專利名稱：太陽能熱力發(fā)電設(shè)備的制作方法
太陽能熱力發(fā)電設(shè)備本發(fā)明涉及太陽能熱力發(fā)電設(shè)備且涉及用于操作太陽能熱力發(fā)電設(shè)備的方法。
背景技術(shù)：
在已知的太陽能設(shè)備系統(tǒng)中，用傳熱流體回路來收集太陽的能量且使過熱蒸汽升溫，以驅(qū)動(dòng)蘭金循環(huán)發(fā)電組(Rankine cycle power block)。這樣的系統(tǒng)的實(shí)例被公開在W0-A-2009/034577中。在W0-A-2009/093474中可以發(fā)現(xiàn)這樣的系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)例。在另一種已知配置中，直接在一個(gè)或多個(gè)太陽能吸收裝置中使過熱蒸汽升溫。這樣的配置顯不在EP-A-1890035中，其中用拋物槽式集熱器(parabolic trough collector)來產(chǎn)生飽和的或稍微過熱的蒸汽，且用具有定日鏡場(chǎng)和中心塔的三維太陽能集熱器來使在拋物槽式集熱器中產(chǎn)生的蒸汽過熱。FR-A-2450363公開了太陽能發(fā)電設(shè)備的實(shí)施方式，其中直接在太陽能集熱器中使水升溫成蒸汽。蒸汽通過與熱傳熱流體的熱接觸而被過熱，所述傳熱流體已在塔式太陽能集熱器中被加熱。過熱蒸汽用于驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)。發(fā)明概述本發(fā)明是對(duì)上文所提及的已知系統(tǒng)的改進(jìn)，且涉及用于蒸汽產(chǎn)生的傳熱流體回路與供水預(yù)熱階段和蒸汽過熱階段的組合，其中傳熱流體通過在第一太陽輻射吸收裝置中收集的熱來加熱，其中預(yù)熱階段和過熱階段中的一個(gè)或另一個(gè)或兩者是通過在一個(gè)或多個(gè)另外的太陽輻射吸收裝置中直接太陽能加熱來進(jìn)行的。這種組合通過匹配水的焓曲線但不收縮(pinch)來改進(jìn)熱效率，且消除了與直接蒸汽產(chǎn)生系統(tǒng)中的兩相流動(dòng)相關(guān)聯(lián)的問題。由于減少了傳熱流體回路尺寸和發(fā)電組(power block)復(fù)雜性，所以可以降低設(shè)備資本成本。因此，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種產(chǎn)生用于發(fā)電的過熱蒸汽的方法，該方法包括(a)將供水預(yù)熱到低于其沸點(diǎn)的溫度；(b)煮沸預(yù)熱的供水，以產(chǎn)生蒸汽 '及(C)使蒸汽過熱；其中供水通過與傳熱流體的熱交換而被煮沸，傳熱流體已通過第一太陽輻射吸收裝置中所收集的熱來加熱；且其中預(yù)熱和過熱中的一個(gè)或另一個(gè)或兩者是通過在一個(gè)或多個(gè)另外的太陽輻射吸收裝置中直接加熱來進(jìn)行的。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于產(chǎn)生用于發(fā)電的過熱蒸汽的裝置，該裝置包括(I)過熱蒸汽產(chǎn)生部分，其用于產(chǎn)生過熱蒸汽，包括(a)預(yù)熱器區(qū)域，其用于將供水預(yù)熱到低于其沸點(diǎn)的溫度；(b)鍋爐區(qū)域，其在預(yù)熱器區(qū)域下游，用于煮沸預(yù)熱的供水以產(chǎn)生蒸汽 '及(c)過熱器區(qū)域，其在鍋爐區(qū)域下游，用于使蒸汽過熱；及(2)傳熱流體部分，其包括用于加熱傳熱流體的第一太陽輻射吸收裝置且被配置成將來自加熱的傳熱流體的熱傳遞到鍋爐區(qū)域中的供水；
其中預(yù)熱器區(qū)域和過熱器區(qū)域中的一個(gè)或另一個(gè)包括用于直接加熱供水或蒸汽的另外的太陽輻射吸收裝置，或其中預(yù)熱器區(qū)域和過熱器區(qū)域中的每一個(gè)包括用于分別直接加熱供水和蒸汽的另外的太陽輻射吸收裝置。根據(jù)本發(fā)明的該方面的裝置可以用在產(chǎn)生用于發(fā)電的過熱蒸汽的方法中，該方法包括(a)在預(yù)熱器區(qū)域?qū)⒐┧A(yù)熱到低于其沸點(diǎn)的溫度；(b)在鍋爐區(qū)域煮沸預(yù)熱的供水，以產(chǎn)生蒸汽 '及(C)在過熱器區(qū)域中使蒸汽過熱；
其中供水在鍋爐區(qū)域中通過與傳熱流體的熱交換而被煮沸，傳熱流體已通過第一太陽輻射吸收裝置所收集的熱來加熱；且其中預(yù)熱和過熱中的一個(gè)或另一個(gè)或兩者是通過在一個(gè)或多個(gè)另外的太陽輻射吸收裝置中直接加熱來進(jìn)行的。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供包括以下的發(fā)電方法通過根據(jù)本發(fā)明的第一方面的方法，產(chǎn)生過熱蒸汽；及將過熱蒸汽供給到汽輪機(jī)中，用于發(fā)電。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供包括以下的太陽能發(fā)電設(shè)備根據(jù)本發(fā)明的第二方面的用于產(chǎn)生過熱蒸汽的裝置；及汽輪機(jī)，其被配置成接收來自用于產(chǎn)生過熱蒸汽的裝置的過熱蒸汽且能夠發(fā)電。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供操作根據(jù)本發(fā)明的第四方面的太陽能發(fā)電設(shè)備的方法，該方法包括在傳熱流體部分的第一太陽輻射吸收裝置中加熱傳熱流體(HTF)；在過熱蒸汽產(chǎn)生部分中，從供水產(chǎn)生過熱蒸汽；及將過熱蒸汽供給到汽輪機(jī)，用于發(fā)電；其中用于供應(yīng)到汽輪機(jī)的過熱蒸汽在包括以下的至少三個(gè)加熱階段中從供水中
