儲(chǔ)熱系統(tǒng)和方法
【專利摘要】日射可以用來將太陽能流體加熱以供在發(fā)電中使用。在相對(duì)較高日射的時(shí)段期間，可以將過熱太陽能流體中的多余焓儲(chǔ)存在儲(chǔ)熱系統(tǒng)中以供在相對(duì)較低日射的時(shí)段期間或需要附加發(fā)電時(shí)的時(shí)間的后續(xù)使用?？梢詫碜赃^熱太陽能流體的焓傳遞至儲(chǔ)熱系統(tǒng)，從而將其中的存儲(chǔ)介質(zhì)加熱，但是可以限制焓傳遞，使得過熱太陽能流體不冷凝或僅部分地冷凝?？梢詫⑷崽柲芰黧w中的剩余焓用于其他應(yīng)用，諸如但不限于使得用于蒸發(fā)太陽能接收機(jī)的太陽能流體預(yù)熱、補(bǔ)充到過熱太陽能接收機(jī)的輸入、工業(yè)應(yīng)用、資源提取和/或燃料產(chǎn)生。
【專利說明】儲(chǔ)熱系統(tǒng)和方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2011年I月3日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/429，288的權(quán)益，其被整體地通過引用結(jié)合到本文中。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本公開一般地涉及使用太陽能日射的能量產(chǎn)生，并且更具體地涉及使用儲(chǔ)熱儲(chǔ)存器的太陽能的儲(chǔ)存。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]日射可以用來將太陽能流體加熱(例如，水或二氧化碳)以供在發(fā)電時(shí)使用(例如經(jīng)由蒸汽渦輪機(jī))。在相對(duì)較高日射的時(shí)段期間，與發(fā)電所需的相比，可能在過熱太陽能流體中存在過量的熱能(即，焓)。相反，在相對(duì)較低日射的時(shí)段期間(例如，云覆蓋或在晚上)，太陽能流體中的焓可能不足以發(fā)電。一般地，在相對(duì)較高日射的時(shí)段期間，可以將多于焓儲(chǔ)存在儲(chǔ)熱系統(tǒng)中(即，充填存儲(chǔ)系統(tǒng))以供后續(xù)使用，例如在相對(duì)較低日射的時(shí)段期間或在需要補(bǔ)充的發(fā)電時(shí)的時(shí)間(例如，在峰值功率時(shí)段期間)。在儲(chǔ)熱系統(tǒng)的充填期間，可以將來自過熱太陽能流體的焓傳遞至儲(chǔ)熱系統(tǒng)從而將其中的存儲(chǔ)介質(zhì)加熱，但是焓傳遞可能是有限的，使得過熱太陽能流體不會(huì)冷凝或僅部分地冷凝。仍留在結(jié)果得到的去過熱(de-superheated)太陽能流體中的j:含可以用于其它應(yīng)用，諸如但不限于使太陽能流體預(yù)熱以用于蒸發(fā)太陽能接收機(jī)、補(bǔ)充到過熱太陽能接收機(jī)中的輸入、家庭或工業(yè)應(yīng)用、資源提取以及燃料產(chǎn)生。
[0005]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，使用日射的發(fā)電方法可以包括在第一操作時(shí)段使用日射在大于大氣壓力的壓力下產(chǎn)生過熱蒸汽，并使用產(chǎn)生的過熱蒸汽的第一部分來驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)從而產(chǎn)生電?？梢詫⑺a(chǎn)生過熱蒸汽的第二部分指引到與第一和第二熱儲(chǔ)存器熱連通的第一熱交換器的第一流動(dòng)路徑中。在指引的同時(shí)，可以使存儲(chǔ)介質(zhì)沿著第一熱交換器的第二流動(dòng)路徑從第一儲(chǔ)存器流動(dòng)至第二儲(chǔ)存器，使得在第一流動(dòng)路徑中產(chǎn)生的過熱蒸汽的第二部分中的焓被傳遞至第二流動(dòng)路徑中的存儲(chǔ)介質(zhì)，從而將存儲(chǔ)介質(zhì)從所述壓力下在水的沸點(diǎn)以下的第一溫度加熱至在水的沸點(diǎn)之上的第二溫度。從第一熱交換器的第一流動(dòng)路徑離開的流體具有在所述壓力下處于或大于水的沸點(diǎn)的溫度，并且離開第一熱交換器的第一流動(dòng)路徑的流體中的至少某些仍保持蒸汽的形式。該方法還可以包括在第二操作時(shí)段使存儲(chǔ)介質(zhì)沿著第一熱交換器的第二流動(dòng)路徑從第二儲(chǔ)存器反向流動(dòng)至第一儲(chǔ)存器，使得第二流動(dòng)路徑中的存儲(chǔ)介質(zhì)中的焓被傳遞至第一熱交換器的第一流動(dòng)路徑中的加壓水，從而產(chǎn)生蒸汽。然后可以使用由所述反向流動(dòng)產(chǎn)生的蒸汽來驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)從而產(chǎn)生電。存儲(chǔ)介質(zhì)可以包括熔鹽和熔融金屬中的至少一個(gè)。第一操作時(shí)段期間的日射水平可以比在第二操作時(shí)段期間大。
