设计题目练习

已知某地年总DNI=1750kW ·h/m2，年太阳平均辐照度为950W /m2 ，年平均环境温度为10℃。带7.5h储热的100MW塔式电站汽轮机参数见下表。求该电站的定日镜聚光场面积和年发电量及镜场布置范围估算。（效率在经验范围内选取）

塔式电站年发电量计算

一、授课信息

1、授课主题：塔式电站年发电量计算

2、授课时长：2课时

3、授课方法：讲授法、练习法、讨论法、视频观看法

二、教学任务目标

通过PPT展示与讲解，问题讨论，视频观看等方式让学生：

掌握光热电站年发电量的计算方法；

三、教学重点与难点

1、重点：光热电站年发电量计算；

2、难点：光热电站年发电量计算过程.

四、学情分析

学生已经学习了工程热力学、传热学、流体机械与流体输送机械、机械CAD，有一定的热工学基础，具备读图能力；自主学习能力欠缺、利用信息化技术获取资源能力尚可；学习主动性和自信心不够。

五、教学过程与内容

1、提问：学习通发布问题学生进行资料搜索与回答。

2、根据学习通提出等问题引入课堂正式主题。

    年发电量计算过程（配合例题讲解）

    计算年发电量的关键在于确定集热场功率，包括确定聚光场面积和吸热器功率，聚光过程与吸热、储热、换热和发电是耦合的。

    年发电量计算过程为：先确定辐照和气象条件，然后假定一个聚光场面积，将聚光场的输出作为吸热器的输入，吸热器的输出功率应等于汽轮机和储热器需要的额定输入功率之和，如果该条件不满足，那么需要重新假设聚光场面积，直到满足要求。

   例题：已知某地年总DNI=1850kW ·h/m²，设计点辐照度为1000W /m² ，年平均环境温度为15℃。详解计算过程。储热量为汽轮机满发4h，求该电站的定日镜聚光场面积和年发电量。

分析求解：

       取设计点春分为正午，太阳辐照度取点太阳平均辐照度1000W /m2 ，设计环境温度取年平均环境温度15℃，要求集热场在设计点的输出功率大于发电机组需要的输入功率加储热功率。

       本工程采用汽轮机容量为50MW，额定输入热功率为150MW（热电效率取33.3%，即汽轮机发电效率）。

       储热器额定输入热功率计算为：

       每天需要的储热量Q2=4h ×150MW=600MW·h。设每天的充热时长为6小时，则充热功率为P2=600MW·h/6h=100MW。

则吸热器输出功率P3=150+100=250MW

1、假设需要定日镜聚光场面积为10万m2，腔体式吸热器开口为35m× 35m，

     聚光场在设计点的输出效率取68%（通过聚光场设计软件HELD/WINSOL/SOLERGY等可以模拟得到），吸热器的截断效率取100%，此时镜场的输出功率P4=68% × 100% × 100000 × 1000=68MW

     吸热器效率取90%，此时吸热器的输出功率P3=68×90%=61.2MW

     250MW/61.2MW=4.08（需要扩大镜场面积至少4.08倍）

2、考虑到聚光场面积基本与输出成正比，聚光场尺寸变大后的聚光场效率会降低，则假设聚光场面积增加4.5倍，为45万m2 ，此时聚光场面积输出效率取63%，吸热器截断效率取95%。此时镜场的输出功率

                    P4=63% × 95% × 450000 × 1000=269MW

 吸热器效率取85%，此时吸热器的输出功率

                    P3=269×85%=229MW（比250MW还是少）

3、再假设聚光场面积增加为51万m2 ，此时聚光场面积输出效率取62%，吸热器截断效率取94%。此时镜场的输出功率

                    P4=62% × 94% × 510000 × 1000=297MW

 吸热器效率取85%，此时吸热器的输出功率P3=297×85%=252.5MW

结果基本满足要求，可得结果该电站的聚光场面积为51万平方米。

计算100MW塔式电站年发电量

       已知某地年总DNI=1750kW ·h/m2，年太阳平均辐照度为950W /m2 ，年平均环境温度为10℃。带7.5h储热的100MW塔式电站汽轮机参数见下表。求该电站的定日镜聚光场面积和年发电量及镜场布置范围估算。（效率在经验范围内选取）

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