產(chǎn)生(a)預(yù)熱階段，在該預(yù)熱階段中在預(yù)熱器區(qū)域?qū)⒐┧A(yù)熱到低于其沸點(diǎn)的溫度；(b)煮沸階段，在該煮沸階段中在鍋爐區(qū)域煮沸預(yù)熱的供水，以產(chǎn)生蒸汽 '及(c)過熱階段，在該過熱階段中在過熱器區(qū)域使蒸汽過熱；其中供水在鍋爐區(qū)域中通過與傳熱流體的熱交換而被煮沸，傳熱流體已通過第一太陽輻射吸收裝置所收集的熱來加熱；且其中預(yù)熱和過熱中的一個(gè)或另一個(gè)或兩者是通過在一個(gè)或多個(gè)另外的太陽輻射吸收裝置中直接加熱來進(jìn)行的。本發(fā)明還可以應(yīng)用到除水以外的其它工作流體，在這種情況下，本文對(duì)“供水”的提及是指“工作流體液體”且對(duì)“蒸汽”的提及是指“工作流體蒸汽”。然而，本文將參考為水的供水來描述本發(fā)明。附圖
簡(jiǎn)述圖I是根據(jù)本發(fā)明的太陽能熱力發(fā)電設(shè)備的示意圖。發(fā)明詳述本發(fā)明的裝置是至少部分地用太陽輻射產(chǎn)生過熱蒸汽的裝置，其中太陽輻射被收集在太陽輻射吸收裝置中。過熱蒸汽可用來以熟知的方式來發(fā)電。裝置包括用于產(chǎn)生過熱蒸汽的蒸汽產(chǎn)生部分。蒸汽產(chǎn)生部分包括(a)預(yù)熱器區(qū)域，其用于將供水預(yù)熱到低于其沸點(diǎn)的溫度；(b)鍋爐區(qū)域，其在預(yù)熱器區(qū)域下游，用于煮沸預(yù)熱的供水以產(chǎn)生蒸汽 '及(C)過熱器區(qū)域，其在鍋爐區(qū)域下游，用于使蒸汽過熱。預(yù)熱器區(qū)域、鍋爐區(qū)域和過熱器區(qū)域彼此流體相通，因此，供水可以從預(yù)熱器區(qū)域流到鍋爐區(qū)域，且蒸汽可以從鍋爐區(qū)域流到過熱器區(qū)域。裝置還包括傳熱流體部分，所述傳熱流體部分包括用于加熱傳熱流體的第一太陽 輻射吸收裝置。裝置被配置成允許來自加熱的傳熱流體的熱傳遞到鍋爐區(qū)域中的供水。
預(yù)熱器區(qū)域和過熱器區(qū)域中的一個(gè)或另一個(gè)可以包括用于直接加熱供水或蒸汽的另外的太陽輻射吸收裝置?？蛇x擇地，在一個(gè)實(shí)施方式中，預(yù)熱器區(qū)域和過熱器區(qū)域中的每一個(gè)包括分別用于直接加熱供水和蒸汽的另外的太陽輻射吸收裝置。關(guān)于“直接加熱”，是指與間接加熱相反，相應(yīng)的流體(液體水或蒸汽)通過與太陽輻射吸收裝置中的熱元件的直接接觸而被加熱，其中用至少一種傳熱流體來攜帶來自太陽輻射吸收裝置的熱且在熱交換器單元中將熱傳遞到相應(yīng)的流體(液體水或蒸汽)中。表述“預(yù)熱器區(qū)域”是指蒸汽產(chǎn)生部分中的在其中預(yù)熱供水的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域。通常，一個(gè)或多個(gè)預(yù)熱器區(qū)域形成為一個(gè)或多個(gè)專用預(yù)熱器單元中的區(qū)域，所述區(qū)域或每一個(gè)區(qū)域具有用于接納供水的入口和用于排出預(yù)熱的供水的出口。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，預(yù)熱器區(qū)域可以包括一個(gè)或多個(gè)太陽輻射吸收裝置，在其中將供水直接加熱到低于其沸點(diǎn)的溫度。在另一個(gè)實(shí)施方式中，預(yù)熱的水可以通過與加熱的傳熱流體的傳熱接觸而被加熱，傳熱流體已通過太陽能加熱。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，預(yù)熱器區(qū)域可以包括通過非太陽能方式加熱的加熱器元件。例如，加熱器元件可以通過由烴類燃料的燃燒產(chǎn)生的熱來加熱。燃料可以是常用的化石燃料，或可以是生物燃料或生物質(zhì)材料。可選擇地，可以通過來自另外的設(shè)施的余熱來加熱加熱器元件。供給到預(yù)熱器區(qū)域的液體水的壓力可以為至少50巴，且通常為小于200巴。通常，液體水的壓力為75-140巴。供給到預(yù)熱器區(qū)域的水的溫度通常將是來自冷凝器的冷凝水的溫度，且因此，例如溫度可以在25-80°C的范圍內(nèi)，例如約為50°C。在預(yù)熱器區(qū)域中，將供水預(yù)熱到低于其沸點(diǎn)的溫度，用于供給到鍋爐中。對(duì)沸點(diǎn)的提及是指供水在其供給到鍋爐的相應(yīng)壓力下的沸點(diǎn)。例如，供水可以低于沸點(diǎn)以下100°c的溫度，或低于沸點(diǎn)以下50°C的溫度，或低于沸點(diǎn)以下20°C的溫度，或低于沸點(diǎn)以下10°C的溫度，或低于沸點(diǎn)以下5°C的溫度供給到鍋爐中。在一個(gè)實(shí)施方式中，以沸點(diǎn)以下約1_2°C的溫度，將供水供給到鍋爐中。作為供水壓力是在75-140巴的范圍內(nèi)的另外的實(shí)例，在預(yù)熱器區(qū)域中，可以將供水加熱到在250-335°C范圍內(nèi)的溫度。表述“鍋爐區(qū)域”是指蒸汽產(chǎn)生部分中的在其中煮沸供水的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域。通常，鍋爐區(qū)域是具有用于接納預(yù)熱的水的入口和用于排出蒸汽的出口的鍋爐裝置區(qū)域。在鍋爐區(qū)域中，使預(yù)熱的水與傳熱流體傳熱接觸，傳熱流體已經(jīng)在傳熱流體部分中被加熱。例如，至少一個(gè)熱交換器可以定位在鍋爐區(qū)域中，用于與鍋爐區(qū)域中的供水接觸。經(jīng)加熱的傳熱流體流過至少一個(gè)熱交換器，由此使熱從傳熱流體傳遞到供水，足以煮沸供水且放出蒸汽。表述“過熱器區(qū)域”是指蒸汽產(chǎn)生部分的在其中使鍋爐區(qū)域中放出的蒸汽過熱到超過由其產(chǎn)生蒸汽的供水的沸點(diǎn)的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域。一個(gè)或多個(gè)過熱器區(qū)域可以形成為一個(gè)或多個(gè)專用過熱器單元的區(qū)域，所述區(qū)域或所述區(qū)域中的每一個(gè)具有接納在鍋爐區(qū)域中產(chǎn)生的蒸汽的入口和用于排出過熱蒸汽的出口。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，過熱器區(qū)域可以包括一個(gè)或多個(gè)太陽輻射吸收裝置，其中蒸汽通過與太陽輻射吸收裝置中的加熱器元件接觸而被直接加熱，以使蒸汽過熱。