[0006]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，一種用于從日射發(fā)電的系統(tǒng)可以包括太陽能收集系統(tǒng)、儲(chǔ)熱系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)、第一熱交換器以及控制系統(tǒng)。可以將該太陽能收集系統(tǒng)構(gòu)造成從日射產(chǎn)生蒸汽。儲(chǔ)熱系統(tǒng)可以包括第一和第二儲(chǔ)熱儲(chǔ)存器。發(fā)電系統(tǒng)可以包括使用蒸汽來發(fā)電且可以耦合到太陽能收集系統(tǒng)從而從那里接收所產(chǎn)生的蒸汽的渦輪機(jī)。第一熱交換器可以將太陽能收集系統(tǒng)和儲(chǔ)熱系統(tǒng)相互熱耦合，使得可以將太陽能收集和儲(chǔ)熱系統(tǒng)中的一個(gè)中的焓傳遞至太陽能收集和儲(chǔ)熱系統(tǒng)中的另一個(gè)?？梢詫⒖刂葡到y(tǒng)配置成控制儲(chǔ)熱系統(tǒng)，使得在第一操作時(shí)段期間，存儲(chǔ)介質(zhì)通過第一熱交換器從第一儲(chǔ)存器流動(dòng)至第二儲(chǔ)存器，從而將蒸汽中的焓經(jīng)由第一熱交換器從太陽能收集系統(tǒng)傳遞至存儲(chǔ)介質(zhì)。還可以將控制系統(tǒng)配置成控制儲(chǔ)熱系統(tǒng)，使得在第二操作時(shí)段期間，存儲(chǔ)介質(zhì)通過第一熱交換器從第二儲(chǔ)存器流動(dòng)到第一儲(chǔ)存器，從而將焓經(jīng)由第一熱交換器從存儲(chǔ)介質(zhì)傳遞至水。該控制系統(tǒng)還可以控制儲(chǔ)熱系統(tǒng)，使得在第一操作時(shí)段期間離開第一熱交換器的蒸汽和存儲(chǔ)介質(zhì)的溫度處于水的沸點(diǎn)或其以上。
[0007]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，太陽能的儲(chǔ)熱方法可以包括在第一時(shí)間期間在第一壓力下將焓從汽相太陽能流體的第一部分傳遞至儲(chǔ)熱介質(zhì)，從而增加儲(chǔ)熱介質(zhì)的溫度。該傳遞可以使得在焓傳遞之后的太陽能流體的所述第一部分的溫度在第一壓力下仍大于或等于所述太陽能流體的沸點(diǎn)溫度?？梢允褂锰柸丈鋪懋a(chǎn)生汽相太陽能流體。
[0008]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，一種充填儲(chǔ)熱系統(tǒng)的方法可以包括執(zhí)行第一熱傳遞過程，由此，焓被從處于第一壓力下的過熱加壓蒸汽傳遞至儲(chǔ)熱介質(zhì)，從而在第一壓力將過熱蒸汽基本上冷卻至其沸點(diǎn)溫度TBP，而不完全使蒸汽冷凝，并且同時(shí)將儲(chǔ)熱介質(zhì)從初始溫度Ts2加熱至目的地溫度Tsi。過熱蒸汽的初始溫度T3可以以AT3超過沸點(diǎn)溫度TBP。儲(chǔ)熱介質(zhì)目的地溫度Tsi可以以AT1超過沸點(diǎn)溫度TBP。儲(chǔ)熱介質(zhì)初始溫度Ts2可以以AT2小于沸點(diǎn)溫度TBP。可以將蒸汽冷卻至溫度T4,處于沸點(diǎn)溫度Tbp或以Λ T4在沸點(diǎn)溫度Tbp以上。八!\與AT3的比可以為至少0.5。
[0009]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，太陽能系統(tǒng)可以包括第一和第二太陽能接收機(jī)、蒸汽分離器皿、熱能存儲(chǔ)系統(tǒng)、第一熱交換器組件以及導(dǎo)管組件?？梢詫⒌谝惶柲芙邮諜C(jī)配置成使用日射來將加壓給水蒸發(fā)。可以將第二太陽能接收機(jī)配置成使用日射來使加壓蒸汽過熱。蒸汽分離器皿可以與第一和第二接收機(jī)中的每一個(gè)流體連通。熱能存儲(chǔ)系統(tǒng)可以包括用于儲(chǔ)熱介質(zhì)的第一和第二儲(chǔ)存器。儲(chǔ)熱介質(zhì)可以選自熔鹽和熔融金屬。第一熱交換器組件可以包括一個(gè)或多個(gè)交換器?？梢詫⒌谝粺峤粨Q器組件配置成使得能夠?qū)崿F(xiàn)熱能存儲(chǔ)系統(tǒng)的充填期間的過熱蒸汽與儲(chǔ)熱介質(zhì)之間以及排放期間的儲(chǔ)熱介質(zhì)與加壓水和/或蒸汽之間的熱傳遞過程。導(dǎo)管組件可以包括一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)管?？梢詫⒃搶?dǎo)管組件配置成將去過熱和至少部分冷凝蒸汽從第一熱交換器組件輸送至蒸汽分離器皿、給水環(huán)路以及與加壓給水熱連通的第二熱交換器組件中的一個(gè)。
