【现货速发】太阳能热发电站设计

Since the beginning of China’s research on solar thermal power (also known as concentrating solar power, CSP) generation in 1996, CSP generation technologies have gone through the entire development process from inception to realization. Ever since “the 11th Five-Year Plan,” CSP generation technologies have enjoyed rapid development throughout the country, with the appearance of a large variety of experimental solar thermal collection and storage systems and experimental power plants. Breakthroughs have also been made in the manufacturing techniques of core components and materials; professional CSP generation equipment manufacturers have also appeared. The first China state standard for CSP technology was released in September 2011. Along with a further deepening of technologies during “the 12th Five-Year Plan” as well as commercial development, this reference book for CSP plant design has become a requisite work for understanding solar power plant commercialization. Currently, there is no other reference book in the world that systematically describes the design methods of CSP plants.

The book mainly focuses on CSP technologies, and those mainly consist of power tower and parabolic trough collector technologies and thermal storage. The book not only describes the design of CSP systems, but also explains the design methods and operation modes of key facilities in detail, such as the heliostat, heliostat field, parabolic trough concentrator, parabolic trough receiver tube, and whole-plant distributed control system, or DCS. It also discusses the fundamental basis of designing CSP plants and system as well as the key design points that should be considered.

CSP generation design mainly includes resource evaluation, site selection, design of the optical efficiency of the concentration field, thermal control of the receiver and electrical design, thermal storage capacity, thermal storage charging and discharging design, heat exchanger and evaporation design, whole-plant electrics, whole-plant thermal control instruments, power plant construction, and whole-plant security design. By focusing on the contents just mentioned, the book offers calculation and design methods separately in different chapters and provides examples by integrating with practices of the author, so as to facilitate the understanding of readers.

Solar irradiation serves as the basis for solar power utilization. The evaluation of solar resources used by CSP generation is the most fundamental process for solar power plant design and site selection. Although it has been stated in numerous articles, the author further discusses solar resource evaluation by integrating his own research, especially stressing its relationship with the site selection of thermal power plants. 

Solar concentrators, solar receivers, and thermal storage are three major core components for CSP systems. The section of the book that discusses these topics mainly explains equipment application, evaluation methods for equipment performance, and the thinking and methods for equipment design.

In equipment performance evaluation, great difficulties have been encountered in the facula error analysis of the heliostat. The book offers mathematical approaches and test methods corresponding to facula error analyses of various types of heliostats, which basically have been derived from the research achievements of the author and his graduate students.

Heat loss of receivers is the subject at the core of receiver design, with a variety of analysis methods. The book offers a relatively simple calculation method and corresponding examples.

The book was preliminarily defined as a reference book similar to a design manual by specifically referring to China’s state standard of “Code for Design of Small-size Thermal Power Plant” (GB 50049), which may be recognized by readers from its general arrangement. However, as writing progressed, the author discovered that books about and references for CSP generation technologies had rarely been seen in China, while many methods were still under development and evolution. Thus, it was determined that the major concepts and methods should be explained more explicitly to benefit readers. By introducing these descriptions and analyses, the book is easier to be understand and greater reference value as well. These gains were made by sacrificing its original style as a “design manual.”

The book was mainly composed byWang Zhifeng with coauthors Guo Minghuan (2.4, 3.2.1, 3.2.2, 3.2.3, 4.2.2, 4.2.3), Li Xin (5.5), Yu Qiang (2.6), Gong Bo (4.7), and others.

The book was summarized and made by the author, his colleagues and students, and the coauthors based on multiple years of research and engineering practice in CSP technology. It is written by following the principles of sharing his own “fruits planted by himself” with readers and thus striving for fewer examples extracted from the achievements of others. The writing work started at the beginning of 2010 with a hope that the book could be finished within a year and be capable of catching up to “Chinese National 11th Five-Year Plan” 863 Program project acceptance at the end of 2011. However, additional progress in research work, especially steam production by the Beijing Badaling power tower solar power plant in July 2011, its power generation in August 2012, and its gradual commissioning, the author’s knowledge of CSP generation technologies deepened. The author discovered that content that was as useful as possible would not be sufficient without the author’s original theories and experiments. Particularly, CSP generation  technologies still remain at the development stage, and many basic concepts and terms have been expressed in diversified ways in the articles and writings of different world-renowned scholars, such as the most important concept in power plant design, namely the “design point.” As for similar major content, the author expresses his own opinions in the book by conducting in-depth theoretical and experimental research. Therefore, after 5 years,this book can finally be dedicated to its readers. Henceforth, along with the deepening of research work, the book may be modified regularly so that upgraded “achievements”dfor example, improvements in the design and operation mode of the thermal storage unitdcan be dedicated to readers and the industry as well.