在另一個(gè)實(shí)施方式中，過熱器區(qū)域可以包括通過非太陽能方式加熱的加熱器元件。例如，加熱器元件可以通過經(jīng)由烴類燃料的燃燒產(chǎn)生的熱來加熱。例如，燃料可以是常用的化石燃料 ，或可以是生物燃料或生物質(zhì)材料。在另外的實(shí)施方式中，過熱器區(qū)域可以包括一個(gè)或多個(gè)太陽輻射吸收裝置和一個(gè)或多個(gè)非太陽能加熱裝置的組合，非太陽能加熱裝置比如用于化石燃料或其它材料的燃燒的燃燒器。裝置可以串聯(lián)布置，使得最初的過熱在一個(gè)或多個(gè)太陽輻射吸收裝置中進(jìn)行，且另外的過熱在一個(gè)或多個(gè)非太陽能加熱裝置中進(jìn)行。本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)例如下供水在預(yù)熱器區(qū)域中通過與太陽能吸收裝置中的加熱器元件直接接觸而被加熱，且來自鍋爐區(qū)域的蒸汽在過熱區(qū)域中通過與太陽能吸收裝置中的加熱器元件直接接觸而被過熱。供水在預(yù)熱器區(qū)域中通過與太陽能吸收裝置中的加熱器元件直接接觸而被加熱，且來自鍋爐區(qū)域的蒸汽在過熱區(qū)域中通過來自傳熱流體的傳熱而被過熱。供水在預(yù)熱器區(qū)域中通過與太陽能吸收裝置中的加熱器元件直接接觸而被加熱，且來自鍋爐區(qū)域的蒸汽在第一過熱區(qū)域中通過來自傳熱流體的傳熱而被過熱，且通過與太陽能吸收裝置中的加熱器元件直接接觸而被進(jìn)一步加熱。將來自經(jīng)加熱的HTF的熱傳遞到供水可以通過經(jīng)加熱的HTF和供水之間的直接或間接的熱接觸來完成，正如例如在熱交換系統(tǒng)中。例如，可以使經(jīng)加熱的HTF經(jīng)由合適的熱交換系統(tǒng)與鍋爐中的供水進(jìn)行直接的熱接觸?？蛇x擇地，傳熱可以通過經(jīng)加熱的HTF和供水之間的間接熱接觸來完成，正如例如通過(在合適的熱交換系統(tǒng)中)接納來自經(jīng)加熱的HTF的熱且通過合適的熱交換系統(tǒng)將熱傳遞到鍋爐中的供水的輔助傳熱流體。在這樣的可選擇的布置中，在熱傳遞部分中的太陽能吸收裝置中加熱的HTF不與鍋爐中的供水熱接觸；相反，接觸鍋爐中的供水的是輔助傳熱流體。目前認(rèn)為，這個(gè)實(shí)施方式可能是較低效率的，因?yàn)橐恍釗p失將不可避免地導(dǎo)致經(jīng)加熱的HTF和輔助傳熱流體之間的熱交換。在前述熱交換系統(tǒng)中，熱可以通過傳導(dǎo)或?qū)α髟诹黧w之間傳遞。合適的熱交換系統(tǒng)是已知的，且可以包括一個(gè)或多個(gè)熱交換單元及合適的連接線路(circuitry)和部件。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，通過從經(jīng)加熱的HTF傳遞的熱，可以使蒸汽在過熱區(qū)域中至少部分地過熱。這與用于煮沸鍋爐中的供水的HTF可以是相同的或不同的。在一個(gè)實(shí)施方式中，用于煮沸供水的相同HTF被用于使來自鍋爐區(qū)域的蒸汽過熱。在這個(gè)實(shí)施方式中，在HTF與供水進(jìn)行傳熱接觸之前，HTF可以流動(dòng)以與蒸汽進(jìn)行傳熱接觸。以這種方式，相比于HTF與鍋爐區(qū)域中的供水進(jìn)行傳熱接觸時(shí)的溫度，在HTF與蒸汽進(jìn)行傳熱接觸時(shí)，HTF處于更高的溫度。其中相同的傳熱流體被用于煮沸供水且使在鍋爐區(qū)域中放出的蒸汽至少部分過熱的實(shí)施方式的特征為過熱區(qū)域可以被設(shè)置成緊靠鍋爐區(qū)域，使得在鍋爐區(qū)域中放出的蒸汽與傳熱流體立即接觸且被過熱到超過其沸點(diǎn)。以這種方式，可以直接避免水的液滴在鍋爐區(qū)域的下游形成。例如，蒸汽可以過熱至少1°C，或可以過熱至少5°C，或可以過熱至少10°C，或可以過熱至少20°C，或可以過熱至少50°C，或可以過熱至少100°C?？梢曰趥鳠崃黧w的溫度和傳熱流體的冷卻度來選擇過熱度，傳熱流體與能夠在鍋爐區(qū)域中執(zhí)行煮沸供水的功能的傳熱流體是一致的。例如，當(dāng)相互傳熱接觸時(shí)，過熱度可以通過控制傳熱流體和蒸汽的流動(dòng)速率來控制。具有相對(duì)較高的焓每單位質(zhì)量流體的傳熱流體或具有相對(duì)較高的最高操作溫度的傳熱流體，或兩者可以特別適合用于以下實(shí)施方式中其中傳熱流體被用于使鍋爐中放出的蒸汽至少部分地過熱。例如，與具有相對(duì)較低的焓每單位質(zhì)量流體的傳熱流體相比，對(duì)于相同的冷卻度，具有相對(duì)較高的焓每單位質(zhì)量流體的傳熱流體能夠?qū)⒏嗟臒崮軅鬟f給蒸汽，用于過熱的目的。與具有相對(duì)較低的最高操作溫度諸如400°C的傳熱流體相比，具有相對(duì)較高的最高操作溫度諸如430°C的傳熱流體能夠使蒸汽過熱到更高的溫度。 在過熱區(qū)域使蒸汽部分過熱的本發(fā)明實(shí)施方式中，可以在過熱區(qū)域中通過在太陽輻射吸收裝置中直接加熱來使蒸汽進(jìn)一步過熱。這使得蒸汽能夠被過熱到充分高的溫度以能夠有效地發(fā)電。例如，在過熱器區(qū)域中，對(duì)于在75-140巴范圍內(nèi)的壓力，蒸汽可以被過熱到450-600°C范圍內(nèi)的溫度?？赡芷谕捎锰栞椛湮昭b置和非太陽能加熱裝置的組合，以在過熱器區(qū)域中使蒸汽過熱，非太陽能加熱裝置比如用于化石燃料、生物燃料或生物質(zhì)材料的燃燒器。在某些情況下，可能，使用太陽熱能的最高可實(shí)現(xiàn)溫度低于用于汽輪機(jī)效率的最佳溫度?？蛇x擇地，如果最佳溫度可以用太陽能技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，那么這并不代表最有效率的加熱機(jī)制。例如，可以采用塔式太陽能加熱裝置，以使蒸汽過熱到用于汽輪機(jī)效率的最佳溫度，最佳溫度可以為例如大約550°C。然而，用太陽能塔來過熱的最后60°C可能會(huì)帶來了非常高的成本，因?yàn)殡S著溫度的增加，更大量的熱被輻射回到環(huán)境中。