2023太陽能光熱發(fā)電吸熱塔消能減振

太陽能光熱發(fā)電吸熱塔消能減振2023年02月133目錄TOC\o"1-2"\h\z\u吸熱塔的應用情況調研 1國外吸熱塔結構應用 1國內吸熱塔結構應用 9高層建筑消能減振調研 14吸熱塔結構減振裝置的設計 162結論 18PAGEPAGE10吸熱塔的應用情況調研太陽能光熱發(fā)電是將太陽能轉化為熱能，通過熱功轉化進行發(fā)電的技術。采用這種光電轉換技術的電站稱為太陽能光熱發(fā)電站。隨著社會對于清潔能源的需求日益增長，太陽能因具有清潔、豐富、可再生、易獲取等優(yōu)點受到了廣泛關注。與光伏發(fā)電相比，光熱發(fā)電具有更清潔、易存儲、易并網(wǎng)、效率更高、受氣候影響小的特點，近年來在全球范圍內掀起了研究和應用的熱潮。到目前為止，太陽能光熱發(fā)電技術主要有槽式、蝶式、塔式、線性非涅爾5一，在美國和歐洲得到了快速發(fā)展。塔式太陽能光熱發(fā)電是通過多臺追蹤太陽轉動的定日鏡將太陽輻射反射至放置于吸熱塔上部的吸熱器中，把太陽輻射能轉換為傳熱工質的熱能，再通過熱力循環(huán)轉換成電能的太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)。塔式太陽能光熱發(fā)電系統(tǒng)主要由鏡場、吸熱塔、儲換熱區(qū)、發(fā)電區(qū)等組成，而吸熱塔是塔式太陽能電站的核心構筑物，結構總高度一般均超過200m，屬于高聳結構的范疇。目前，全球已建成數(shù)十個塔式光熱電站，因電站規(guī)模、設計理念以及采用設備的不同，吸熱塔結構在外觀上和結構形式存在著一定差異。國外吸熱塔結構應用PS10（1）11MW200572007655AbengoaSolar1儲熱系統(tǒng)。PS10Reunidas減少風荷載的不利影響。圖1 PS10光熱電站vnph（220142133MW、133MW126MW22億美元，實現(xiàn)了百兆瓦級的塔式電站的首次開發(fā)和規(guī)?；_發(fā)。該電站采用水直接作為工質，水在吸熱器中受熱后產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽，驅動汽輪機發(fā)電。Ivanpah光熱電站每年能夠產(chǎn)出392MW30%10萬美國家庭使40萬噸。vnphRilePo460英尺（140米。圖2 Ivanpah光熱電站msolr（3（Svill，200924熔鹽光熱電站。其裝機規(guī)模為19.9MW，儲熱時長長達15個小時，設計發(fā)電量為110,000MWh/yr2750030000CO?24小時全天候不間斷發(fā)電的光熱電站。GemasolarSener140m。圖3 Gemasolar光熱電站CrescentDunes（225160092015月正式投產(chǎn)使用，截至2017年為全球已建成的最大的塔式熔鹽電站，裝機規(guī)模達110MW10技術的可行性，而成為光熱發(fā)電發(fā)展史上重要的里程碑。吸熱塔采用混凝土結構形式，塔高195米。圖4 CrescentDunes光熱電站Ashalim1光熱電站（5）7.53.151.05百萬平方米，安裝五萬余面定日鏡。吸熱塔采用混合結構形式，吸熱器及其支撐鋼結構采用整體式吊裝，塔高787英尺（250米。圖5 Ashalim1光熱電站hiSolrne（650MW2012122016224160576800電站，也是南非投運的第二個商業(yè)化光熱電站KhiSolarOne塔式電站采用比利時CMISolar生產(chǎn)的塔式吸熱器，共安裝3個腔式吸熱器，吸熱塔結構采用混凝土結構形式，塔高205米。