[0010]當(dāng)結(jié)合附圖來考慮時(shí)，根據(jù)以下描述，公開主題的實(shí)施例的目的和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]在下文中將參考附圖來描述實(shí)施例，其不一定按比例描繪。在可適用的情況下，未圖示出某些特征以幫助底層特征的圖示和描述。遍及各圖，相似的參考編號(hào)表示相似的元件。
[0012]圖1示出了根據(jù)公開主題的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的太陽能塔系統(tǒng)。[0013]圖2示出了根據(jù)公開主題的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的具有輔助反射器的太陽能塔系統(tǒng)。
[0014]圖3示出了根據(jù)公開主題的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的包括多個(gè)塔的太陽能塔系統(tǒng)。
[0015]圖4示出了根據(jù)公開主題的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的在單個(gè)塔中包括多個(gè)接收機(jī)的太陽能塔系統(tǒng)。
[0016]圖5是根據(jù)公開主題的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的定日鏡控制系統(tǒng)的示意圖。
[0017]圖6A是示出了根據(jù)公開主題的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的用于儲(chǔ)熱系統(tǒng)的儲(chǔ)存器之間的連接的第一布置的簡化圖。
[0018]圖6B是示出了根據(jù)公開主題的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的儲(chǔ)熱系統(tǒng)的儲(chǔ)存器之間的替換連接的簡化圖。
[0019]圖7是圖示出根據(jù)公開主題的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的對(duì)儲(chǔ)熱系統(tǒng)進(jìn)行充填和排放的示例性方法的流程圖。
[0020]圖8是示出了根據(jù)公開主題的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的充填模式期間的太陽能收集系統(tǒng)、儲(chǔ)熱系統(tǒng)以及發(fā)電系統(tǒng)之間的交互的簡化圖。
[0021]圖9是示出了根據(jù)公開主題的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的排放模式期間的太陽能收集系統(tǒng)、儲(chǔ)熱系統(tǒng)以及發(fā)電系統(tǒng)之間的交互的簡化圖。
[0022]圖1OA示出了根據(jù)公開主題的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的用于太陽能收集系統(tǒng)、儲(chǔ)熱系統(tǒng)以及發(fā)電系統(tǒng)的各種部件的第一配置。
[0023]圖1OB示出了根據(jù)公開主題的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的用于太陽能收集系統(tǒng)、儲(chǔ)熱系統(tǒng)以及發(fā)電系統(tǒng)的各種部件的第二配置。
[0024]圖1OC示出了根據(jù)公開主題的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的用于太陽能收集系統(tǒng)、儲(chǔ)熱系統(tǒng)以及發(fā)電系統(tǒng)的各種部件的第三配置。
[0025]圖11示出了根據(jù)公開主題的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的用于太陽能流體的等壓溫度_熱流曲線。
