本發(fā)明是一種碟式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)充氣控制方法，涉及到太陽能利用領(lǐng)域，目的在于減少斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)重要部件的損耗和后續(xù)疲勞。具體來說是一種無需采用外部太陽能輻射儀，采用本方法的模型來估計(jì)太陽輻射值，以此來給剛剛啟動(dòng)時(shí)候的碟式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行充氣的方法。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我們國家對(duì)能源的需求也在逐漸增大。根據(jù)國家能源局的估算，到2015年，我國的一次能源消費(fèi)量將達(dá)到42億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中化石能源仍占到90％左右。化石能源是一種不可再生資源。對(duì)其大規(guī)模的開采利用，即不利于國家的可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)又會(huì)對(duì)我們的生存環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。例如，對(duì)空氣質(zhì)量造成嚴(yán)重影響的PM2.5(空氣中直徑小于2.5μm的微小顆粒)主要來源于化石燃料的大量使用。為了應(yīng)對(duì)當(dāng)前的能源危機(jī)，太陽能作為一種清潔的可再生能源，是未來15年我國能源發(fā)展的重點(diǎn)戰(zhàn)略方向。
我國的太陽能資源豐富，特別是在中西部地區(qū)就著巨大的開發(fā)利用前景。例如在寧夏、甘肅、新疆、青海和西藏等地區(qū)，全年日照時(shí)數(shù)為3200－3300h，即每平方米面積上一年內(nèi)接受的太陽輻射總量約為8400MJ,相當(dāng)于285kg標(biāo)準(zhǔn)燃燒所發(fā)出的熱量。如果能加以有效利用，將為國家能源戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供強(qiáng)大的保障。目前在我國，太陽能的主要利用形式是光伏發(fā)電及太陽能供熱。光伏發(fā)電的效率相對(duì)較低，大約為13％－15％。同時(shí)由于半導(dǎo)體本身物理性質(zhì)及制造工藝的限制，效率很難在短時(shí)間提高。而后者的效率則可以通過碟式凹面鏡聚光驅(qū)動(dòng)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)得以大大提高。
碟式太陽能斯特林熱發(fā)電系統(tǒng)利用旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡將入射陽光聚集在焦點(diǎn)上，通過放置在焦點(diǎn)處的太陽能接收器來收集較高溫度的熱能，加熱工質(zhì)，工質(zhì)被高度聚集的太陽光加熱并急劇膨脹，驅(qū)動(dòng)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電。白天運(yùn)行時(shí)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的一些關(guān)鍵部件的溫度可以達(dá)到攝氏幾百度。在系統(tǒng)剛剛啟動(dòng)之時(shí)，接收器的溫度會(huì)在短時(shí)間內(nèi)從常溫上升到幾百攝氏度，短時(shí)間內(nèi)的溫度的急劇變化會(huì)造成接收器金屬的損耗和疲勞，影響其使用壽命，甚至導(dǎo)致工質(zhì)的泄露。
基于上述問題，提出了一種新的預(yù)充氣方法，通過建立太陽輻射模型來估計(jì)太陽輻射值，以此在設(shè)備即將啟動(dòng)的前幾秒鐘給設(shè)備進(jìn)行工質(zhì)預(yù)充，使得溫度急劇上升之時(shí)，有足夠的工質(zhì)能夠帶走一部分熱量，降低對(duì)設(shè)備的損耗。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于為斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)提供一個(gè)預(yù)充氣控制，降低啟動(dòng)時(shí)劇烈的溫度差造成對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的損耗。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案是：