圖6 KhiSolarOne光熱電站Atacama1100MW110MW式光熱發(fā)電站。塔式熔鹽光熱電站（7）是拉丁美洲首個光熱發(fā)電項目，占地面70017.510,600140㎡大小的定日鏡。Atacama1240m土部分整體為圓角矩形，中上部設置有豎向孔，已達到減少風荷載的作用，考慮到上部吸熱器及其支撐結構采用整體液壓提升，在混凝土結構底部設置有大開孔。圖7 智利Atacama1塔式熔鹽光熱電站RI（812公里的開工建設，2018121787400該電站不僅創(chuàng)下了太陽能塔式光熱電站規(guī)模的世界紀錄，同時吸熱塔的高度也是全243米。NOORIIISener混凝土部分塔高200m，總高度243m。圖8 NOORIII光熱電站國內吸熱塔結構應用我國是一個太陽能資料非常豐富的國家，具有發(fā)展大規(guī)模太陽能發(fā)電站的潛力。但是總體上來說，我國太陽能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)起步較晚，直到近年來，隨著光熱發(fā)電在中國能源結構中戰(zhàn)略地位的提升，光熱發(fā)電行業(yè)獲得更多政策傾斜，隨之而來的是光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)化進程加快。201593020%的示范工程，總共審批通過20個光熱電站，其中塔式太能用熱發(fā)電站9個。1MW（9，傳熱介質為水/863計劃“太陽能熱發(fā)電技術及系統(tǒng)示范”重點項目，由中國科101.2200620129月成功發(fā)電。這是我國光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展史上具有里程碑意義的標志性事件。該項目設置有兩個集熱塔，鋼架結構的簡易集熱塔為目前正在運行的集熱塔，直接產(chǎn)生過熱蒸汽，塔高。白色的塔是前期為進行關鍵科學技術的研發(fā)，建立的一個用于調試的副塔，為鋼筋混凝土框架+筒體結構，塔高約120m。圖9 中科院電工所1MW塔式試驗電站10MW（220142016863000平方米。該電站是我國首座成功投運的規(guī)?；瘍δ芄鉄犭娬?，也是全球第三座投運的具備規(guī)?；瘍δ芟到y(tǒng)的塔式光熱電站。吸熱塔采用鋼結構，為四邊形鋼管塔，塔高約92m。圖10 中控10MW塔式熔鹽光熱電站10W光熱示范電站（115h20148122624續(xù)發(fā)電的光熱電站。吸熱塔采用混合結構形式，塔高138m。圖11首航節(jié)能敦煌10MW光熱示范電站50W（150MW71.46201610201812投入使用。吸熱塔供貨方為杭州鍋爐廠，吸熱塔采用混凝土結構形式，塔總高約216m，混凝土高約為183m。圖12 中控德令哈50MW光熱電站5電項目（圖13，站址位于新疆維吾爾自治區(qū)哈密市伊吾縣淖毛湖鎮(zhèn)境內，北距淖2.5km20171020194月并網(wǎng)發(fā)電。181m。圖13 中國電力工程顧問集團西北電力設計院有限公司哈密熔鹽塔式5萬千瓦光熱電站海西州多能互補集成優(yōu)化示范工程光熱電站（圖14，采用塔式熔鹽技術，站26201710201812月并網(wǎng)發(fā)電。分高度約為147m。圖14 海西州多能互補集成優(yōu)化示范工程光熱電站100MW熔鹽塔式光熱電站（15）100MW單機最大光熱發(fā)電項目時連續(xù)發(fā)電。首航節(jié)能敦煌100MW熔鹽塔式光熱電站吸熱塔采用混合結構體系，塔總高約261m，其中混凝土部分高達212.4m。圖15 首航節(jié)能敦煌100MW熔鹽塔式光熱電站高層建筑消能減振調研消能減振技術是迅速發(fā)展起來的減輕建筑結構風或地震災害的新技術。