因此，可能期望組合太陽能加熱方式和非太陽能加熱方式以實(shí)現(xiàn)期望的過熱溫度。例如，大多數(shù)的過熱可以用太陽能發(fā)電塔，采用可再生能源來實(shí)現(xiàn)，且僅僅采用化石燃料或生物質(zhì)來實(shí)現(xiàn)過熱的最后60-80°C。可以采用太陽能裝置和非太陽能裝置的任何合適的組合，來以最有效的方式實(shí)現(xiàn)期望的過熱溫度。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，過熱的蒸汽在汽輪機(jī)中和/或在與汽輪機(jī)相關(guān)聯(lián)的冷凝器中冷凝，以使供水再生用于再循環(huán)到蒸發(fā)階段(任選地在第三太陽能吸收裝置中預(yù)熱之后)且隨后再循環(huán)到過熱階段。在這個(gè)實(shí)施方式中，蒸汽產(chǎn)生部分通常與汽輪機(jī)處于流體回路中，且供水被反復(fù)再生、轉(zhuǎn)變成過熱蒸汽狀態(tài)和供給到汽輪機(jī)中，用于發(fā)電。這是典型的蘭金循環(huán)發(fā)電組的布置。這種流體回路可以由管道、管子或其它通道形成部件的網(wǎng)絡(luò)形成，且可以包括額外的部件諸如儲(chǔ)器、閥和其它裝置，用于容納和控制流體在回路中的流動(dòng)。例如，可以在流體回路中設(shè)置一個(gè)或多個(gè)泵，用于使流體在回路中流體地循環(huán)。可以設(shè)置閥或其它流動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，以控制流體在回路中的流動(dòng)。流體回路通常是閉合回路，盡管可以進(jìn)行補(bǔ)充，用于補(bǔ)足回路中的供水。在蒸汽產(chǎn)生部分的至少一部分上方，供水相對(duì)于大氣壓通常是加壓的。例如，供水可以在供給到預(yù)熱器區(qū)域之前被加壓，且然后維持在鍋爐上游的壓力下，用于將壓力下的過熱蒸汽供給到汽輪機(jī)中。在汽輪機(jī)中，蒸汽的壓力至少部分地釋放，且蒸汽可以至少部分地冷凝?？梢栽O(shè)置一個(gè)或多個(gè)冷凝器，其中來自汽輪機(jī)的蒸汽被冷凝成流體。與用于供給到預(yù)熱器區(qū)域的供水的壓力相比，緊接汽輪機(jī)(及與汽輪機(jī)相關(guān)聯(lián)的任何冷凝器單元)的下游的液體處于低的壓力下(例如低于大氣壓的壓力下)，且因此可以設(shè)置泵或其它加壓裝置，以對(duì)用于供給到預(yù)熱器區(qū)域的供水加壓。 在本發(fā)明的實(shí)施方式中，可以串聯(lián)或并聯(lián)設(shè)置多于一個(gè)汽輪機(jī)。汽輪機(jī)可以以熟知的方式用于在與汽輪機(jī)耦合的發(fā)電機(jī)中發(fā)電。在一個(gè)實(shí)施方式中，傳熱流體部分可以為流體回路，其中HTF循環(huán)通過太陽能吸收裝置，以加熱HTF。在太陽能吸收裝置的下游，流體回路與蒸汽產(chǎn)生部分中的鍋爐區(qū)域交叉，其中熱從經(jīng)加熱的HTF傳遞到供水，以形成蒸汽。通常，可以設(shè)置一個(gè)或多個(gè)熱交換器，用于將來自經(jīng)加熱的HTF的熱傳遞到供水。在熱交換器中，經(jīng)加熱的HTF被冷卻且供水被加熱到汽化的溫度。然后，冷卻的HTF在流體回路中返回，以在太陽能吸收裝置中被重新加熱。流體回路通常是閉合的，盡管在需要的時(shí)候，可以進(jìn)行補(bǔ)充，用于補(bǔ)足回路中的HTF。HTF流體回路可以由管道、管子或其它通道形成部件的網(wǎng)絡(luò)形成，且可以包括額外的部件諸如儲(chǔ)器、閥和其它裝置，用于容納和控制HTF在回路中的流動(dòng)。例如，可以在流體回路中設(shè)置一個(gè)或多個(gè)泵，用于使HTF在回路中流體地循環(huán)。可以設(shè)置閥或其它流動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，以控制流體在回路中的流動(dòng)。在實(shí)施方式中，在HTF部分的至少一部分上方，HTF可以相對(duì)于大氣壓力被加壓，以防止HTF在太陽能吸收裝置中的沸騰。在實(shí)施方式中，由于在傳熱流體回路中的壓力損失，可以在鍋爐的下游設(shè)置泵或其它加壓裝置，以在供給到太陽能吸收裝置之前，給HTF加壓。本發(fā)明中可使用任何合適的傳熱流體。典型的傳熱流體包括在期望的溫度下穩(wěn)定的油類。傳熱流體可以具有至少300°C，或至少350°C，或至少400°C，或至少430°C的最高操作溫度(通常為傳熱流體在該溫度下穩(wěn)定的溫度)。傳熱流體可以具有低于20°C，或低于IO0C，或低于(TC，或低于-10°c，或低于-20°c的冰點(diǎn)。合適的傳熱流體的實(shí)例為DowthermA，其為合成的有機(jī)傳熱液體，在高達(dá)約400°C的溫度下在壓力下可操作。其它傳熱流體的實(shí)例為娃油、Therminol和乙二醇。在階段之間，用于本發(fā)明的不同階段的太陽能吸收裝置可以是相同的或不同的。通常，太陽能吸收裝置包括配置成收集太陽能的太陽能集熱器和配置成接收反射自集熱器的太陽能的接收器。流體在接收器中通過與例如在接收器中界定的通道中的加熱器元件接觸而被加熱，所述通道的壁通過來自集熱器的太陽能來加熱?？捎糜诒景l(fā)明的一種類型的太陽能吸收裝置為槽式太陽能吸收裝置，如例如在美國專利第7296410號(hào)中所描述的，所述專利的內(nèi)容通過引用整體并入本文。如美國專利第7296410中所描述的，槽式太陽能吸收裝置被配置成收集太陽能且反射太陽能，以被流體吸收。槽式裝置可以包括界定了當(dāng)流體被循環(huán)時(shí)用于接收流體的通道的接收器。槽式裝置還包括太陽能集熱器，所述太陽能集熱器被配置成將太陽輻射導(dǎo)向接收器，以加熱其中的流體。例如，太陽能集熱器可以包括一個(gè)或多個(gè)鏡子諸如拋物面鏡，所述鏡子將來自太陽的光反射向接收器。太陽能集熱器在位置和配置上是可調(diào)節(jié)的，使得太陽能集熱器可以在太陽的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的過程中跟隨太陽，使得來自太陽的太陽能被反射向接收器，而不管太陽的相對(duì)位置。