大型槽式太阳能热发电聚光器系统测量理论与方法研究

Concentrated Solar Power (CSP) is one of the key directions of new energy development in China. The parabolic trough concentrator is the core device of CSP, and the power generation efficiency is affected by the manufacture and assembly precision directly. Due to the large scale, complex structure, and multi measured parameters, the measurement issue of concentrator structure has not yet been solved. This project concentrates on the theories, methods and key techniques of the vision measurement for the large-scale parabolic trough concentrator. The main research contents are as follows: (1) The mapping transformation error model of multi-type geometry parameters is established. (2) The high precision camera calibration method of large field vision measurement without reference device is proposed. (3) The network optimization strategy of vision measurement for the large-scale concentrator is studied. (4) The surface measurement and intercept factor evaluation methods of the concentrator are proposed. (5) The multi-parameter transformation devices of vision measurement are designed, and the high precision experimental measurement system for the multi-parameter of parabolic trough concentrator is developed. The research findings of this project provide a theoretical basis for high precision manufacturing, assembly and measurement of large trough concentrator. It has great significance to improve the power generation efficiency, as well as the design and manufacture level of concentrator and other key equipment of our country.

太阳能光热发电是我国新能源重点发展的方向之一。抛物面槽式聚光器是太阳能光热发电系统的核心装置，其制造安装精度直接影响太阳能光热发电效率。由于聚光器尺寸大、结构复杂、待测参量多等因素的影响，使得大型抛物面聚光器系统多参量测量问题迄今尚未得到解决。本项目拟研究大型槽式太阳能光热发电聚光器系统多参数视觉测量理论与方法。主要研究内容如下：（1）研究建立多类型几何参量映射转换误差模型；（2）提出大视场视觉测量无靶标相机现场高精度标定方法；（3）研究大型聚光器系统的测量网络优化策略；（4）研究并提出聚光器面形测量与截获因子的评价方法；（5）构建多参量视觉测量转换装置，建立槽式太阳能光热发电聚光器多参数高精度测量实验系统。本项目的研究成果可为我国大型槽式太阳能光热发电聚光器系统的高精度制造装配测量提供理论依据，对提高光热发电效率和我国太阳能光热聚光器等关键设备的设计制造水平具有重要意义。

由于具有转换效率高、污染小等优点，太阳能光热发电是目前最具潜力的太阳能发电形式，是我国新能源的重点发展方向。抛物面槽式聚光器是太阳能光热发电的核心装置，它依靠反射镜将入射的太阳光汇聚产生热量发电，其制造和安装精度直接影响聚光能力和发电效率，进而影响光热发电的推广和使用，因此，对于聚热器的测量具有重要的意义。然而，目前尚没有合适的测量手段能够对聚热器的几何结构质量进行有效的测量和评价。同时，由于尺寸大、结构复杂、影响聚光能力的因素多，聚热器几何结构的建模和评价是一个多参量、非线性、隐形的复杂数学物理问题，对于它的数学模型和误差特性的研究具有重要的理论价值。本项目针对大型聚热器几何结构的测量问题，从数学模型、测量方法、测量系统研制等方面开展研究和开发工作，解决了通过视觉技术测量大型槽式太阳能聚热器的关键问题：1 聚热器系统多类型几何参量视觉测量的映射规律与误差模型；2 大型槽式聚光器系统视觉测量网络优化方法；3 大视场视觉测量相机现场标定方法；4 多参量视觉测量坐标转换装置的设计与研制；5 视觉测量实验系统研制及测量精度评价方法；6 大型槽式聚光器镜面面形的视觉测量与截获因子的评价方法。大量仿真和测量实验表明，本项目研究的测量方法对于聚热器结构多种几何参量位置误差的测量精度优于0.15mm，角度误差的测量精度优于0.15°，实现了对于12.0m×5.7m×3.3m大型槽式太阳能聚热器的高精度测量和调节，并且能够有效提高聚热器结构精度和聚热效率。本项目的研究成果可以为我国大型光热发电系统的高精度制造和装配提供理论基础和测量方法，对于提高光热发电效率和关键装备的设计制造水平有重要意义。