OPTIMISATION DES PERFORMANCES DU CHAMP SOLAIRE D’UNE CENTRALE A TOUR A CONCENTRATION

Abstract

: التركيز في هذه الرسالة على تحسين أداء الحقل الشمسي لمحطة طاقة شمسية البرجية المركزة من خلال دراسة موقع وشكل المرايا الشمسية لتقليل الخسائر البصرية وزيادة كمية الطاقة التي يمتصها المستقبل. تم تطوير برنامج التحسين في المنزل لتحسين حقل الطاقة الشمسية باستخدام أشكال مختلفة للمرايا الشمسية. تم دراسة الخسائر البصرية والتحقق من صحتها باستخدام بيانات من حقل المرايا الشمسية في محطة توليد الطاقة الشمسية PS10 في إسبانيا. تم إجراء تحسين ومقارنة بين الحقل الحلزوني الحيوي وحقل دائري متداخل عن طريق دراسة أشكال مختلفة للمرايا الشمسية في محطة PS10. تم استخدام خوارزميات التحسين PSOوGOA لتحسين حقل المرايا الشمسية باستخدام ثلاثة وظائف هدف مختلفة (الكفاءة البصرية السنوية η_(field,W)، وظيفة جديدة f(η_(field,W) ,A_field) ، التي تأخذ بعين الاعتبار كل من الكفاءة البصرية السنوية والمساحة الإجمالية التي تشغلها حقول المرايا الشمسية، وتكلفة الطاقة LCOE). أظهرت النتائج أن تكوين حقل دائري متداخل أكثر كفاءة قليلاً من تكوين الحقل الحلزوني الحيويl لجميع أشكال الهيليوستات التي تمت دراستها. تم تحديد أشكال الهيليوستات السباعية، والثمانية، والدائرة باعتبارها الأكثر فعالية في تحسين الكفاءة البصرية السنوية، حيث زادت الكفاءة البصرية بنسبة 2.53٪ مع تقليل المساحة الكلية لحقل الهيليوستات بنسبة 28.39٪ وتوفير 1.63 مليون يورو مقارنة بمحطة PS10 الأصلية. تتراوح أحجام الهيليوستات الأكثر فعالية من حيث التكلفة من 30 إلى 50 م². استخدام وظيفة الهدف f(η_(field,W) ,A_field) أدى إلى تحقيق تقارب أكثر كفاءة لتحسين حقل الهيلوستات نحو أفضل كفاءة بصرية سنوية مع تقليل المساحة التي تحتلها حقول الهيلوستات.

Cette thèse porte sur l'optimisation des performances d'un champ solaire d'une centrale à tour à concentration en étudiant la position et la forme des héliostats pour minimiser les pertes optiques et maximiser l'énergie interceptée par le récepteur. Un code interne a été développé pour optimiser le champ solaire en utilisant différentes formes d'héliostats. Les pertes optiques ont été étudiées et validées en utilisant les données du champ d'héliostats de la centrale solaire PS10 en Espagne. L'optimisation et la comparaison entre la spirale biomimétique et la Campo Radiale décalée ont été effectuées en considérant différentes formes d'héliostats pour la centrale PS10. Deux algorithmes d'optimisation, PSO et GOA, ont été utilisés pour optimiser le champ d'héliostats en utilisant trois fonctions objectives différentes (rendement optique annuel η_(field,W), la nouvelle fonction f(η_(field,W) ,A_field)qui prend en compte à la fois le rendement optique annuel et la surface totale occupée par les champs d'héliostats, et le coût normalisé de l'énergie LCOE). Les résultats ont montré que la configuration Campo radial décalé est légèrement plus performante que la configuration Spirale biomimétique pour toutes les formes d'héliostats étudiées. Les formes d'héliostats en heptagone, octogone et circulaire ont été identifiées comme étant les plus efficaces pour améliorer le rendement optique annuel. Cela a permis d'augmenter le rendement optique de 2.53 % tout en réduisant la surface totale du champ d'héliostats de 28.39 % et en économisant 1.63 million d'euros par rapport à la centrale PS10 d'origine. Les tailles d'héliostats les plus rentables se situent entre 30 et 50 m². L'utilisation de la fonction objectif f(η_(field,W) ,A_field) a permis une convergence plus efficace de l'optimisation du champ d'héliostats vers le meilleur rendement optique annuel tout en minimisant la surface occupée par les champs d'héliostats.

thesis focuses on optimizing the performance of a concentrated solar power tower plant's solar field by studying the position and shape of heliostats to minimize optical losses and maximize energy intercepted by the receiver. An in-house code was developed to optimize the solar field using different heliostat shapes. Optical losses were studied and validated using data from the heliostat field of the PS10 solar power plant in Spain. Optimization and comparison between the biomimetic spiral and the Campo radial-staggered field were carried out by considering different heliostat shapes for the PS10 plant. Two optimization algorithms, PSO and GOA, were used to optimize the heliostat field using three different objective functions (annual optical efficiency η_(field,W), a new function f(η_(field,W) ,A_field)that considers both the annual optical efficiency and the total surface area occupied by the heliostat fields, and the Levelized cost of energy LCOE). The results showed that the Campo radial-staggered configuration is slightly more efficient than the biomimetic spiral configuration for all heliostat shapes studied. Heliostat shapes in heptagon, octagon, and circle were identified as the most effective in improving the annual optical efficiency, which increased the optical efficiency by 2.53% while reducing the total surface area of the heliostat field by 28.39% and saving 1.63 million euros compared to the original PS10 plant. The most cost-effective heliostat sizes range from 30 to 50 m². The use of the objective function f(η_(field,W) ,A_field)allowed for more efficient convergence of heliostat field optimization towards the best annual optical efficiency while minimizing the surface area occupied by the heliostat fields.