例如，每一個(gè)太陽能集熱器可以被可旋轉(zhuǎn)地安裝在固定基部上或其它結(jié)構(gòu)上，且可以通過一個(gè)或多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)或其它致動(dòng)裝置來旋轉(zhuǎn)地調(diào)節(jié)，以響應(yīng)追蹤太陽的相對(duì)位置的探測(cè)器或傳感器?？蛇x擇地，太陽能集熱器可以根據(jù)預(yù)編程的算法或其它預(yù)定的時(shí)間表來調(diào)節(jié)。此外，如美國專利第7296410中所描述的，槽式裝置可以包括其它類型的太陽能集熱器。例如，除了拋物面鏡外或代替拋物面鏡，太陽能集熱器可以包括透鏡諸如菲涅耳透鏡。此外，每一個(gè)太陽能集熱器可以包括第二拋物面鏡，且第二拋物面鏡和/或透鏡可以被配置成以不同的速率加熱接收器，用于在流體被循環(huán)之前預(yù)熱接收器。包括多個(gè)鏡子、透鏡及鏡子與透鏡的組合的太陽能集熱裝置被進(jìn)一步描述在美國專利第7055519號(hào)中，所述專利的內(nèi)容通過弓I用整體并入本文。可用于本發(fā)明的第二類型的太陽能吸收裝置為線性菲涅耳反射器，其用平面鏡條來使光集中在具有待加熱的流體的接收器上。這樣的裝置要比拋物槽式裝置便宜。 第三類型的太陽能吸收裝置為塔式太陽能吸收裝置(“發(fā)電塔”)，如美國專利第7296410號(hào)中所描述的。這樣的裝置還被稱作“定日鏡”。如美國專利第7296410中所描述的，塔式太陽能吸收裝置包括管型接收器，其可由管子、儲(chǔ)器或界定了用于接收流體且使流體循環(huán)的通道的其它導(dǎo)管組成。接收器通過高架塔結(jié)構(gòu)來支撐。塔式太陽能吸收裝置還包括配置成將太陽輻射導(dǎo)向接收器的至少一個(gè)太陽能集熱器。例如，太陽能集熱器可以是布置成鄰近塔結(jié)構(gòu)的定日鏡。數(shù)百個(gè)或數(shù)千個(gè)定日鏡或其它集熱器可以定位成反射太陽輻射，用于加熱塔式裝置中的流體。每一個(gè)定日鏡可以包括用于將太陽輻射反射向塔式裝置中的接收器的平面鏡或曲面鏡，且每一個(gè)定日鏡可以為獨(dú)立地可調(diào)節(jié)，以響應(yīng)太陽的相對(duì)位置。例如，定日鏡可以以陣列布置，每一個(gè)陣列的定日鏡被單獨(dú)控制或與陣列中的其它定日鏡組合通過配置成探測(cè)且追蹤太陽的相對(duì)位置的一個(gè)或多個(gè)控制裝置來控制。因此，可以根據(jù)太陽的位置來調(diào)節(jié)定日鏡，以將陽光反射到接收器上，由此加熱接收器中的流體。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，用于加熱傳熱流體的太陽能吸收裝置可以為槽式太陽能吸收裝置，優(yōu)選拋物槽，且用于使蒸汽過熱的太陽能吸收裝置可以為塔式太陽能吸收裝置或拋物槽或平面鏡裝置。在太陽能吸收裝置中預(yù)熱供水的實(shí)施方式中，可以使用菲涅耳反射器，其比拋物槽和塔式裝置便宜?？蛇x擇地，可使用其它太陽能吸收裝置，例如槽式集熱器裝置。因?yàn)楣┧畠H被加熱到接近其沸點(diǎn)的溫度，所以可以采用成本更加低的槽式集熱器。在太陽能吸收裝置中加熱流體的本發(fā)明的每一個(gè)階段中，將理解，可以串聯(lián)或并聯(lián)采用可以為相同的或不同的一個(gè)或多個(gè)太陽能吸收裝置。在本發(fā)明的發(fā)電設(shè)備的實(shí)施方式中，傳熱流體部分可以包括儲(chǔ)熱部分，所述儲(chǔ)熱部分適合于接收且儲(chǔ)存來自經(jīng)加熱的傳熱流體的熱能。具體地，有時(shí)發(fā)生傳熱流體的熱能高于實(shí)現(xiàn)供水的蒸發(fā)(和可選擇地部分過熱)所需要的熱能的情況。這可以發(fā)生在低需求量的時(shí)候或在太陽的輻射能量處于峰值的時(shí)候。為了不浪費(fèi)過多的熱，傳熱部分可以包括分支部分，所述分支部分包括配置成與儲(chǔ)熱介質(zhì)交換熱的熱交換器。儲(chǔ)熱介質(zhì)通常為熔鹽，但可以使用其它儲(chǔ)熱材料。在產(chǎn)生過量的熱的期間，經(jīng)加熱的HTF的流動(dòng)通過分支部分轉(zhuǎn)移到熱交換器中，以釋放出熱且隨后加熱儲(chǔ)熱介質(zhì)。然后，冷卻的HTF可以供給到鍋爐中，在鍋爐中，其熱能的剩余部分被用于使供水汽化，如前所述的。在HTF的熱能不足以在鍋爐中產(chǎn)生蒸汽的時(shí)候，這可通過從儲(chǔ)熱介質(zhì)傳遞的熱能來補(bǔ)充。這可通過在傳熱流體部分中設(shè)置另外的分支來實(shí)現(xiàn)，由此使HTF被轉(zhuǎn)移到熱交換器中，用于與經(jīng)加熱的儲(chǔ)熱介質(zhì)熱交換。然后，以已經(jīng)描述的方式，將已經(jīng)通過與儲(chǔ)熱介質(zhì)熱接觸來加熱的所得到的HTF供給到鍋爐中。在這個(gè)實(shí)施方式中，可以設(shè)置通過經(jīng)由熱交換器的合適的流體連接來連接的合適的熱儲(chǔ)罐和冷儲(chǔ)罐來儲(chǔ)存儲(chǔ)熱介質(zhì)?？梢栽O(shè)置補(bǔ)充的非太陽能加熱器，以在供水在過熱器中的加熱不充分時(shí)，將熱供給到供水中。例如，可以在旁通第二太陽能吸收裝置的蒸汽產(chǎn)生部分中設(shè)置分支，分支包括爐子以使來自鍋爐的蒸汽過熱，用于供給到汽輪機(jī)中。爐子可以用任何合適的燃料作為燃料，合適的燃料比如氣體、煤、油、生物質(zhì)等。來自爐子的熱廢氣可以被導(dǎo)向蒸汽鍋爐，以在鍋爐中提供輔助加熱?？蛇x擇地，或此外，熱廢氣可以被導(dǎo)向合適的熱交換系統(tǒng)，用于在供 期望采用串聯(lián)布置的太陽能過熱裝置和爐子兩者。本發(fā)明的發(fā)電設(shè)備及操作發(fā)電設(shè)備的方法可由控制器比如計(jì)算機(jī)來控制?，F(xiàn)在將作為實(shí)例僅通過參考圖I來描述本發(fā)明。