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塔式太阳能热发电技术是一种可以大规模商业开发和利用的能源技术,目前石化能源供应日益紧张,为应对潜在的能源危机,我国把1MWe塔式太阳能热发电示范电站项目被确立为国家863计划的重点项目,目标是攻克塔式热发电的关键技术。由于定日镜的面形精度对太阳能的收集效率有着决定性作用,定日镜的面形精度检测被列为塔式太阳能热发电技术的关键技术之一,然而目前国际上还没有一种成熟的塔式太阳能电站定日镜的面形检测技术和设备。为大规模开展太阳能塔式热发电的应用研究,本论文在国家863计划项目“光学测量仪器研制及评价方法制定(2006AA05010501)”的资助和支持下,进行了塔式太阳能热发电站的定日镜检测技术研究工作。
研究表明目前的各种检测技术不适用于塔式太阳能热发电站的定日镜检测。本文首次提出以定目镜法线方向误差为定目镜面形评价指标和基于激光束扫描测角原理的定目镜检测方法,并建立了检测原理的基本数学模型。以此为依据设计和开发了定日镜子镜面形精度检测系统和定日镜主镜拼接精度检测系统。
定日镜子镜面形精度检测系统由光学测量系统、扫描运动系统和测量软件构成,可快速、准确的测量面积2500mm×2000mm以下的定日镜。专用的测量软件采用新的数据分析方式,不仅给出定日镜法线误差数据,更具有定日镜光学性能仿真能力,可以准确快速的仿真被测定日镜的实际工作状态,对定日镜的光学性能做出直观的评价。检测系统实现了定日镜面形精度的自动化测量和光学性能的定量分析,为塔式太阳能热发电站总体性能评价和估算提供了可靠依据。在定日镜主镜拼接精度检测系统的辅助下,可实现定日镜主镜的安装和检测同步完成,提高了定日镜安装的精度和工作效率。
经精度为1"的自准直仪(Autocollimator德国产)进行标定,最终评定系统的测量精度高于0.1mrad。应用定日镜检测系统进行了定日镜子镜的检测和定日镜安装试验,实验结果表明面形检测重复精度高于10-3mrad,100 m2定日镜主镜总体面形安装误差小于±0.35mrad。证实了本文工作的正确性和对实际定日镜制造技术进步的重大作用。