該技術是通過在建筑結構的某些部位設置消能器以增加結構阻尼，從而減少結構在風和地震作用下的反應。被動調諧減振控制系統(tǒng)是由結構和附加在主結構上的子結構組成。附加的子結構具有質量、剛度和阻尼，因而可以調節(jié)子結構的自振頻率，使其盡量接近主結構的基本頻率或激振頻率，這樣當主結構受激振而振動時，子結構就會產(chǎn)生一個與主結構振動方向相反的慣性力作用在主結構上，使主結構的反應衰減并受到控制。子結構的質量可以是固體質量也可以是液體質量。結構被動調諧減振控制的裝置主要有調諧質量阻尼器(TMD)和調諧液體阻尼器（TLD)、調諧液柱式阻尼器（TLCD)振動控制系統(tǒng)等。10116所示1018892660,為了避免強風及大地震作用時質量塊擺幅過大，調質阻尼器下方則放置了一可限制球體質量塊擺動的緩沖鋼環(huán)（umprRing，以及8組水平向防撞油壓式阻尼器（Snubbrmp1.0m棒（BumperPin）就會撞擊緩沖鋼環(huán)以減緩質量塊的運動。圖16 臺北101大廈與其TMD裝置（17所示近風荷載的卓越周期，屬于風敏感結構。在實際風環(huán)境中，結構在順風向和橫風向的耦合風荷載激勵下，風荷載作用效應更為明顯。單擺式電渦流調諧質量阻尼器在超高層的應用于上海中心大廈的創(chuàng)新理念相契合，在充分體現(xiàn)減振效果的同時，也大大降低了造價，配合建筑空間，注入科普及觀賞功能，極大地發(fā)揮了功能性、藝術性。單擺式電渦流調諧質量阻尼器在大風來襲時可以通過自身的擺動，抵消風力，從而達到保護建筑的功用。 圖17 上海中心大廈與其TMD裝置廣州小蠻腰（18所示TMDAMD，TMDAMD統(tǒng)主要起到三方面的作用：一是改善強震強風下房屋的安全性；二是改善風震下的舒適度，加上這個系統(tǒng)，廣州塔減掉了百分之四十的風震；三是保證了廣州塔里面通訊設施、娛樂設施的正常使用。圖18 廣州小蠻腰與其TMD裝置吸熱塔結構減振裝置的設計減振設施的設置是吸熱塔與其他的高聳結構（如煙囪）的一項重要差異，是否設置減震設施，設置什么樣的減震設施很重要。全球已建成數(shù)十個塔式光熱電站，現(xiàn)分別就其使用的規(guī)范和減震措施進行描述。為減小吸熱塔結構的風振響應，主要有兩種方式，一種是在結構外部加破風圈，另一種是布置質量阻尼器TMD，這兩種裝置在設計上各有特點。設置破風圈方式破風圈通過破壞風荷載有規(guī)律的振動來減小風振響應，常規(guī)的破風圈通常在吸19易施工外，還會影響到吸熱塔標靶區(qū)的功能，因此在實際設計中很少采用。為了不影響使用功能，通常將破風圈由線形布置改為點布置，如圖20所示。該種布置類型在新月沙丘工程中用到。在吸熱塔中，最適合使用的破風圈方式應該為濾波罩形破風圈，如圖21所示，在結構形式既實現(xiàn)了減小橫風荷載作用，有盡量不會影響到標靶去的功能。 圖19 線性布置破風圈布置 圖20 點布置破風圈圖21 濾波罩形破風圈設置質量阻尼器（TMD）方式TMD介質，為了避免熔鹽泄露發(fā)生火災，通常不能采用常規(guī)的以油為介質的阻尼器，在NOOrTMD22所示。圖22 電渦流式TMD布置TMD2.0%50%1，表1 TMD減振效果測試結構阻尼比衰減段1衰減段2衰減段3減振率測點1測點2測點32.33%2.45%2.45%56.00%43.70%66.30%結論吸熱塔作為塔式光熱發(fā)電站最重要的建構筑物，其高度較高，一般達到200m以上，屬于高聳結構的范疇；同時有較大質量的吸熱器集中布置在吸熱塔的頂部，2000利的。另外由于工藝聚光對焦的要求，其對結構頂部的位移有嚴格的控制。從目前國內外應用及設計的調研情況來看，沒有專門針對吸熱塔結構的設