[0026]圖12示出了根據(jù)公開主題的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的用于太陽能流體和儲(chǔ)熱介質(zhì)的溫度-熱流曲線及各種溫度關(guān)系。
【具體實(shí)施方式】
[0027]日射可以被太陽能塔系統(tǒng)用來產(chǎn)生太陽能蒸汽和/或用于將熔鹽加熱。在圖1中，太陽能塔系統(tǒng)可以包括從定日鏡的太陽能場60接收反射聚焦日光10的太陽能塔50(僅在圖1的左側(cè)部分中圖示出單獨(dú)的定日鏡70)。例如，太陽能塔50可以具有至少25米、50米、75米或更高的高度。可以使定日鏡70瞄準(zhǔn)例如太陽能接收系統(tǒng)20，例如系統(tǒng)20的一個(gè)或多個(gè)接收機(jī)的太陽能接收表面。定日鏡70可以調(diào)整其取向以隨著太陽跨越天空移動(dòng)而跟隨太陽，從而繼續(xù)將日光反射到與接收系統(tǒng)20相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)瞄準(zhǔn)點(diǎn)上?？梢詫⒖梢园ㄒ粋€(gè)或多個(gè)單獨(dú)接收機(jī)的太陽能接收系統(tǒng)20安裝在太陽能塔50中或上?？梢詫⑻柲芙邮諜C(jī)構(gòu)造成使用從定日鏡接收到的日射將水和/或蒸汽和/或超臨界蒸汽和/或任何其他類型的太陽能流體加熱。替換地或另外，靶或接收機(jī)20可以包括但不限于光伏組件、蒸汽產(chǎn)生組件(或用于將固體或流體加熱的另一組件)、用于生長生物物質(zhì)(例如用于產(chǎn)生生物燃料)的生物生長組件或被配置成將聚焦日射轉(zhuǎn)換成有用能量和/或功的任何其他靶。
[0028]如圖1所示，可以將太陽能接收系統(tǒng)20布置在塔50的頂部處或附近。在另一實(shí)施例中，可以在塔50的頂部處或附近布置輔助反射器40，如圖2所示。輔助反射器40可以因此從定日鏡60的場接收日射并使日射(例如，通過反射)朝著太陽能接收系統(tǒng)20改向?？梢詫⑻柲芙邮障到y(tǒng)20布置在定日鏡60的場內(nèi)部、定日鏡60的場外面、在地平面處或附近、在另一塔50的頂部處或附近、在反射器50上面或下面或在別處。
[0029]可以提供不止一個(gè)太陽能塔50，每個(gè)在其上面具有各太陽能接收系統(tǒng)，例如，太陽能蒸汽系統(tǒng)。不同的太陽能接收系統(tǒng)可以具有不同的功能。例如，太陽能接收系統(tǒng)中的一個(gè)可以使用反射的太陽能輻射將水加熱以產(chǎn)生蒸汽，同時(shí)太陽能接收系統(tǒng)中的另一個(gè)可以用于使用反射的太陽能輻射使蒸汽過熱。多個(gè)太陽能塔50可以共享公共的定日鏡場60或具有各自的單獨(dú)的定日鏡場?？梢詫⒍ㄈ甄R中的某些構(gòu)造和布置成從而替換地使日射指向不同塔中的太陽能接收系統(tǒng)。另外，可以將定日鏡配置成例如在傾卸(dumping)條件期間指引日射遠(yuǎn)離任何塔。如圖3所示，可以提供兩個(gè)太陽能塔，每個(gè)具有各自的太陽能接收系統(tǒng)。第一塔50A具有第二太陽能接收系統(tǒng)20A，而第二塔50B具有第二太陽能接收系統(tǒng)20B。太陽能塔50A、50B被布置成從而從定日鏡60的公共場接收反射的太陽輻射。在任何給定時(shí)間，可以將定日鏡60的場內(nèi)的定日鏡指弓I到太陽能塔50A、50B中的任何一個(gè)的太陽能接收機(jī)。雖然在圖3中示出了具有各自的太陽能接收系統(tǒng)的僅兩個(gè)太陽能塔，但可以采用任何數(shù)目的太陽能塔和太陽能接收系統(tǒng)。
[0030]可以在太陽能塔上提供不止一個(gè)太陽能接收機(jī)。組合的多個(gè)太陽能接收機(jī)可以形成太陽能接收系統(tǒng)20的一部分。不同的太陽能接收機(jī)可以具有不同的功能。例如，太陽能接收機(jī)中的一個(gè)可以使用反射的太陽能輻射將水加熱以產(chǎn)生蒸汽，而太陽能接收機(jī)中的另一個(gè)可以用于使用反射的太陽能輻射來使蒸汽過熱?？梢詫⒍鄠€(gè)太陽能接收機(jī)布置在同一塔上的不同高度處或同一塔上的不同位置處(例如，不同面，諸如北面、西面等)?？梢詫?0中的定日鏡中的某些構(gòu)造和布置成從而替換地將日射指引到不同的太陽能接收機(jī)。如圖4所示，可以在單個(gè)塔50上提供兩個(gè)太陽能接收機(jī)。太陽能接收系統(tǒng)20因此包括第一太陽能接收機(jī)21和第二太陽能接收機(jī)22。在任何給定時(shí)間，定日鏡70可以瞄準(zhǔn)太陽能接收機(jī)中的一者或兩者或者不是任何一個(gè)接收機(jī)。在某些使用方案中，可以調(diào)整定日鏡70的瞄準(zhǔn)，從而使在塔50處投射的反射射束的質(zhì)心從太陽能接收機(jī)中的一個(gè)(例如，21)移動(dòng)至太陽能接收機(jī)中的另一個(gè)(例如，22)。雖然在圖4中僅示出了兩個(gè)太陽能接收機(jī)和單個(gè)塔，但可以采用任何數(shù)目的太陽能塔和太陽能接收機(jī)。