太陽能發(fā)電設(shè)備10包括蒸汽產(chǎn)生部分12、傳熱流體部分14和冷凝式汽輪機(jī)16。蒸汽產(chǎn)生部分12與汽輪機(jī)16在流體回路17中流體連接，其中水和/或蒸汽循環(huán)以形成典型的蘭金循環(huán)發(fā)電組。蒸汽產(chǎn)生部分12包括鍋爐供水(BFW)加熱器18、蒸汽鍋爐20、第一過熱器100和過熱器22。在流體回路中額外設(shè)置的是加壓泵24。與蒸汽產(chǎn)生部分12相關(guān)聯(lián)的是補(bǔ)充過熱爐子26和補(bǔ)充預(yù)熱裝置28。傳熱流體部分14以流體回路30的形式，用于使傳熱流體循環(huán)，用于經(jīng)由傳熱元件101在第一過熱器100中與蒸汽熱接觸，且隨后用于經(jīng)由傳熱元件102在蒸汽鍋爐20中與鍋爐供水接觸。在流體回路30中設(shè)置太陽能吸收裝置30和加壓泵34。從流體回路支化出來的是包括膨脹罐36的部分。與傳熱流體部分14相關(guān)聯(lián)的是儲(chǔ)熱介質(zhì)回路38，儲(chǔ)熱介質(zhì)回路38包括經(jīng)由熱交換單元44連接的冷罐40和熱罐42。設(shè)置流動(dòng)通道46、48和50，以使傳熱流體從流體回路30流動(dòng)通過熱交換單元44。鍋爐供水加熱器18包括太陽能吸收裝置，太陽能吸收裝置被配置成收集太陽能且將這種能量傳遞到鍋爐供水，所述鍋爐供水在回路17中流動(dòng)通過加熱器18。例如，用于這個(gè)階段的太陽能吸收裝置可以是線性菲涅耳反射器。第二過熱器22包括太陽能吸收裝置，所述太陽能吸收裝置被配置成收集太陽能且將這種能量傳遞到在回路17中流動(dòng)通過第二過熱器22的蒸汽，以使蒸汽過熱。例如，用于這個(gè)階段的太陽能吸收裝置可以是所謂的“發(fā)電塔”或拋物槽式集熱器。在傳熱流體部分14中的太陽能吸收裝置32被配置成收集太陽能且將這種能量傳遞到在回路30中流動(dòng)通過集熱器元件的傳熱流體。例如，用于這個(gè)階段的太陽能吸收裝置可以是拋物槽式集熱器。
在太陽能發(fā)電設(shè)備10的操作中，在回路30中流動(dòng)的傳熱流體在加壓裝置34中加壓到例如16-35巴的壓力。通常，在循環(huán)中的這一點(diǎn)下的HTF的溫度將在150-350°C的范圍內(nèi)。從加壓裝置34，傳熱流體在回路30中流動(dòng)通過太陽能吸收裝置32，以加熱傳熱流體。傳熱流體可以被加熱到300-450°C的溫度。然后，傳熱流體流向第一過熱器100，在第一過熱器100中傳熱流體例如在熱交換器中與鍋爐中放出的蒸汽進(jìn)行熱接觸。然后，HTF從第二過熱器100流到鍋爐單元20，用于與鍋爐中的供水傳熱接觸，以煮沸供水。HTF的溫度可以為例如在260-430°C的范圍內(nèi)，這取決于在第一過熱器100進(jìn)行的過熱程度。熱能從熱的傳熱流體傳遞到鍋爐供水中，以將水轉(zhuǎn)化成蒸汽。在蒸汽產(chǎn)生部分12中，通過冷凝式汽輪機(jī)16排出的鍋爐供水可以在25_80°C的溫度和O. 03-0. 57巴(絕對(duì)值)的壓力下。在加壓裝置24中給供水加壓，例如加壓到40-200巴的壓力。在回路17中，將加壓供水供給到包括太陽能吸收裝置的BFW加熱器18中。在太陽能吸收裝置中，將鍋爐供水加熱到低于其沸點(diǎn)的溫度。通常，在與應(yīng)用到泵24中的供水基本相同的壓力下，將水加熱到250-365°C的溫度且在該溫度下離開BFW加熱器。 將加熱的供水傳送到鍋爐20，在鍋爐20中使供水與傳熱流體進(jìn)行熱接觸，且蒸發(fā)以形成飽和蒸汽。來自蒸汽鍋爐20的蒸汽被傳送到第一過熱器100中，在第一過熱器100中，在40-200巴的壓力下，蒸汽被部分過熱到在例如260-375°C范圍內(nèi)的溫度。然后，將部分過熱的蒸汽傳送到第二過熱器單元22中，在第二過熱器單元22中，使部分過熱的蒸汽在太陽能吸收裝置中過熱。例如，在40-200巴的壓力下，可以使蒸汽過熱到300-600°C的溫度。從第二過熱器22，過熱蒸汽在壓力下被傳送到冷凝式汽輪機(jī)16中，在冷凝式汽輪機(jī)16中，過熱蒸汽以本身已知的方式驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)16。汽輪機(jī)16驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)以發(fā)電52。如所述的，儲(chǔ)熱介質(zhì)回路38與傳熱回路14相關(guān)聯(lián)。在低需求量的時(shí)候，或在太陽的輻射能量處于峰值時(shí)，可以用儲(chǔ)熱介質(zhì)回路14來儲(chǔ)存過量的熱能，所述熱能可在稍后高需求量的時(shí)候或黑暗期間使用。為了儲(chǔ)存熱能，經(jīng)由通道48將經(jīng)加熱的傳熱流體或經(jīng)加熱的傳熱流體的一部分導(dǎo)向到熱交換器44中，在熱交換器44中，經(jīng)加熱的傳熱流體將熱釋放到儲(chǔ)熱介質(zhì)中，儲(chǔ)熱介質(zhì)通過熱交換器從冷罐40流到熱罐42。從而使傳熱流體冷卻。在顯示的實(shí)施方式中，傳熱流體還包含大量的熱能且經(jīng)由通道50流到蒸汽鍋爐20中，用于與鍋爐供水熱接觸。當(dāng)太陽能吸收裝置32中的能量輸入不充足時(shí)，傳熱流體或傳熱流體的一部分可以經(jīng)由通道46流過熱交換器，且儲(chǔ)熱介質(zhì)同時(shí)從熱罐42流到冷罐40。熱從儲(chǔ)熱介質(zhì)傳遞到傳熱流體，所述傳熱流體經(jīng)由通道50流到蒸汽鍋爐20中。熱罐中的熱熔鹽的溫度可以約為430°C。在夜間操作中，或在太陽輻射能量不充足的時(shí)候，蒸汽產(chǎn)生部分12中的太陽能吸收裝置可以設(shè)置旁路，或部分地設(shè)置旁路，且加熱可通過常規(guī)的方式來完成。因此，在所闡述的實(shí)施方式中，來自蒸汽鍋爐20的蒸汽經(jīng)由分支通道54流到補(bǔ)充的過熱爐子26，過熱爐子26以化石燃料方式諸如天然氣作為燃料。蒸汽在爐子中過熱且返回到流體回路中，用于供給到汽輪機(jī)16。