2023太陽(yáng)能光熱發(fā)電吸熱塔消能減振

太陽(yáng)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(yīng)用情況調(diào)研 1國(guó)外吸熱塔結(jié)構(gòu)應(yīng)用 1國(guó)內(nèi)吸熱塔結(jié)構(gòu)應(yīng)用 9高層建筑消能減振調(diào)研 14吸熱塔結(jié)構(gòu)減振裝置的設(shè)計(jì) 162結(jié)論 18PAGEPAGE10吸熱塔的應(yīng)用情況調(diào)研太陽(yáng)能光熱發(fā)電是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能，通過(guò)熱功轉(zhuǎn)化進(jìn)行發(fā)電的技術(shù)。采用這種光電轉(zhuǎn)換技術(shù)的電站稱(chēng)為太陽(yáng)能光熱發(fā)電站。隨著社會(huì)對(duì)于清潔能源的需求日益增長(zhǎng)，太陽(yáng)能因具有清潔、豐富、可再生、易獲取等優(yōu)點(diǎn)受到了廣泛關(guān)注。與光伏發(fā)電相比，光熱發(fā)電具有更清潔、易存儲(chǔ)、易并網(wǎng)、效率更高、受氣候影響小的特點(diǎn)，近年來(lái)在全球范圍內(nèi)掀起了研究和應(yīng)用的熱潮。到目前為止，太陽(yáng)能光熱發(fā)電技術(shù)主要有槽式、蝶式、塔式、線性非涅爾5一，在美國(guó)和歐洲得到了快速發(fā)展。塔式太陽(yáng)能光熱發(fā)電是通過(guò)多臺(tái)追蹤太陽(yáng)轉(zhuǎn)動(dòng)的定日鏡將太陽(yáng)輻射反射至放置于吸熱塔上部的吸熱器中，把太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換為傳熱工質(zhì)的熱能，再通過(guò)熱力循環(huán)轉(zhuǎn)換成電能的太陽(yáng)能熱發(fā)電系統(tǒng)。塔式太陽(yáng)能光熱發(fā)電系統(tǒng)主要由鏡場(chǎng)、吸熱塔、儲(chǔ)換熱區(qū)、發(fā)電區(qū)等組成，而吸熱塔是塔式太陽(yáng)能電站的核心構(gòu)筑物，結(jié)構(gòu)總高度一般均超過(guò)200m，屬于高聳結(jié)構(gòu)的范疇。目前，全球已建成數(shù)十個(gè)塔式光熱電站，因電站規(guī)模、設(shè)計(jì)理念以及采用設(shè)備的不同，吸熱塔結(jié)構(gòu)在外觀上和結(jié)構(gòu)形式存在著一定差異。國(guó)外吸熱塔結(jié)構(gòu)應(yīng)用PS10（1）11MW200572007655AbengoaSolar1儲(chǔ)熱系統(tǒng)。PS10Reunidas減少風(fēng)荷載的不利影響。圖1 PS10光熱電站vnph（220142133MW、133MW126MW22億美元，實(shí)現(xiàn)了百兆瓦級(jí)的塔式電站的首次開(kāi)發(fā)和規(guī)模化開(kāi)發(fā)。該電站采用水直接作為工質(zhì)，水在吸熱器中受熱后產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽，驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。Ivanpah光熱電站每年能夠產(chǎn)出392MW30%10萬(wàn)美國(guó)家庭使40萬(wàn)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(jī)規(guī)模為19.9MW，儲(chǔ)熱時(shí)長(zhǎng)長(zhǎng)達(dá)15個(gè)小時(shí)，設(shè)計(jì)發(fā)電量為110,000MWh/yr2750030000CO?24小時(shí)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(jī)規(guī)模達(dá)110MW10技術(shù)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(jié)構(gòu)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(wàn)平方米，安裝五萬(wàn)余面定日鏡。吸熱塔采用混合結(jié)構(gòu)形式，吸熱器及其支撐鋼結(jié)構(gòu)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(yùn)的第二個(gè)商業(yè)化光熱電站KhiSolarOne塔式電站采用比利時(shí)CMISolar生產(chǎn)的塔式吸熱器，共安裝3個(gè)腔式吸熱器，吸熱塔結(jié)構(gòu)采用混凝土結(jié)構(gòu)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(gè)光熱發(fā)電項(xiàng)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(shè)置有豎向孔，已達(dá)到減少風(fēng)荷載的作用，考慮到上部吸熱器及其支撐結(jié)構(gòu)采用整體液壓提升，在混凝土結(jié)構(gòu)底部設(shè)置有大開(kāi)孔。