光热电站的来云阴影预测可以通过在光热电站一定距离的周边，安装来云阴影监测系统完成。来云阴影监测系统通过对实际的云阴影照相和摄像的方法，对云的移动方向和移动速度进行判断，当预测到云阴影即将覆盖到光热电站的镜场时，系统提前做出预判调整运行工况，减少由云阴影遮挡带来的冲击。本文是莫怀友、徐松两位光学工程师对于光热电站云阴影的预测研究。
一、引言
聚光型太阳能热发电系统是利用聚焦型太阳能集热器把太阳能辐射能转变成热能，然后通过汽轮机、发电机来发电。追日聚光镜场是电站的能量来源，其聚光效率将直接影响今年站的发电量。所以，对于光热电站来说，为了得到更多的能量，最理想的运行天气是没有云的晴天，但现实中这类天气较少，通常情况下晴朗的天空还是有云彩出现的，如果云朵的面积较大，当云阴影遮挡聚光镜场时，由于聚光集热器的聚光比较高，导热介质的温度会应为热量的补给突然下降而急剧下降，这种情况会电站正常运行工况造成很大的冲击，尤其是塔式光热电站，比槽式更容易受到云遮的影响，当云阴影遮住部分镜场时，塔式吸热器上会因为受热不均出现热斑，这无疑会影响电站的正常运行。如果光热电站能够在一定的时间内预测云阴影，则可以避免此类异常情况。目前现有技术方案是通过卫星云图进行监测，但效果并不理想，预测时间误差大，而且技术成本非常高。
二、监测系统介绍
图-1系统介绍
检测系统如图1所示；1为云阴影监测面板，地面上的一块平整光滑的空地，表面颜色可涂单一的白色，作为云阴影背景。2为图像采集器，由高清摄像机和高清照相机组成。3为支撑杆，支撑图像采集器。4为计算机图像处理系统。
具体工作时，云阴影监测系统安装在距离光热电站周边一定距离，有可能来云的方位上，当云阴影经过云阴影监测面板时，图像采集器对云阴影进行拍摄，计算机图像处理器对采集过来的图像进行图像处理，判定出云阴影的移动方向、移动速度，甚至大小等。
三、理论计算
在晴朗的天气下，计算机开机运行，并控制图像采集器中的高清摄像机监测云阴影监测面板，当没有云阴影出现时，云阴影面板1在计算机图像处理系统中呈现的图像如图2所示；以云阴影面板1的几何中心为原点刻画XY平面坐标系，比例尺为1:1：
当有云阴影出现时，云阴影面板1在计算机图像处理系统中呈现的图像如图3所示：
对采集到的3张图片进行处理，如图5所示；
图- 6 云阴影预测理论计算坐标系
四、改进与误差
在光热电站的运行过程中，来云阴影可能来自不同的方向，因此可以在光热电站镜场周围多布置云阴影监测系统，云阴影监测系统不可能监测到所有的来云阴影，只能监测大部分的来云阴影。如图7所示；
图- 7云阴影监测系统的布置
当监测到云阴影可能会遮挡住光热电站的镜场后，太阳的位置可能发生变化，云阴影的移动方向并不是线性的，因此，当经过时间t之后，云阴影覆盖到的镜场面积和云阴影监测系统与镜场的距离D和云速度V有关。解决的办法是在计算的过程中考虑太阳位置的参数，但是这样导致算法复杂，精确度的提高量非常小，通常，预测时间在10-15分钟以内即可使光热电站提前调整应对工况，因此，云阴影监测系统的安装位置可以适当离光热电站近一些，可根据当地的平均云速度和光热电站的系统工况调整时间进行优化。
五、展望
本文所述云阴影监测系统，设备简单廉价，不需要调用卫星数据，判定速度快，可快速的为运行中的光热电站预测来云阴影，减少因云阴影突然到来给光热电站造成的冲击影响，给光热电站的运维带来了便利，提高发电量，提高设备的使用寿命。随着光热电站的蓬勃发展，希望本方案很快就会工程化应用于实际的光热电站中。
作者简介：
莫怀友（1986-），男，曾就职于中海阳能源集团股份有限公司技术拓展中心，光学工程师，从事CSP光热转换效率研究工作。徐松，中海阳能源集团股份有限公司技术拓展中心光热技术总监，对光热电站的设计和运行维护有丰富的经验。联系电子邮箱：song1562@rayspower.com。