一種碟式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)充氣控制方法，基于大氣模型AirMass和林可因子Linke turbidity模型建立無污染大氣下太陽輻射模型，從而得到設(shè)備所在地的太陽輻射值，根據(jù)此輻射值，計(jì)算得到與此輻射值對(duì)應(yīng)的工質(zhì)量，具體步驟如下：
(1)根據(jù)天文算法得到太陽的高度角hs，根據(jù)天文算法，某地的太陽高度角只跟當(dāng)?shù)氐臅r(shí)間和經(jīng)緯度相關(guān)；
(2)
dR＝1.4899-2.1099cos(hs)+0.6322cos(2hs)+0.0253cos(3hs)-1.0022sin(hs)+1.0077sin(2hs)-0.2606sin(3hs)
根據(jù)上述公式可以計(jì)算得到光學(xué)因子dR；
(3)TAtm＝2.730+1.549hs-0.198cos(0.5236mo)，根據(jù)此公式計(jì)算得到TAtm；式中的mo表示月份，如該值為1表示1月份，該值為12表示12月份；
(4)根據(jù)此公式計(jì)算大氣質(zhì)量，式中的z表示海拔高度，hs表示太陽高度角；
(5)ESD,n＝EST0exp(-mdRTAtm)，根據(jù)此公式計(jì)算到達(dá)地面的直接輻射值DNI，式中的EST0為常數(shù)，該值為1322；
(6)將上步得到的DNI值乘上一個(gè)影響因子β可以得到需要預(yù)先充氣的大小。
上述β的值需要根據(jù)不同機(jī)器類型來進(jìn)行選擇，在這里我們選擇β＝0.1。
本發(fā)明的有益效果是：根據(jù)碟式太陽能斯特林熱發(fā)電系統(tǒng)利用旋轉(zhuǎn)拋物面反射鏡將入射陽光聚集在焦點(diǎn)上，通過放置在焦點(diǎn)處的太陽能接收器來收集較高溫度的熱能，加熱工質(zhì)，從而驅(qū)動(dòng)斯特林發(fā)電機(jī)組發(fā)電的特點(diǎn)，經(jīng)過計(jì)算，采用本方法的模型來估計(jì)太陽輻射值，以此來給剛剛啟動(dòng)時(shí)候的碟式斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行充氣的方法。減少了斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)重要部件的損耗和后續(xù)疲勞。避免在系統(tǒng)剛剛啟動(dòng)之時(shí)，接收器短時(shí)間內(nèi)溫度的急劇變化造成接收器金屬的損耗和疲勞，影響其使用壽命，甚至導(dǎo)致工質(zhì)的泄露。
具體實(shí)施方式
具體步驟如下：
(1)根據(jù)天文算法得到太陽的高度角hs，根據(jù)天文算法，某地的太陽高度角只跟當(dāng)?shù)氐臅r(shí)間和經(jīng)緯度相關(guān)；
(2)
dR＝1.4899-2.1099cos(hs)+0.6322cos(2hs)+0.0253cos(3hs)-1.0022sin(hs)+1.0077sin(2hs)-0.2606sin(3hs)
根據(jù)上述公式可以計(jì)算得到光學(xué)因子dR；
(3)TAtm＝2.730+1.549hs-0.198cos(0.5236mo)，根據(jù)此公式計(jì)算得到TAtm；式中的mo表示月份，如該值為1表示1月份，該值為12表示12月份；
(4)根據(jù)此公式計(jì)算大氣質(zhì)量，式中的z表示海拔高度，hs表示太陽高度角；
(5)ESD,n＝EST0exp(-mdRTAtm)，根據(jù)此公式計(jì)算到達(dá)地面的直接輻射值DNI，式中的EST0為常數(shù)，該值為1322；
(6)將上步得到的DNI值乘上一個(gè)影響因子β可以得到需要預(yù)先充氣的大小。β的值需要根據(jù)不同機(jī)器類型來進(jìn)行選擇，本發(fā)明中選擇β＝0.1。
實(shí)施例：
以某地為例，通過公開數(shù)據(jù)查詢可知：海拔高度約為15米，經(jīng)緯度為117.0，39.13。假設(shè)機(jī)器發(fā)電的時(shí)間為2016年10月1日，上午八點(diǎn)，上午九點(diǎn)，上午十點(diǎn)，上午十一點(diǎn)，中午十二點(diǎn)，下午一點(diǎn)，下午兩點(diǎn)，下午三點(diǎn)，下午四點(diǎn)，下午五點(diǎn)，下午六點(diǎn)以此來分別計(jì)算需要提前的充氣量。
(1)上午八點(diǎn)
①通過太陽高度角天文算法，可以計(jì)算得到此時(shí)刻的太陽高度角hs為20.26。
②由hs計(jì)算得到光學(xué)因子dR為0.0837079654058。
③TAtm的大小為3.17873003244
④大氣質(zhì)量m的大小為：2.69659442539
⑤根據(jù)公式計(jì)算出來到達(dá)地面的直接輻射值為：645.082121676
⑥由公式計(jì)算得到需要預(yù)充的氣壓為64.5bar
(2)上午九點(diǎn)
①通過太陽高度角天文算法，可以計(jì)算得到此時(shí)刻的太陽高度角hs為30.49。