來自爐子的熱廢氣可以在例如600-1000°C的溫度下，從爐子經(jīng)由通道56a流出，用于與蒸汽發(fā)生器20中的供水熱接觸，且還經(jīng)由通道56b，流到補(bǔ)充的預(yù)熱裝置28，通過預(yù)熱裝置28，供水通過通道58被轉(zhuǎn)移用于預(yù)熱。冷卻的廢氣可以直接排放到大氣中。與目前的配置相比，在圖I中闡明的發(fā)電設(shè)備可以提供較多的資本成本節(jié)約(例如，多達(dá)10-15%)。此外，可以提供減少的太陽能場(chǎng)熱損失(例如，多達(dá)5%)及増加的汽輪機(jī)效率(例如約為2-5%)。例如，這些結(jié)果可以通過使集熱器選擇與預(yù)熱、煮沸和過熱的三個(gè)加熱區(qū)域相匹配來實(shí)現(xiàn)。共同地，這些益處顯著地降低了太陽能發(fā)電廠中產(chǎn)生的電的平準(zhǔn)成本(LCOE)。例如，通過消除與高溫傳熱回路相關(guān)聯(lián)的熱損失，線性菲涅爾的應(yīng)用和鍋爐供水的直接加熱可以允許使用具有更高的凈熱收集效率的較低資本成本的集熱器。此外，由于鍋爐供水關(guān)于傳熱流體的較低質(zhì)量通量，可以減少預(yù)熱區(qū)域中的附加泵送損失。此外，通過在起始條件下鍋爐供水關(guān)于傳熱流體的最佳的傳熱和質(zhì)量流動(dòng)性質(zhì)，可以減少太陽能場(chǎng)的起始時(shí)間。例如，在設(shè)備的煮沸區(qū)域中，可使需要的傳熱流體體積減少約30%，還得到了資本 成本節(jié)約。傳熱系統(tǒng)的這個(gè)區(qū)域通常需要用于熱膨脹的補(bǔ)充，其造成顯著的潛在的密閉度(containment)損失風(fēng)險(xiǎn)。通過減少這個(gè)回路的負(fù)載(duty),可使風(fēng)險(xiǎn)降低約30%。此外，負(fù)載曲線(煮沸、第一階段過熱和儲(chǔ)熱)可以與較高性能的傳熱流體(比如硅酮類)的性質(zhì)相匹配，而如果整個(gè)集熱器溫度升高，那么可發(fā)生最小的太陽能集熱器損失。與當(dāng)前的配置相比，本發(fā)明可以利用在集熱器中直接過熱的益處，而不受傳熱流體的限制，這可產(chǎn)生多達(dá)5%的汽輪機(jī)效率改迸。與當(dāng)前的集熱器領(lǐng)域成本相比，“發(fā)電塔”用于最后的過熱可以以更低的資本成本導(dǎo)致550°C的汽輪機(jī)入口溫度和100巴的壓カ條件。在槽式集熱器中，類似的節(jié)約也是可能的。本發(fā)明還可將易燃或有毒的傳熱流體的存量減少多達(dá)40%，且可以減少潛在的釋放點(diǎn)的數(shù)目，改進(jìn)了太陽能發(fā)電設(shè)備的環(huán)境足跡。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)生用于發(fā)電的過熱蒸汽的方法,包括 (a)將供水預(yù)熱到低于其沸點(diǎn)的溫度； (b)煮沸所預(yù)熱的供水，以產(chǎn)生蒸汽'及 (C)使所述蒸汽過熱； 其中所述供水通過與傳熱流體的熱交換而被煮沸，所述傳熱流體通過第一太陽輻射吸收裝置所收集的熱來加熱； 且其中所述預(yù)熱和所述過熱中的一個(gè)或另一個(gè)或兩者是通過在ー個(gè)或多個(gè)另外的太陽輻射吸收裝置中直接加熱來進(jìn)行的。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述第一太陽輻射裝置包括ー個(gè)或多個(gè)槽式太陽能吸收裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其中所述預(yù)熱是通過在另外的(“第二”)太陽輻射吸收裝置中直接加熱來進(jìn)行的，且所述過熱是通過在另外的(“第三”)太陽輻射吸收裝置中直接加熱來進(jìn)行的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述第二太陽輻射裝置包括ー個(gè)或多個(gè)線性菲涅耳太陽能吸收裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其中所述第三太陽輻射裝置包括一個(gè)或多個(gè)塔式太陽能吸收裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求3、4或5所述的方法，其中，在使所述蒸汽在所述第三太陽輻射吸收裝置中過熱之前，所述蒸汽通過與所述傳熱流體的熱交換而被過熱到超過所述供水的沸點(diǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其中所述預(yù)熱是通過在另外的(“第二”)太陽輻射吸收裝置中直接加熱來進(jìn)行的，且其中所述過熱是通過與所述傳熱流體的熱交換來進(jìn)行的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述第二太陽輻射裝置包括ー個(gè)或多個(gè)線性菲涅耳太陽能吸收裝置。
9.一種發(fā)電的方法，包括 通過如任ー項(xiàng)前述權(quán)利要求所要求保護(hù)的方法產(chǎn)生過熱蒸汽；及 將所述過熱蒸汽供給到汽輪機(jī)中，用于發(fā)電。
10.一種用于產(chǎn)生用于發(fā)電的過熱蒸汽的裝置，包括 (1)過熱蒸汽產(chǎn)生部分，其用于產(chǎn)生過熱蒸汽，包括 (a)預(yù)熱器區(qū)域，其用于將供水預(yù)熱到低于其沸點(diǎn)的溫度； (b)鍋爐區(qū)域，其在所述預(yù)熱器區(qū)域下游，用于煮沸所預(yù)熱的供水以產(chǎn)生蒸汽；及 (C)過熱器區(qū)域，其在所述鍋爐區(qū)域下游，用于使所述蒸汽過熱；及 (2)傳熱流體部分，其包括用于加熱傳熱流體的第一太陽輻射吸收裝置且被配置成將來自所加熱的傳熱流體的熱傳遞到所述鍋爐區(qū)域中的所述供水； 