[0031]可以通過中央定日鏡場控制系統(tǒng)91來控制場60中的定日鏡70，例如，如圖5所示。例如，中央定日鏡場控制系統(tǒng)91可以通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)分級(jí)地與單獨(dú)定日鏡的控制器通信。圖6圖示出包括三個(gè)水平的控制分級(jí)的分級(jí)控制系統(tǒng)91，雖然在其他實(shí)施方式中，可以存在更多或更少水平的分級(jí)，并且在仍其他實(shí)施方式中，整個(gè)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)可以沒有分級(jí)，例如在使用對(duì)等通信協(xié)議的分布式處理布置中。
[0032]在圖示中的控制分級(jí)的最低水平處(即由定日鏡控制器提供的水平)，提供了可編程定日鏡控制系統(tǒng)(HCS) 65，其控制定日鏡(未示出)的雙軸(方位角和俯仰角)移動(dòng)，例如隨著其跟蹤太陽的移動(dòng)。在高水平的控制分級(jí)處，提供了定日鏡陣列控制系統(tǒng)(HACS)92、93，其中的每一個(gè)通過經(jīng)由多點(diǎn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)94跟與那些定日鏡70相關(guān)聯(lián)的可編程定日鏡控制系統(tǒng)65通信來控制定日鏡場96、97中的定日鏡70(未示出)的操作，多點(diǎn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)94采用諸如CAN、設(shè)備網(wǎng)(Devicenet)、以太網(wǎng)等的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。在更高水平的控制分級(jí)處，提供了主控制系統(tǒng)(MCS) 95，其通過經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)94與定日鏡陣列控制系統(tǒng)92、93通信來控制定日鏡場96、97中的定日鏡的操作。主控制系統(tǒng)95還通過經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)94向接收機(jī)控制系統(tǒng)(RCS)99進(jìn)行通信來控制太陽能接收機(jī)(未示出)的操作。
[0033]在圖5中，在定日鏡場96中提供的那部分網(wǎng)絡(luò)94可以基于銅線或光纖連接，并且在定日鏡場96中提供的每個(gè)可編程定日鏡控制系統(tǒng)65可以裝配有有線通信適配器，如主控制系統(tǒng)95、定日鏡陣列控制系統(tǒng)92和有線網(wǎng)絡(luò)控制總線路由器100那樣，其被可選地部署在網(wǎng)絡(luò)94中以更高效地處理到定日鏡場96中的可編程定日鏡控制系統(tǒng)65及其之間的通信業(yè)務(wù)。另外，在定日鏡場97中提供的可編程定日鏡控制系統(tǒng)65借助于無線通信通過網(wǎng)絡(luò)94與定日鏡陣列控制系統(tǒng)93通信。為此，定日鏡場97中的每個(gè)可編程定日鏡控制系統(tǒng)65裝配有無線通信適配器102，如無線網(wǎng)絡(luò)路由器101，其被可選地部署在網(wǎng)絡(luò)94中以更高效地處理到定日鏡場97中的可編程定日鏡控制系統(tǒng)65及其之間的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)。另外，主控制系統(tǒng)95可選地裝配有無線通信適配器(未示出)。
