專利名稱：塔式太陽能發(fā)電廠的節(jié)能裝置及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于中央接收器的太陽能發(fā)電廠的相關(guān)技術(shù)，用于電力的生產(chǎn)及其過程中產(chǎn)生的熱量。更具體的說，就是指太陽能接收器塔式發(fā)電站，不僅有飽和蒸汽式的太陽能接收器，也有過熱蒸汽式的接收器。
背景技術(shù)：
太陽能聚光系統(tǒng)(“SCS”)是通過聚集太陽能的輻射，并將這些熱能用于提高工作流體的溫度，無論是在工業(yè)生產(chǎn)過程中還是在電能開發(fā)過程中。
在SCS中，可以發(fā)現(xiàn)塔式中央接收器系統(tǒng)，太陽輻射通過定日鏡場被聚集到位于塔頂端的接收器上，也是在此處通過吸收工作流體的熱量進行熱能轉(zhuǎn)換。塔式中央接收器技術(shù)的第一種方法被定義在1974年的專利US3924604中；其中對接收器作如下描述，外置型，有管子分布在塔的中軸線周圍，接收器位于塔的頂部，在圓形的定日鏡場中心位置。之后在1983年，通過專利US4400946描述了一個塔式太陽能聚光發(fā)電廠的新型配置，該配置提出在接收器中使用蒸汽產(chǎn)能，接收器布置在塔的圓周形的圓環(huán)上；自此以后，陸續(xù)公布了其他與此技術(shù)相關(guān)的專利，都在不斷尋找該系統(tǒng)不同要素和過程的優(yōu)化方案，如于2005年和2008年發(fā)布的專利US6911110和W02008118980。設(shè)計一個太陽能接收器需要考慮到的最重要因素之一就是熱能損失。根據(jù)設(shè)計上的不同，塔式太陽能聚光接收器中熱能損失估計可達10%-20%。這些損失可能是兩種類型，由于福射造成的熱損失和由于對流造成的熱損失。由于福射產(chǎn)生的熱損失，同時可能會成為材料反射和材料發(fā)熱的熱損失。為了提高太陽能聚光系統(tǒng)的效率，在現(xiàn)有的技術(shù)中往往需要拓展不同方面的應用，從而對接收器中循環(huán)的水進行預熱。文件WO 2009/044622A1中描述的是一種對水進行預熱的形式，在其進入到接收器之前，通過暴露在太陽輻射下的管道使水進行循環(huán)。文件WO 2008/154599A1也是描述了一種對水進行預熱的形式，使水通過一些電預熱器從而在其進入上述太陽能發(fā)電廠的回路之前提升溫度。兩種解決方案都是在進入到太陽能接收器通路之前，通過預熱水或者傳熱流體來提高系統(tǒng)效率的例子，其目的是在接收器輸出口處得到更高的溫度，渦輪機的效能更高，從而就能提升了系統(tǒng)的效能。但是二者的發(fā)展都是用新能源對水進行預熱。在第一種情形下是通過太陽光線對水進行預熱，這就意味著需要一個很大的地表面積，從而能夠容納這些管路，但不需要提升接收器的高度。在第二種情形下，使用電阻對水進行預熱，也就是說，發(fā)電廠產(chǎn)能的一部分用于預熱水，也就意味著由于這種自身的電力消耗，會對發(fā)電廠的效率產(chǎn)生影響。 因此，本發(fā)明的目的在于提供一個系統(tǒng)，在水進入接收器之前對其進行預熱，但是卻不同于已有的技術(shù)，因為使用的是接收器本身的熱損失來預熱循環(huán)水，從而提升了發(fā)電廠的效率。

發(fā)明內(nèi)容
