中文摘要：

太阳能热发电技术具有发电效率高、预期成本低、电能质量好、环境友好等优点，近年来发展迅猛。本申请团队从前期863项目"太阳能热发电技术及系统示范"实施中，深刻认识到制约发展的关键技术障碍之一是聚光成本高，系统光学效率和光热转换效率低。为此提出以下研究思路和目标基于非成像光学原理建立太阳辐射聚集与传输模型，编写聚光系统优化设计与分析软件，研制新型非成像太阳能聚光器，使光斑90%能量区面积年变化量较传统聚光器减小10%；揭示聚光器及聚光场光学结构对系统效率及聚光成本的影响规律，建立兼顾系统效率和聚光成本的聚光器与聚光场优化理论，以期降低系统成本5%；研究多塔式阵列聚光理论，建立多塔式阵列聚光与吸热时空协同优化准则和聚光场控制机制，减小太阳辐射聚集与传输过程中的余弦损失、阴影损失及光热转换损失，使系统效率提高5%。以上研究将为太阳能热发电产业化发展提供理论基础和技术支撑。

结论摘要：

太阳能热发电技术是清洁的可再生能源利用技术，它可以通过较为廉价的储热装置，实现24小时不间断发电，未来可部分代替传统燃煤发电机组，在电网中承担基础负荷，这将有利于减少CO2排放，解决环境污染问题。近年来，经过国内外太阳能热发电从业人员的共同研究，该技术中大部分关键问题已经解决，但仍存在单位发电成本较高的问题，无法与传统燃煤发电方式竞争。本项目以降低太阳能热发电成本为目标，通过优化聚光器及光场的光学结构，提高聚光器及光场的光学效率，从而降低单位发电成本。为此本项目开展了以下研究工作研究了基于边缘光线原理的非成像聚光理论，编写了非成像聚光设计与分析软件，设计了具有低成本前景的新型聚光器，与传统球面聚光器相比，新型聚光器光斑90%能量区面积年变化量减小10%以上，通过模拟计算得出，新型聚光器可提高光场聚光效率，从而降低发电成本；研制了新型非成像聚光器原理样机，并对其聚光性能进行了测试，测试结果与理论值相符，验证了设计方法的正确性；提出了非成像聚光器面形检测方法，研制了基于条纹反射测量技术的非成像聚光器面形误差测量仪器，测量重复性精度优于0.1mrad，测量不确定度优于0.6mrad；建立了多塔式阵列聚光过程数学模型，优化了多塔式聚光阵列结构，研究了多塔式聚光阵列动态控制机制，根据理论计算得出，多塔式聚光阵列可提高镜场效率5%以上。基于以上研究成果，发表论文7篇，其中SCI检索２篇；申请国家发明专利5项，授权1项；培养博士生2名，硕士生1名。在本项目研究过程中发现的问题是新型聚光器在跟踪太阳运转时，要求阳光的入射方向相对聚光器镜面保持不变，这对聚光器的安装精度和跟踪精度要求较高；多塔式聚光系统中，在具有多个吸热器的情况下，各定日镜可选择将阳光反射到不同的吸热器，减小了光程，提高了光场利用率和聚光效率，但同时增加了吸热器和塔的数量，因而造成了总投资成本的提高，为降低单位发电成本，还需对多塔式聚光技术进行更深入的理论和实践研究。