其中所述預(yù)熱器區(qū)域和所述過熱器區(qū)域中的ー個(gè)或另ー個(gè)包括用于直接加熱所述供水或所述蒸汽的另外的太陽輻射吸收裝置，或其中所述預(yù)熱器區(qū)域和所述過熱器區(qū)域中的每ー個(gè)包括用于分別直接加熱所述供水和所述蒸汽的另外的太陽輻射吸收裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述第一太陽輻射裝置包括一個(gè)或多個(gè)槽式太陽能吸收裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的裝置，其中所述預(yù)熱器區(qū)域包括用于直接加熱所述供水的另外的(“第二”)太陽輻射吸收裝置，且所述過熱器區(qū)域包括用于直接加熱所述蒸汽的另外的(“第三”)太陽輻射吸收裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中所述第二太陽輻射裝置包括ー個(gè)或多個(gè)線性菲涅耳太陽能吸收裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的裝置，其中所述第三太陽輻射裝置包括ー個(gè)或多個(gè)塔式太陽能吸收裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求12、13或14所述的裝置，其中所述傳熱流體部分還被配置成將來自所加熱的傳熱流體的熱傳遞到在所述鍋爐區(qū)域的下游且在所述第三太陽能吸收裝置的上游的所述蒸汽，由此所述蒸汽在所述第三太陽能吸收裝置中被過熱之前，通過與所述傳熱流體的熱交換而被過熱到超過所述供水的沸點(diǎn)。
16.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的裝置，其中所述預(yù)熱器區(qū)域包括用于直接加熱所述供水的另外的(“第二”)太陽輻射吸收裝置，且其中所述傳熱流體部分還被配置成將來自所加熱的傳熱流體的熱傳遞到所述過熱器區(qū)域中的所述蒸汽，由此所述蒸汽通過與所述傳熱流體的熱交換而被過熱到超過所述供水的沸點(diǎn)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述第二太陽輻射裝置包括ー個(gè)或多個(gè)線性菲涅耳太陽能吸收裝置。
18.ー種使用權(quán)利要求10所述的裝置來產(chǎn)生用于發(fā)電的過熱蒸汽的方法，包括 (a)在所述預(yù)熱器區(qū)域?qū)⒐┧A(yù)熱到低于其沸點(diǎn)的溫度； (b)在所述鍋爐區(qū)域煮沸所預(yù)熱的供水，以產(chǎn)生蒸汽；及 (c)在所述過熱器區(qū)域使所述蒸汽過熱； 其中所述供水在所述鍋爐區(qū)域中通過與所述傳熱流體的熱交換而被煮沸，所述傳熱流體已通過所述第一太陽輻射吸收裝置所收集的熱來加熱； 且其中所述預(yù)熱和所述過熱中的一個(gè)或另一個(gè)或兩者是通過在ー個(gè)或多個(gè)另外的太陽輻射吸收裝置中直接加熱來進(jìn)行的。
19.ー種太陽能發(fā)電設(shè)備，包括 根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于產(chǎn)生過熱蒸汽的裝置 '及 汽輪機(jī)，其被配置成接收來自所述用于產(chǎn)生過熱蒸汽的裝置的過熱蒸汽且能夠發(fā)電。
20.ー種操作如權(quán)利要求19所要求保護(hù)的太陽能發(fā)電設(shè)備的方法，包括 在所述傳熱流體部分的所述第一太陽能輻射吸收裝置中加熱傳熱流體(HTF)； 在所述過熱蒸汽產(chǎn)生部分中，從供水產(chǎn)生過熱蒸汽；及 將所述過熱蒸汽供給到所述汽輪機(jī)，用于發(fā)電； 其中用于供應(yīng)到所述汽輪機(jī)的所述過熱蒸汽是在包括以下的至少三個(gè)加熱階段中從所述供水產(chǎn)生的 (a)預(yù)熱階段，在該預(yù)熱階段中在所述預(yù)熱器區(qū)域?qū)⑺龉┧A(yù)熱到低于其沸點(diǎn)的溫度； (b)煮沸階段，在該煮沸階段中在所述鍋爐區(qū)域煮沸所預(yù)熱的供水，以產(chǎn)生蒸汽；及 (c)過熱階段，在該過熱階段中在所述過熱器區(qū)域使所述蒸汽過熱； 其中所述供水在所述鍋爐區(qū)域中通過與所述傳熱流體的熱交換而被煮沸，所述傳熱流體已通過所述第一太陽輻射吸收裝置所收集的熱來加熱； 且其中所述預(yù)熱和所述過熱中的一個(gè)或另一個(gè)或兩者是通過在ー個(gè)或多個(gè)另外的太陽輻射吸收裝置中直接加熱來進(jìn)行的。
21.ー種太陽能發(fā)電設(shè)備，其基本上如上文參考附圖所描述的。
全文摘要
公開了產(chǎn)生用于發(fā)電的過熱蒸汽的方法。該方法包括(a)將供水預(yù)熱到低于其沸點(diǎn)的溫度；(b)煮沸預(yù)熱的供水，以產(chǎn)生蒸汽；及(c)使所述蒸汽過熱。供水通過與傳熱流體的熱交換而被煮沸，所述傳熱流體通過第一太陽輻射吸收裝置所收集的熱來加熱。此外，預(yù)熱和過熱中的一個(gè)或另一個(gè)或兩者是通過在一個(gè)或多個(gè)另外的太陽輻射吸收裝置中直接加熱來進(jìn)行的。本發(fā)明還涉及用于產(chǎn)生用于發(fā)電的過熱蒸汽的裝置。該裝置包括(1)用于產(chǎn)生過熱蒸汽的過熱蒸汽產(chǎn)生部分，其包括(a)用于將供水預(yù)熱到低于其沸點(diǎn)的溫度的預(yù)熱器區(qū)域；(b)預(yù)熱器區(qū)域下游的鍋爐區(qū)域，用于煮沸預(yù)熱的供水以產(chǎn)生蒸汽；及(c)鍋爐區(qū)域下游的過熱器區(qū)域，用于使蒸汽過熱；及(2)傳熱流體部分，其包括用于加熱傳熱流體的第一太陽輻射吸收裝置且被配置成將來自加熱的傳熱流體的熱傳遞到鍋爐區(qū)域中的供水。預(yù)熱器區(qū)域和過熱器區(qū)域中的一個(gè)或另一個(gè)包括用于直接加熱供水或蒸汽的另外的太陽輻射吸收裝置，或其中預(yù)熱器區(qū)域和過熱器區(qū)域中的每一個(gè)包括用于分別直接加熱供水和蒸汽的另外的太陽輻射吸收裝置。
文檔編號(hào)F22B1/00GK102859190SQ201180018719
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2011年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月19日
發(fā)明者基思·戴維斯, 大衛(wèi)·本特 申請(qǐng)人:道康寧公司