[0034]日射可以可預(yù)測地(例如日變化)和不可預(yù)測地(例如由于云覆蓋、灰塵、日食或其他原因)變化。在這些變化期間，可以將日射減少至不足以將太陽能流體加熱、例如產(chǎn)生蒸汽以供在發(fā)電時(shí)使用的水平。為了補(bǔ)償日射減少的這些時(shí)段或者由于任何其他原因，可以將由日射產(chǎn)生的熱能儲(chǔ)存在基于流體的儲(chǔ)熱系統(tǒng)中以供稍后在需要時(shí)使用。儲(chǔ)熱系統(tǒng)可以在日射一般可用時(shí)儲(chǔ)存能量(即，充填儲(chǔ)熱系統(tǒng))并在稍后除日射之外或作為其替代釋放能量以將太陽流體(例如，水或二氧化碳)加熱。例如，在晚上可能用熱能(即焓)從儲(chǔ)熱系統(tǒng)到太陽能流體的傳導(dǎo)和/或?qū)α鳠醾鬟f來替換由太陽能收集系統(tǒng)中的太陽能流體的日射進(jìn)行的輻射加熱。雖然在本文中使用術(shù)語太陽能流體來指示在太陽能收集系統(tǒng)中加熱的流體，但并不意圖要求實(shí)際上使用太陽能流體來產(chǎn)生功(例如，通過驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī))。例如，在本文中使用的太陽能流體可以將儲(chǔ)存在其中的熱能釋放到另一流體，其又可以用來產(chǎn)生有用功或能量。太陽能流體因此可以充當(dāng)熱傳遞流體或工作流體。
[0035]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，儲(chǔ)熱系統(tǒng)包括至少兩個(gè)單獨(dú)的儲(chǔ)熱儲(chǔ)存器，其可以基本上被隔離以使來自那里的熱損失最小化。儲(chǔ)熱介質(zhì)可以分步在兩個(gè)儲(chǔ)存器之間或其中的一個(gè)中。例如，儲(chǔ)熱介質(zhì)可以是熔鹽和/或熔融金屬和/或其他高溫(即，> 2500C )基本上流體的介質(zhì)?？梢杂脕碜詿峤粨Q器中的太陽能流體的對(duì)流或傳導(dǎo)熱傳遞來將儲(chǔ)熱介質(zhì)加熱。在本文中將焓到儲(chǔ)熱系統(tǒng)中的儲(chǔ)熱介質(zhì)的此凈傳遞稱為對(duì)儲(chǔ)熱系統(tǒng)進(jìn)行充填。在日射減少時(shí)的稍后時(shí)間，可以使熱交換的方向反向以使焓經(jīng)由相同或不同的熱交換器從儲(chǔ)熱介質(zhì)傳遞至太陽能流體。在本文中將來自儲(chǔ)熱系統(tǒng)的儲(chǔ)熱介質(zhì)的焓的此凈傳遞稱為對(duì)儲(chǔ)熱系統(tǒng)進(jìn)行排放。
[0036]每個(gè)儲(chǔ)熱儲(chǔ)存器可以是例如流體儲(chǔ)罐或下級(jí)水池。參考圖6A，示出了具有流體儲(chǔ)罐作為儲(chǔ)熱儲(chǔ)存器的儲(chǔ)熱系統(tǒng)600A?？梢詫⒌谝涣黧w儲(chǔ)罐602視為相對(duì)冷的儲(chǔ)存器，因?yàn)槌涮詈?或排放模式期間的溫度被保持在基本上T。的溫度，其為儲(chǔ)熱系統(tǒng)中的最低溫度。可以將第二流體儲(chǔ)罐606視為相對(duì)熱的儲(chǔ)存器，因?yàn)槌涮詈?或排放模式期間的溫度被保持在基本上Th的溫度，其為儲(chǔ)熱系統(tǒng)中的最高溫度。
[0037]在充填階段期間(在圖中用點(diǎn)劃線示出的流動(dòng)方向)，可以將儲(chǔ)熱介質(zhì)從儲(chǔ)熱系統(tǒng)的較冷儲(chǔ)存器傳遞至儲(chǔ)熱系統(tǒng)的較熱儲(chǔ)存器，如圖6A中的方框箭頭所指示的。在排放階段期間(在圖中用點(diǎn)線示出的流動(dòng)方向)，可以使儲(chǔ)熱介質(zhì)的流動(dòng)反向，從而從儲(chǔ)熱系統(tǒng)的較熱儲(chǔ)存器流到較冷儲(chǔ)存器，如圖6A中的方框箭頭所指示的。因此，可以將第一儲(chǔ)存器602中的存儲(chǔ)介質(zhì)在充填階段中經(jīng)由流體導(dǎo)管或管道608傳遞至第二儲(chǔ)存器606并在排放階段期間使其反向。
[0038]在充填或排放模式期間，可以隨著儲(chǔ)熱介質(zhì)在儲(chǔ)存器之間通過而在太陽能流體與儲(chǔ)熱介質(zhì)之間交換焓。流體導(dǎo)管或管道可以經(jīng)由熱交換器與太陽能流體熱連通以允許隨著儲(chǔ)熱流體在儲(chǔ)存器之間的流動(dòng)(即，在儲(chǔ)熱介質(zhì)在去目的地儲(chǔ)存器途中的同時(shí))的焓的傳遞。例如，將第一儲(chǔ)存器602連接至第二儲(chǔ)存器606的導(dǎo)管608可以通過熱交換器604，使得儲(chǔ)熱介質(zhì)可以與太陽能流體交換焓614和616。焓流動(dòng)的方向取決于操作模式，焓在充填階段期間從太陽能流體流到儲(chǔ)熱介質(zhì)且在排放階段期間從儲(chǔ)熱介質(zhì)流到太陽能流體?？梢允沽黧w導(dǎo)管608的各部分絕緣以最小化或至少減少來自那里的熱損失。
