物理化学与生物物理学杂志
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抽象的

基于蒙特卡洛和PSO算法的定日镜场优化设计

赵斌*、蒋霞、吴毅

塔式光热发电技术是一种低碳环保的清洁能源新技术，本文基于蒙特卡洛算法模型和粒子群优化算法构建了定日镜镜场优化模型，对于有效提高太阳能收集转化效率，促进清洁能源可持续发展具有重要的现实意义。

首先，本文先将各定日镜在空间坐标系中附着的坐标数据进行可视化处理，并对数据进行初步的筛选和清洗。然后结合课题中已知条件及附录中的公式确定阴影遮挡效率（η _sb）、余弦效率（η _cos）、大气透过率（η _{at ）}、集热器截断效率（η _trunc）和镜面反射率（η _ref）等5个参数值，将这些参数值代入日光镜光学效率计算公式，求解出各月21^日的平均光学效率，进而计算出12个月的平均光学效率，得到定日镜场的年平均光学效率为0.4512。同理，利用定日镜场输出热功率计算公式，计算出定日镜场年平均输出热功率为27.5713MW，再用年平均热功率除以整个定日镜场所有定日镜的镜面面积之和（共1745面定日镜，每面镜面面积为36m2 ^），最终得到单位镜面面积年平均输出热功率为0.4401kw/ ^m2。

其次，本文采用蒙特卡洛直接模型和PSO算法建立了定日镜镜场优化设计的数学模型。镜面高度不大于镜面宽度,镜面边长在2m~8m之间,安装高度在2m~6m之间,镜面绕水平轴旋转时不会与地面接触,相邻两镜面底面中心之间的距离需至少比镜面宽度大5m,在吸热塔周围100m的圆形区域内不安装太阳镜,整个圆形太阳镜场半径为350m,每面太阳镜尺寸参数及安装高度相同,以定日镜场额定年平均输出热功率不小于60MW为约束条件,以吸收塔位置坐标、定日镜尺寸、安装高度、定日镜数量及定日镜位置为设计参数,以单位镜面面积年平均输出热功率最大化为目标函数。进入模型后求解最优设计参数为：吸收塔位置坐标为（0，-200），定日镜尺寸为3.5 m×3.5 m，安装高度为2 m，定日镜总数为8 440面，总面积为103 390 ^m2。

最后在第二步的基础上将直升机镜安装区域划分为四个环区，同一区域内的直升机镜尺寸和安装高度相同，不同环内的直升机镜尺寸和安装高度不同，从而有效优化截断效率和阴影遮挡效率的参数值，利用建立的优化模型得到各环内的最优设计参数。