以下發(fā)明包括一個塔式太陽能接收器發(fā)電系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中通過在接收器的頂端安裝一個節(jié)能裝置將損失的熱量回收。為了提高塔上接收器的效率，無論是飽和型蒸汽還是過熱型蒸汽，都設(shè)計了一套節(jié)能裝置系統(tǒng)。節(jié)能裝置收集來自接收器的熱損失，這些熱損失是由接收器材 料本身的發(fā)光或者發(fā)熱產(chǎn)生的對流，反射亦或是輻射造成的。節(jié)能裝置包含一個熱交換器，流體(最好是水)在此進行循環(huán)，加熱器的作用是對上述流體進行預熱。節(jié)能裝置放置在接收器的頂部，從而能夠利用從接收器中因熱損失而放出的熱量。由于使用了該熱量，在節(jié)能裝置中就可以對上述流體進行預熱，直至達到所需要的溫度。若流體指的是水，則溫度必須能使其進入鍋爐中。鍋爐中的水必須直接進入到飽和型蒸汽接收器中。從飽和蒸汽型接收器中出來的水可以直接進入到渦輪機中，或者說，如果還有過熱型蒸汽接收器，就先進入過熱型蒸汽接收器，之后再進入到渦輪機中。還存在一個利用飽和型蒸汽接收器損失的熱能的節(jié)能裝置，和上述操作方式相同，可以安裝在過熱型蒸汽接收器上，若存在這一裝置，則其目的是一樣的，就是為了在進入鍋爐之前給水加熱。通過上述方法，根據(jù)接收器不同的熱損失和幾何形狀，可以增加8-16%的循環(huán)效率，無論是在飽和型蒸汽接收器還是在過熱型蒸汽接收器中。與熱能再循環(huán)利用比例相對應的是高壓節(jié)能裝置。一個高壓節(jié)能裝置需要在高于90bar的壓力下工作，節(jié)能裝置從而取代了傳統(tǒng)發(fā)電廠現(xiàn)有的高壓加熱器。如果損失的熱量不足以提高流體(最好是水)的溫度使其達到需要的值時，可以再安裝一個輔助節(jié)能裝置。輔助節(jié)能裝置包含一個同樣安裝在塔頂端的高壓加熱器。在這一節(jié)能裝置中需要使用蒸汽，也就是說，在進入渦輪機之前提取一部分的蒸汽，在熱交換器中，使用此蒸汽來提高供應到接收器中流體的溫度。該輔助節(jié)能裝置的排水系統(tǒng)直接導向鍋爐，利用一個小的泵或者帶有管道的脫氣裝置從塔的最高端導向鍋爐。通過這一太陽能塔的設(shè)計，以及使用熱損失帶來熱量的節(jié)能裝置，從而可以顯著提高系統(tǒng)效率，其原因主要有兩點一是對進入接收器的流體進行預熱，二是利用了熱損失的熱量。


為了完成這一描述，以及幫助更好的理解本發(fā)明，附上一組附圖，這些附圖起到說明性的作用，但對內(nèi)容無限定作用，表述如下圖I為包含節(jié)能裝置的蒸汽循環(huán)系統(tǒng)；圖2為平放在接收器上的節(jié)能裝置；圖3為以捆扎形式放置在接收器上的節(jié)能裝置。出現(xiàn)在附圖中的參考標記代表了以下元件(I)供給泵
(2)節(jié)能裝置(3)接收器(4)輔助節(jié)能裝置(5)鍋爐(6)蒸汽到渦輪機的出口或者是到過熱型蒸汽接收器的出口(7)脫氣裝置出口
(8)接收器墻體(9)太陽光線
具體實施例方式為了更好的理解本發(fā)明，接下來將根據(jù)一個優(yōu)選實施方案描述塔式太陽能接收器的太陽能節(jié)能裝置，在該方案中，接收器內(nèi)循環(huán)的流體是指水。首先，如圖I所示，回路中包含了一些供給泵1，這些供給泵用于向接收器3提供已經(jīng)進行過預熱的水。在供給泵I的出口處，過冷水(大約在110° C)被提升的到塔的頂部。這些水在節(jié)能裝置2中進行循環(huán)。在節(jié)能裝置2 (在一個優(yōu)選實施方案中被放置在接收器3的頂端)中，110° C的水通過接收器3損失的熱能得以加熱。從節(jié)能裝置2中出來的水會直接進入鍋爐5。鍋爐5的出口連接到飽和型接收器3的入口，因而此時進入到接收器3中的水的溫度已經(jīng)得到了提升。從飽和型蒸汽接收器3中出來的飽和蒸汽6，如果不希望其過熱則被直接送到渦輪機中，或者可以送到過熱型蒸汽接收器中，之后再進入到渦輪機中。可能會發(fā)生這一情況，即損失的熱能不足以達到進入鍋爐5所需要的溫度，這樣的話，供給泵I就會將部分上述的水送到輔助節(jié)能裝置4中，該輔助節(jié)能裝置與第一節(jié)能裝置2安裝在同一平行的位置。輔助節(jié)能裝置4包含位于塔頂部的一個高壓交換器或加熱器中。上述熱交換器用于循環(huán)蒸汽，也就是說從渦輪機中提取蒸汽，然后用于向供給水傳遞熱量，在進入鍋爐5之前提升其溫度。