圖7 智利Atacama1塔式熔鹽光熱電站RI（812公里的開(kāi)工建設(shè)，2018121787400該電站不僅創(chuàng)下了太陽(yáng)能塔式光熱電站規(guī)模的世界紀(jì)錄，同時(shí)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(guó)內(nèi)吸熱塔結(jié)構(gòu)應(yīng)用我國(guó)是一個(gè)太陽(yáng)能資料非常豐富的國(guó)家，具有發(fā)展大規(guī)模太陽(yáng)能發(fā)電站的潛力。但是總體上來(lái)說(shuō)，我國(guó)太陽(yáng)能熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)起步較晚，直到近年來(lái)，隨著光熱發(fā)電在中國(guó)能源結(jié)構(gòu)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(lái)的是光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加快。201593020%的示范工程，總共審批通過(guò)20個(gè)光熱電站，其中塔式太能用熱發(fā)電站9個(gè)。1MW（9，傳熱介質(zhì)為水/863計(jì)劃“太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù)及系統(tǒng)示范”重點(diǎn)項(xiàng)目，由中國(guó)科101.2200620129月成功發(fā)電。這是我國(guó)光熱發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展史上具有里程碑意義的標(biāo)志性事件。該項(xiàng)目設(shè)置有兩個(gè)集熱塔，鋼架結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)易集熱塔為目前正在運(yùn)行的集熱塔，直接產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽，塔高。白色的塔是前期為進(jìn)行關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)的研發(fā)，建立的一個(gè)用于調(diào)試的副塔，為鋼筋混凝土框架+筒體結(jié)構(gòu)，塔高約120m。圖9 中科院電工所1MW塔式試驗(yàn)電站10MW（220142016863000平方米。該電站是我國(guó)首座成功投運(yùn)的規(guī)模化儲(chǔ)能光熱電站，也是全球第三座投運(yùn)的具備規(guī)?；瘍?chǔ)能系統(tǒng)的塔式光熱電站。吸熱塔采用鋼結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(xiàng)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(nèi)，北距淖2.5km20171020194月并網(wǎng)發(fā)電。181m。圖13 中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院有限公司哈密熔鹽塔式5萬(wàn)千瓦光熱電站海西州多能互補(bǔ)集成優(yōu)化示范工程光熱電站（圖14，采用塔式熔鹽技術(shù)，站26201710201812月并網(wǎng)發(fā)電。分高度約為147m。圖14 海西州多能互補(bǔ)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(jī)最大光熱發(fā)電項(xiàng)目時(shí)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(jié)構(gòu)體系，塔總高約261m，其中混凝土部分高達(dá)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(diào)研消能減振技術(shù)是迅速發(fā)展起來(lái)的減輕建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)或地震災(zāi)害的新技術(shù)。該技術(shù)是通過(guò)在建筑結(jié)構(gòu)的某些部位設(shè)置消能器以增加結(jié)構(gòu)阻尼，從而減少結(jié)構(gòu)在風(fēng)和地震作用下的反應(yīng)。被動(dòng)調(diào)諧減振控制系統(tǒng)是由結(jié)構(gòu)和附加在主結(jié)構(gòu)上的子結(jié)構(gòu)組成。附加的子結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量、剛度和阻尼，因而可以調(diào)節(jié)子結(jié)構(gòu)的自振頻率，使其盡量接近主結(jié)構(gòu)的基本頻率或激振頻率，這樣當(dāng)主結(jié)構(gòu)受激振而振動(dòng)時(shí)，子結(jié)構(gòu)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與主結(jié)構(gòu)振動(dòng)方向相反的慣性力作用在主結(jié)構(gòu)上，使主結(jié)構(gòu)的反應(yīng)衰減并受到控制。