問題Aのヘリオスタットフィールドの最適設計
新エネルギーを主体とした新たな電力システムの構築は、我が国にとって「カーボンピーク」と「カーボンニュートラル」の目標を達成するための重要な施策です。タワー太陽熱発電は、低炭素で環境に優しい新しいクリーン エネルギー技術です [1]。
ヘリオスタットは、タワー型太陽熱発電所（以下、タワー発電所）において太陽エネルギーを収集するための基本的な部品であり、その基部は長手軸と水平軸から構成され、水平軸には平面反射板が設置されている。 。縦方向の回転軸は地面に対して垂直であり、反射板の方位角を制御できます。水平回転軸の軸は地面と平行であり、反射鏡のピッチ角を制御することができます ヘリオスタットとベースの概略図を図 1 に示します。２つの回転軸の交点（ヘリオスタットの中心でもある）の地面からの高さをヘリオスタットの設置高さといいます。タワー発電所では、多数のヘリオスタットを使用して、ヘリオスタット フィールドと呼ばれるアレイを形成します。ヘリオスタットは太陽光を反射し、ミラーフィールド内の吸収塔上部に設置されたコレクタに集め、その中の熱伝導媒体を加熱して太陽エネルギーを熱エネルギーの形で蓄え、熱エネルギーをエネルギーに変換します。熱交換による電気エネルギー。太陽光は平行光線ではなく、ある円錐角を持った円錐形の光線であるため、太陽からの入射光がヘリオスタットの任意の点で反射する光も円錐形の光線になります[2]。ヘリオスタットが動作しているとき、制御システムは太陽の位置に応じてリアルタイムでヘリオスタットの法線方向を制御します。これにより、太陽の中心点から発せられた光はヘリオスタットの中心で反射され、太陽に向けられます。コレクターの中心。コレクタ中心の地上からの高さを吸収塔高さといいます。
現在、東経98.5度、北緯39.4度、標高3000m、半径350mを中心とする円形のエリアに建設が計画されている。
円形のヘリオスタットフィールド（図2）。円形領域の中心を原点とし、東方向を����軸の正、北方向を���軸の正、地面に垂直な上方向をz軸の正として座標を設定し ます 。これはミラーフィールド座標系と呼ばれます。
吸収塔の高さは80mを予定しており、集光器は高さ8m、直径7mの円筒面受光集光器を採用しています。吸収塔の周囲100メートル以内にはヘリオスタットは設置されず、発電、エネルギー貯蔵、制御、その他の機器を設置するための作業場を建設するための空きスペースが残される。ヘリオスタットの形状は平らな長方形で、その上下の辺は常に地面と平行であり、この2つの辺の間の距離をミラーの高さといい、ミラーの左右の辺の間の距離をミラーの幅といいます。 . 通常、ミラーの幅はミラーの高さ以上です。ミラーの一辺の長さは2m～8m、設置高さは2m～6mで、水平軸を中心に回転させた際にミラーが接触しない高さで設置してください。
地面。車両のメンテナンスや清掃の必要性から、隣接するヘリオスタットベースの中心間の距離はミラー幅より5m長くする必要があります。
以上。
計算を簡略化するために、この質問のすべての「年間平均」指標の計算時点は、現地時間の毎月 21 日の 9:00、10:30、12:00、13:30、および 15:00 です。
次の問題を解決するモデルを構築してください。
質問 1 : 吸収塔が円形のヘリオスタットフィールドの中心に建てられる場合、ヘリオスタットの大きさは 6 m × 6 m、設置高さは 4 m、すべてのヘリオスタットの中心の位置は与えられます (以下、ヘリオスタットの位置と呼ばれます。関連データについては添付を参照してください）、年間平均光学効率、年間平均出力熱出力、およびヘリオスタットフィールドの単位ミラー面積あたりの年間平均出力熱出力を計算してください（詳細については付録を参照）光効率と出力熱出力の定義）。結果をそれぞれ表 1 と表 2 のフォームに記入してください。
質問 2 設計要件によれば、ヘリオスタットフィールドの定格年間平均熱出力（以下、定格出力という）は 60 MW です。すべてのヘリオスタットのサイズと設置高さが同じ場合、ヘリオスタットフィールドの次のパラメータを設計してください: 吸収塔の位置座標、ヘリオスタット
サイズ、設置高さ、ヘリオスタットの数、ヘリオスタットの位置は、定格出力に達する条件下で、ヘリオスタットフィールドの単位ミラー面積あたりの年間平均熱出力が可能な限り大きくなるようにします。結果を表1、表2、表3の形式に従ってそれぞれ表に記入し、位置座標、ヘリオスタットサイズ、設置高さ、吸収塔の位置座標をresult2.xlsx形式でファイルに保存してください。テンプレートで指定されています。
質問 3 : ヘリオスタットのサイズが異なる場合は、設置高さも異なる場合があり、定格出力設定は質問 2 と同じです。もう一度お試しください。
ヘリオスタットフィールドが定格出力に達する条件下で、ヘリオスタットフィールドの単位ミラー面積当たりの年間平均熱出力ができるだけ大きくなるように、ヘリオスタットフィールドの各種パラメータを設計する。結果を表 1、表 2、表 3 の形式に従ってそれぞれ表に記入し、吸収塔の位置座標、各ヘリオスタットのサイズ、設置高さ、位置座標を結果に保存してください3。テンプレートで指定された形式の xlsx ファイル。