②由hs計(jì)算得到光學(xué)因子dR為0.0899675925085。
③TAtm的大小為3.45529961338
④大氣質(zhì)量m的大小為：1.88427556706
⑤根據(jù)公式計(jì)算出來到達(dá)地面的直接輻射值為：735.937884863
⑥由公式計(jì)算得到需要預(yù)充的氣壓為73.594bar
(3)上午十點(diǎn)
①通過太陽高度角天文算法，可以計(jì)算得到此時(shí)刻的太陽高度角hs為39.16。
②由hs計(jì)算得到光學(xué)因子dR為0.092985345591。
③TAtm的大小為3.68969436087
④大氣質(zhì)量m的大小為：1.52941599384
⑤根據(jù)公式計(jì)算出來到達(dá)地面的直接輻射值為：782.252440636
⑥由公式計(jì)算得到需要預(yù)充的氣壓為78.225bar
(4)上午十一點(diǎn)
①通過太陽高度角天文算法，可以計(jì)算得到此時(shí)刻的太陽高度角hs為45.24。
②由hs計(jì)算得到光學(xué)因子dR為0.0949264955475。
③TAtm的大小為3.85406807076
④大氣質(zhì)量m的大小為：1.36652225981
⑤根據(jù)公式計(jì)算出來到達(dá)地面的直接輻射值為：801.876424788
⑥由公式計(jì)算得到需要預(yù)充的氣壓為80.188bar
(5)中午十二點(diǎn)
①通過太陽高度角天文算法，可以計(jì)算得到此時(shí)刻的太陽高度角hs為47.53。
②由hs計(jì)算得到光學(xué)因子dR為0.095632398443。
③TAtm的大小為3.91597856346
④大氣質(zhì)量m的大小為：1.31731022329
⑤根據(jù)公式計(jì)算出來到達(dá)地面的直接輻射值為：807.20340667
⑥由公式計(jì)算得到需要預(yù)充的氣壓為80.72bar
(6)下午一點(diǎn)
①通過太陽高度角天文算法，可以計(jì)算得到此時(shí)刻的太陽高度角hs為45.44。
②由hs計(jì)算得到光學(xué)因子dR為0.0949891214081。
③TAtm的大小為3.85947510069
④大氣質(zhì)量m的大小為：1.36199347255
⑤根據(jù)公式計(jì)算出來到達(dá)地面的直接輻射值為：802.380644711
⑥由公式計(jì)算得到需要預(yù)充的氣壓為80.238bar
(7)下午兩點(diǎn)
①通過太陽高度角天文算法，可以計(jì)算得到此時(shí)刻的太陽高度角hs為39.51。
②由hs計(jì)算得到光學(xué)因子dR為0.093098225382。
③TAtm的大小為3.69915666325
④大氣質(zhì)量m的大小為：1.51852979523
⑤根據(jù)公式計(jì)算出來到達(dá)地面的直接輻射值為：783.634143091
⑥由公式計(jì)算得到需要預(yù)充的氣壓為78.363bar
(8)下午三點(diǎn)
①通過太陽高度角天文算法，可以計(jì)算得到此時(shí)刻的太陽高度角hs為30.93。
②由hs計(jì)算得到光學(xué)因子dR為0.0901432442424。
③TAtm的大小為3.46719507923
④大氣質(zhì)量m的大小為：1.86129715169
⑤根據(jù)公式計(jì)算出來到達(dá)地面的直接輻射值為：738.900571492
⑥由公式計(jì)算得到需要預(yù)充的氣壓為73.89bar
(9)下午四點(diǎn)
①通過太陽高度角天文算法，可以計(jì)算得到此時(shí)刻的太陽高度角hs為20.75。
②由hs計(jì)算得到光學(xué)因子dR為0.0841520407997。
③TAtm的大小為3.19197725577
④大氣質(zhì)量m的大小為：2.64001020539
⑤根據(jù)公式計(jì)算出來到達(dá)地面的直接輻射值為：650.514886531
⑥由公式計(jì)算得到需要預(yù)充的氣壓為65.05bar
(10)下午五點(diǎn)
①通過太陽高度角天文算法，可以計(jì)算得到此時(shí)刻的太陽高度角hs為9.66。
②由hs計(jì)算得到光學(xué)因子dR為0.0676058706246。
③TAtm的大小為2.89215744613
④大氣質(zhì)量m的大小為：5.16073427024
⑤根據(jù)公式計(jì)算出來到達(dá)地面的直接輻射值為：481.949361161
⑥由公式計(jì)算得到需要預(yù)充的氣壓為48.195bar。
需要說明的是，以上所述僅為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，僅僅是解釋本發(fā)明，并非因此限制本發(fā)明專利范圍。對(duì)屬于本發(fā)明技術(shù)構(gòu)思而僅僅顯而易見的改動(dòng)，同樣在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。