[0039]焓614可以對(duì)應(yīng)于太陽能流體的溫度方面的從初始過熱溫度到其沸點(diǎn)溫度的下降，而焓616可以對(duì)應(yīng)于隨著太陽能流體在沸點(diǎn)溫度下改變相的潛熱釋放。如下文所討論的，可以控制焓交換，使得過熱太陽能流體不會(huì)完全冷凝，使得其可以在充填出儲(chǔ)熱系統(tǒng)之后在其他應(yīng)用中使用。在某些實(shí)施例中，可以將在儲(chǔ)熱系統(tǒng)的充填之后將太陽能流體保持在沸點(diǎn)以上的溫度(即，根本沒有冷凝)。在其他實(shí)施例中，可以使太陽能流體的一部分冷凝成液相，同時(shí)其余部分處于沸點(diǎn)或之上的汽相。在充填儲(chǔ)熱系統(tǒng)之后仍留在太陽能流體中的焓可以應(yīng)用于系統(tǒng)內(nèi)的其他通途，諸如但不限于使太陽能流體預(yù)熱、補(bǔ)充太陽能接收機(jī)輸入、家庭或工業(yè)應(yīng)用以及燃料產(chǎn)生或提取。
[0040]圖6A中的流體導(dǎo)管608的特定布置和配置僅僅是出于圖示的目的。根據(jù)一個(gè)或多個(gè)設(shè)想實(shí)施例，還可以有流體導(dǎo)管的布置、數(shù)目以及配置的變化。此類變化在圖6B中示出，其中，在儲(chǔ)熱系統(tǒng)600B的不同儲(chǔ)存器之間提供流體導(dǎo)管628。如圖6A的配置的情況一樣，可以與流體導(dǎo)管熱連通地放置一個(gè)或多個(gè)熱交換器以使得能夠?qū)崿F(xiàn)焓614、616的傳遞。另外，可以并行地提供多個(gè)流體導(dǎo)管，使得可以使在儲(chǔ)存器之間流動(dòng)的流體可以跨多個(gè)導(dǎo)管分布。替換地或另外，可以并行地提供多個(gè)流體導(dǎo)管，但是一個(gè)導(dǎo)管中的流體流動(dòng)與另一導(dǎo)管中的相反。例如，除前向?qū)Ч苤?，還可以在第一儲(chǔ)存器與第二儲(chǔ)存器之間提供返回導(dǎo)管，使得可以使至少某些流體返回至第一儲(chǔ)存器。儲(chǔ)存器之間的凈流量(即，前向?qū)Ч苤械牧髁繙p去反向?qū)Ч苤械牧髁?的方向可以取決于特定操作模式。例如，充填階段中的凈流量可以是從較冷的儲(chǔ)存器到較熱的儲(chǔ)存器且在排放階段中相反。
[0041]可以包括一個(gè)或多個(gè)泵(未示出)以便使儲(chǔ)熱介質(zhì)在儲(chǔ)存器之間移動(dòng)。還可以提供附加流量控制部件，包括但不限于閥、開關(guān)以及流速傳感器。此外，可以提供控制器(例如，參見圖8)?？刂破骺梢钥刂苾?chǔ)熱系統(tǒng)內(nèi)的儲(chǔ)熱流體介質(zhì)?？刂破骺梢园C(jī)械或電部件的任何組合，包括模擬和/或數(shù)字部件和/或計(jì)算機(jī)軟件。特別地，控制器可以與太陽能流體合作地控制存儲(chǔ)介質(zhì)流量以保持儲(chǔ)熱系統(tǒng)內(nèi)的期望溫度分布以獲得最佳(或至少改善的)熱傳遞效率。例如，在充填和/或排放階段期間，可以將第二儲(chǔ)存器保持在太陽能流體的相變溫度(即，特定壓力下的太陽能流體的沸點(diǎn)溫度)以上的溫度TH?？梢詫⒌谝粌?chǔ)存器保持在在儲(chǔ)熱介質(zhì)的熔點(diǎn)以上的溫度Tc以使得儲(chǔ)熱介質(zhì)仍處于基本上流體相從而允許從第一儲(chǔ)存器進(jìn)行的儲(chǔ)熱流體的泵送。另外，第一儲(chǔ)存器的溫度T?？梢栽谔柲芰黧w的相變溫度以下。Th和Tc之間的差可以為至少50°C、100°C、150°C、200°C或更多。
[0042]儲(chǔ)熱系統(tǒng)可以包括根據(jù)特定操作模式和該模式內(nèi)的時(shí)間分布在不同儲(chǔ)熱儲(chǔ)存器之間的儲(chǔ)熱介質(zhì)的總量xt()t。例如，可以將儲(chǔ)熱系統(tǒng)構(gòu)造成容納至少100噸、500噸、1000噸、2500噸、5000噸、10000噸、50000噸或以上的流體總量。在完全排放狀態(tài)下(這可以是在充填階段開始時(shí))，儲(chǔ)熱系統(tǒng)中的儲(chǔ)熱介質(zhì)的分布可以使得基本上所有存儲(chǔ)流體都在冷儲(chǔ)存器中。在完全充填狀態(tài)下(這可以是在排放階段開始時(shí))，儲(chǔ)熱系統(tǒng)中的儲(chǔ)熱介質(zhì)的分布可以使得基本上所有存儲(chǔ)流體都在熱儲(chǔ)存器中。