Special thanks should be given by the author to Mr. Xu Jianzhong, Academician of the Chinese Academy of Sciences, and Mr. Huang Ming, Chairman of Himin Solar Energy Group Co., Ltd., who have made every endeavor possible, for more than a decade, to support the author in conducting research on solar thermal power generation and its practices; meanwhile, the author is also grateful for care and support from his family. During research on solar thermal power generation and its practices, the author has been deeply grateful for tremendous support from the national “863 Program” (2006AA050100), (2006AA050100), “973 Program” (2010CB227100), “the National Natural Science Fund of China,” “Beijing Municipal Science and Technology Project,” “Knowledge Innovative Project of CAS,” “International Cooperation Program of the Ministry of Science and Technology,” and the “6th and 7th” Framework Programmes for Research of the European Union.

This edition is Co-published with Elsevier Inc.In accord with Elsevier's edition, this boos follows the typeset of Elsevier, including but not limited to upright italic letters,as a courtesty.

The book assimilates the development experiences and essence of CSP technologies both at home and abroad and provides them to readers. Yet due to the author’s limited knowledge, as well as insufficient practices in CSP plant R&D and construction, many imperfections may exist. It would be greatly appreciated if readers could provide the author with critiques and corrections of these imperfections for use in future editions.

Zhifeng Wang

March, 2019

　　本书介绍了太阳能热发电站的基本设计方法，主要面向从事太阳能热发电工程的技术人员。太阳能热发电站分为聚光、吸热、储热和动力四大模块，本书着重介绍了前三部分的设计方法和工艺布置中需要注意的重点。对太阳能热发电站中与常规火电厂相同的部分，如汽轮机、辅助锅炉及相关部分基本没有叙述。本书对太阳能聚光和吸热部分有较深的理论描述，并结合实际工程给出了算例，对太阳能热发电站的选址也做了较为详细的描述。内容具有较强的理论和实用价值。本书可供从事太阳能热发电工程的研究人员和技术人员使用，也可供能源相关专业的高校教师和研究生参考。

王志峰博士，中国科学院电工研究所研究员，中国科学院大学教授，国家首批“万人计划”获得者。其研究方向主要包括太阳能聚光热发电技术，太阳能热利用系统性能评价，太阳能集热系统中的流动与换热问题，换热器中的流动与传热过程数值模拟，复杂气体介质中的辐射换热，复杂几何形体传热过程的数值模拟以及太阳能热利用系统的性能评价方法等。

Preface xi

1. Introduction

1.1 General Principles of Solar Thermal Power Plant Design 3

1.2 Brief Introduction to Solar Thermal Power Generation 7

2. The Solar Resource and Meteorological Parameters

2.1 The Nature of the Solar Resource 47

2.2 The Solar Constant and Radiation Spectrum 48

2.3 Atmospheric Influences on Solar Irradiation 50

2.4 Calculating Methods for Solar Position 52

2.5 Distribution of the Solar Resource in Several Typical Areas of China 60

2.6 Solar Irradiance Prediction Methods 83

2.7 Distribution of Solar Direct Normal Radiation Resources in China 89

2.8 Various Special Climate Conditions in the Plant Area 100

2.9 Measuring Instrument 107

2.10 Global Direct Normal Irradiance Distributions 112

3. General Design of a Solar Thermal Power Plant

3.1 Power Plant Design Point 117

3.2 Heliostat Field Efficiency Analysis for Power Plants 119

3.3 Thermal Perfor