子結(jié)構(gòu)的質(zhì)量可以是固體質(zhì)量也可以是液體質(zhì)量。結(jié)構(gòu)被動(dòng)調(diào)諧減振控制的裝置主要有調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(TMD)和調(diào)諧液體阻尼器（TLD)、調(diào)諧液柱式阻尼器（TLCD)振動(dòng)控制系統(tǒng)等。10116所示1018892660,為了避免強(qiáng)風(fēng)及大地震作用時(shí)質(zhì)量塊擺幅過(guò)大，調(diào)質(zhì)阻尼器下方則放置了一可限制球體質(zhì)量塊擺動(dòng)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(huì)撞擊緩沖鋼環(huán)以減緩質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)。圖16 臺(tái)北101大廈與其TMD裝置（17所示近風(fēng)荷載的卓越周期，屬于風(fēng)敏感結(jié)構(gòu)。在實(shí)際風(fēng)環(huán)境中，結(jié)構(gòu)在順風(fēng)向和橫風(fēng)向的耦合風(fēng)荷載激勵(lì)下，風(fēng)荷載作用效應(yīng)更為明顯。單擺式電渦流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器在超高層的應(yīng)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(shí)，也大大降低了造價(jià)，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(shù)性。單擺式電渦流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器在大風(fēng)來(lái)襲時(shí)可以通過(guò)自身的擺動(dòng)，抵消風(fēng)力，從而達(dá)到保護(hù)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(qiáng)震強(qiáng)風(fēng)下房屋的安全性；二是改善風(fēng)震下的舒適度，加上這個(gè)系統(tǒng)，廣州塔減掉了百分之四十的風(fēng)震；三是保證了廣州塔里面通訊設(shè)施、娛樂(lè)設(shè)施的正常使用。圖18 廣州小蠻腰與其TMD裝置吸熱塔結(jié)構(gòu)減振裝置的設(shè)計(jì)減振設(shè)施的設(shè)置是吸熱塔與其他的高聳結(jié)構(gòu)（如煙囪）的一項(xiàng)重要差異，是否設(shè)置減震設(shè)施，設(shè)置什么樣的減震設(shè)施很重要。全球已建成數(shù)十個(gè)塔式光熱電站，現(xiàn)分別就其使用的規(guī)范和減震措施進(jìn)行描述。為減小吸熱塔結(jié)構(gòu)的風(fēng)振響應(yīng)，主要有兩種方式，一種是在結(jié)構(gòu)外部加破風(fēng)圈，另一種是布置質(zhì)量阻尼器TMD，這兩種裝置在設(shè)計(jì)上各有特點(diǎn)。設(shè)置破風(fēng)圈方式破風(fēng)圈通過(guò)破壞風(fēng)荷載有規(guī)律的振動(dòng)來(lái)減小風(fēng)振響應(yīng)，常規(guī)的破風(fēng)圈通常在吸19易施工外，還會(huì)影響到吸熱塔標(biāo)靶區(qū)的功能，因此在實(shí)際設(shè)計(jì)中很少采用。為了不影響使用功能，通常將破風(fēng)圈由線形布置改為點(diǎn)布置，如圖20所示。該種布置類(lèi)型在新月沙丘工程中用到。在吸熱塔中，最適合使用的破風(fēng)圈方式應(yīng)該為濾波罩形破風(fēng)圈，如圖21所示，在結(jié)構(gòu)形式既實(shí)現(xiàn)了減小橫風(fēng)荷載作用，有盡量不會(huì)影響到標(biāo)靶去的功能。 圖19 線性布置破風(fēng)圈布置 圖20 點(diǎn)布置破風(fēng)圈圖21 濾波罩形破風(fēng)圈設(shè)置質(zhì)量阻尼器（TMD）方式TMD介質(zhì)，為了避免熔鹽泄露發(fā)生火災(zāi)，通常不能采用常規(guī)的以油為介質(zhì)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(cè)試結(jié)構(gòu)阻尼比衰減段1衰減段2衰減段3減振率測(cè)點(diǎn)1測(cè)點(diǎn)2測(cè)點(diǎn)32.33%2.45%2.45%56.00%43.70%66.30%結(jié)論吸熱塔作為塔式光熱發(fā)電站最重要的建構(gòu)筑物，其高度較高，一般達(dá)到200m以上，屬于高聳結(jié)構(gòu)的范疇；同時(shí)有較大質(zhì)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(duì)焦的要求，其對(duì)結(jié)構(gòu)頂部的位移有嚴(yán)格的控制。從目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用及設(shè)計(jì)的調(diào)研情況來(lái)看，沒(méi)有專(zhuān)門(mén)針對(duì)吸熱塔結(jié)構(gòu)的設(shè)