通過兩個節(jié)能裝置2，4中任意一個得到預熱的水都會流入鍋爐5中，然后再流向接收器3。如圖2所示，根據(jù)一個優(yōu)選實施方案，節(jié)能裝置2的幾何形狀，包含一個管路組成的面板，在接收器3上帶有或者不帶散熱片，形成了一個平面。還可以是管子捆扎的形式進行裝配，如圖3所示。因此由熱損失產(chǎn)生的熱量會在接收器腔體中上升，然后將冷水加熱。該節(jié)能裝置2帶有一個吸收率高于O. 9的特殊涂層，可以接收到所有的熱量，也可以由鋼材料構(gòu)成。該節(jié)能裝置系統(tǒng)，如圖2和3所示，被安裝在接收器3的頂部，因此熱損失放出的熱量，無論是由于接收器傳導材料的輻射，對流還是反射引起的，都能被節(jié)能裝置2捕獲?？梢栽陲柡托驼羝邮掌饕约斑^熱型蒸汽接收器上安裝一個節(jié)能裝置，也就是說在同一個塔上可以存在節(jié)能裝置和接收器，不管是哪一種類型的。
盡管該系統(tǒng)是設(shè)計應用于塔式太陽能接收器，但是不排除應用于其他 需要類似特征的工業(yè)領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種塔式太陽能發(fā)電廠的節(jié)能裝置，該塔式太陽能發(fā)電廠由定日鏡場組成，將太陽輻射發(fā)射并導向位于塔頂部的一個或多個接收器上，從而使接收器上的流體被加熱，其特征在于，上述節(jié)能裝置(2)吸收來自接收器(3)熱損失放出的熱量，用來對其內(nèi)部循環(huán)的流體進行預熱，之后被送入到接收器(3)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的塔式太陽能發(fā)電廠的節(jié)能裝置，其特征在于，節(jié)能裝置(2)位于接收器(3)上，從而使熱損失產(chǎn)生的熱量通過接收器(3)的腔體上升，加熱節(jié)能裝置(2)，然后加熱在其內(nèi)部循環(huán)的流體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的塔式太陽能發(fā)電廠的節(jié)能裝置，其特征在于，節(jié)能裝置(2)是由管子組成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的塔式太陽能發(fā)電廠的節(jié)能裝置，其特征在于，管子的安排是平放著的。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的塔式太陽能發(fā)電廠的節(jié)能裝置，其特征在于，管子是以捆扎的形式安放的。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的塔式太陽能發(fā)電廠的節(jié)能裝置，其特征在于，管子設(shè)置有散熱片。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的塔式太陽能發(fā)電廠的節(jié)能裝置，其特征在于，節(jié)能裝置(2)帶有一個吸收率高于O. 9的特殊的涂層，可以接收到所有的熱量。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的塔式太陽能發(fā)電廠的節(jié)能裝置，其特征在于，在第一節(jié)能裝置(2)平行的位置安裝了一個輔助節(jié)能裝置(4)，輔助節(jié)能裝置(4)安裝在塔頂?shù)奈恢茫谒鲚o助節(jié)能裝置(4)中循環(huán)蒸汽，并將熱量傳遞給接收器(3)的供給流體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的塔式太陽能發(fā)電廠的節(jié)能裝置，其特征在于，輔助節(jié)能裝置(4)包含了一個高壓交換器或加熱器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的塔式太陽能發(fā)電廠的節(jié)能裝置，其特征在于，在輔助節(jié)能裝置(4)中循環(huán)的是新鮮蒸汽(從渦輪機中提取的蒸汽)。