住部分镜场时,塔式吸热器上会因为受热不均出现热斑,这无疑会影响电站的正常运行。如果光热电站能够在一定的时间内预测云阴影,则可以避免此类异常情况。目前现有技术方案是通过卫星云图进行监测,但效果并不理想,预测时间误差大,而且技术成本非常高。


二、监测系统介绍

 1231.jpg

图1. 系统介绍


检测系统如图1所示;1为云阴影监测面板,地面上的一块平整光滑的空地,表面颜色可涂单一的白色,作为云阴影背景。2为图像采集器,由高清摄像机和高清照相机组成。3为支撑杆,支撑图像采集器。4为计算机图像处理系统。


具体工作时,云阴影监测系统安装在距离光热电站周边一定距离,有可能来云的方位上,当云阴影经过云阴影监测面板时,图像采集器对云阴影进行拍摄,计算机图像处理器对采集过来的图像进行图像处理,判定出云阴影的移动方向、移动速度,甚至大小等。


三、理论计算

在晴朗的天气下,计算机开机运行,并控制图像采集器中的高清摄像机监测云阴影监测面板,当没有云阴影出现时,云阴影面板1在计算机图像处理系统中呈现的图像如图2所示;以云阴影面板1的几何中心为原点刻画XY平面坐标系,比例尺为1:1:

1232.jpg

当有云阴影出现时,云阴影面板1在计算机图像处理系统中呈现的图像如图3所示:

 1233.jpg

 12311.jpg1234.jpg

  

对采集到的3张图片进行处理,如图5所示;

 1235.jpg

 12312.jpg

 1238.jpg

图- 6 云阴影预测理论计算坐标系    12315.jpg


四、改进与误差

在光热电站的运行过程中,来云阴影可能来自不同的方向,因此可以在光热电站镜场周围多布置云阴影监测系统,云阴影监测系统不可能监测到所有的来云阴影,只能监测大部分的来云阴影。如图7所示;

 12310.jpg

图- 7云阴影监测系统的布置


当监测到云阴影可能会遮挡住光热电站的镜场后,太阳的位置可能发生变化,云阴影的移动方向并不是线性的。因此,当经过时间t之后,云阴影覆盖到的镜场面积和云阴影监测系统与镜场的距离D和云速度V有关。


解决的办法是在计算的过程中考虑太阳位置的参数,但是这样导致算法复杂,精确度的提高量非常小。通常预测时间在10-15分钟以内即可使光热电站提前调整应对工况,因此,云阴影监测系统的安装位置可以适当离光热电站近一些,可根据当地的平均云速度和光热电站的系统工况调整时间进行优化。


五、展望

本文所述云阴影监测系统,设备简单廉价,不需要调用卫星数据,判定速度快,可快速的为运行中的光热电站预测来云阴影,减少因云阴影突然到来给光热电站造成的冲击影响,给光热电站的运维带来了便利,提高发电量,提高设备的使用寿命。随着光热电站的蓬勃发展,希望本方案很快就会工程化应用于实际的光热电站中。


作者简介

莫怀友(1986-),男,曾就职于中海阳能源集团股份有限公司技术拓展中心,光学工程师,从事CSP光热转换效率研究工作。


徐松,中海阳能源集团股份有限公司技术拓展中心光热技术总监,对光热电站的设计和运行维护有丰富的经验。


联系电子邮箱:song1562@rayspower.com


编辑:董清风

审核:杜凤丽


分享到:
会员登录
登录
我的资料
回到顶部