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的塔式太陽能發(fā)電廠的節(jié)能裝置，其特征在于，流體選用的是水。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的塔式太陽能發(fā)電廠的節(jié)能裝置，其特征在于，在節(jié)能裝置(2)和接收器(3)中間放置了一個鍋爐(5)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8和11所述的塔式太陽能發(fā)電廠的節(jié)能裝置，其特征在于，在兩個節(jié)能裝置(2，4)的出口以及接收器(3)之間放置了一個鍋爐(5)。
14.如上述權(quán)利要求所述的具有節(jié)能裝置的太陽能發(fā)電廠的操作方法包含以下階段 -供給泵(I)將過冷流體(大約在110° C)提升到塔的頂端，過冷流體在此處節(jié)能裝置(2)內(nèi)循環(huán)預熱； -從節(jié)能裝置(2)中出來的流體被輸送到接收器(3)中，以使得進入接收器(3)的流體處于較高的溫度； -從接收器(3)中出來的蒸汽(6)被直接送到渦輪機中，如果是過熱型蒸汽接收器，或者如果是來自飽和型蒸汽接收器，則不需要過度加熱。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的具有節(jié)能裝置的太陽能發(fā)電廠的操作方法，其特征在于，節(jié)能裝置(2)吸收來自熱損失熱量不足以到達進入鍋爐(5)所需要的溫度時，供給泵(I)將把部分流體輸送到輔助節(jié)能裝置(4)中，從而提升供給流體的溫度，經(jīng)過任意一個節(jié)能裝置(2，4)預熱的流體都會被送到接收器(3)中。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的具有節(jié)能裝置的太陽能發(fā)電廠的操作方法，其特征在于，供給的流體是水。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的具有節(jié)能裝置的太陽能發(fā)電廠的操作方法，其特征在于，從節(jié)能裝置(2)中流出的水被輸送到鍋爐(5)中，鍋爐的出口與接收器(3)的入口相連。
18.根據(jù)權(quán)利要求15和16所述的具有節(jié)能裝置的太陽能發(fā)電廠的操作方法，其特征在于，從輔助節(jié)能裝置(4)中流出的水被輸送到鍋爐(5)中，鍋爐的出口與接收器(3)的入口相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種塔式太陽能發(fā)電廠的節(jié)能裝置及其操作方法，該發(fā)電廠的目的是利用來自塔式太陽能接收器(3)產(chǎn)生的熱損失中的熱能，來預熱供給到飽和式蒸汽太陽能接收器或者過熱式蒸汽太陽能接收器中的流體。當節(jié)能裝置(2)吸收從熱損失中產(chǎn)生的熱量不足以到達所需要的最低溫度時，就需要使用輔助節(jié)能裝置(4)來吸收新鮮蒸汽(在進入渦輪機之前)，提升供給到接收器(3)中水的溫度。
文檔編號F24J2/07GK102918333SQ201180023394
公開日2013年2月6日 申請日期2011年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月16日
發(fā)明者R·奈比歐·吉拉伯爾特, J·M·門德茲·馬科斯, J·多明格斯·羅德里格斯, L·塞拉諾·加利亞爾 申請人:阿文戈亞太陽能新技術(shù)公司