[0043]在圖7中示出了用于操作與太陽能收集系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)相組合的儲(chǔ)熱系統(tǒng)的方法。該過程在702處開始并前進(jìn)至704。在704處，確定日射是否大于預(yù)定水平。例如，該預(yù)定水平可以是用于太陽能收集系統(tǒng)產(chǎn)生過熱蒸汽以供發(fā)電系統(tǒng)使用的最低水平。另外，704可以涉及基于實(shí)時(shí)或模擬數(shù)據(jù)的預(yù)測。例如，704處的確定可以將即將來臨的將導(dǎo)致日射減少的條件(例如，逼近的云量或薄暮)考慮在內(nèi)，從而允許系統(tǒng)及時(shí)地進(jìn)行調(diào)整以便以對(duì)電力產(chǎn)生的最小(或者至少減少的)影響來補(bǔ)償降低的日射水平。如果存在充足的日射，則該過程可以前進(jìn)至706。
[0044]在706處，使用日射來將太陽能流體加熱以在其中引發(fā)相變，例如通過使液相太陽能流體蒸發(fā)以產(chǎn)生汽相太陽能流體。例如，當(dāng)太陽能流體是水時(shí)，可以使用日射來從加壓水產(chǎn)生蒸汽。此類蒸汽產(chǎn)生可以在兩階段過程中完成，日射的第一階段用于使加壓(例如，在大氣壓力以上的壓力下)水蒸發(fā)成加壓蒸汽且日射的第二階段用于使加壓蒸汽過熱。
[0045]為了從日射產(chǎn)生蒸汽，可以使用如上文相對(duì)于圖1-圖5所述的會(huì)聚太陽能塔系統(tǒng)。可以在至少25巴、50巴、75巴、100巴、125巴、150巴或更大的壓力下向蒸發(fā)太陽能接收機(jī)提供給水。提供給蒸發(fā)接收機(jī)的大部分日射可以用來實(shí)現(xiàn)太陽能流體的相變(對(duì)應(yīng)于相變的潛熱)，與提高太陽能流體的溫度相反(對(duì)應(yīng)于感熱)。因此，雖然太陽能流體的溫度在第一階段期間可以增加(例如，在蒸發(fā)太陽能接收機(jī)中)，但不要求第一階段期間的溫度增加。第二階段(例如，在過熱太陽能接收機(jī)中)進(jìn)一步將汽相太陽能流體的溫度增加例如至少25°C、50°C、75°C、150°C、200°C或以上。在經(jīng)由日射的蒸汽產(chǎn)生之后，該過程可以前進(jìn)至708。
[0046]在708處，可以使用過熱汽相太陽能流體的至少第一部分來產(chǎn)生有用功，例如電的產(chǎn)生。當(dāng)太陽能流體是水時(shí)，可以使用所產(chǎn)生的蒸汽來驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)以獲得有用功，例如以驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。替換地或另外，可以將所產(chǎn)生的蒸汽用于另一有用目的，諸如但不限于化石燃料或生物燃料產(chǎn)生、化石燃料提取或任何其他目的。另外，如上所述，太陽能流體可以將其中的熱能傳遞至另一流體以便由此產(chǎn)生有用功或能量。例如，過熱太陽能流體可以經(jīng)由熱交換器將水加熱以產(chǎn)生然后被用來產(chǎn)生有用功的蒸汽，諸如通過驅(qū)動(dòng)蒸汽渦輪機(jī)。同時(shí)地或隨后，該過程可以前進(jìn)至710。
[0047]在710處，確定是否應(yīng)充填儲(chǔ)熱系統(tǒng)。該確定可以將可用的多余熱能的量和/或儲(chǔ)熱系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)考慮在內(nèi)。例如，在太陽能收集系統(tǒng)啟動(dòng)期間(例如，在早晨幾小時(shí)期間)，可能存在不足以支持發(fā)電和儲(chǔ)熱系統(tǒng)的充填兩者的日射。因此可以將充填延遲直至存在足夠的日射水平為止。在另一實(shí)例中，如果認(rèn)為儲(chǔ)熱系統(tǒng)被完全或適當(dāng)?shù)爻涮睿瑒t充填可能是不必要的。如果需要儲(chǔ)熱系統(tǒng)的充填，則該過程可以前進(jìn)至712。否則，該過程返回至704以進(jìn)行重復(fù)。[0048]在712處，可以將加壓加熱太陽能流體的至少第二部分(即，不同于第一部分的第二部分)指引至與儲(chǔ)熱系統(tǒng)熱連通的一個(gè)或多個(gè)熱交換器。同時(shí)地或隨后，該過程可以前進(jìn)至714，在那里促使儲(chǔ)熱介質(zhì)在儲(chǔ)熱系統(tǒng)中流動(dòng)。特別地，儲(chǔ)熱介質(zhì)可以從第一儲(chǔ)存器(即，冷儲(chǔ)存器)通過熱交換器流到第二儲(chǔ)存器(即，熱儲(chǔ)存器)。同時(shí)地或隨后，該過程可以前進(jìn)至716，在那里，太陽能流體中的焓借助于熱交換器被傳遞至流動(dòng)的儲(chǔ)熱介質(zhì)。
[0049]當(dāng)太陽能流體是水時(shí)，過熱加壓蒸汽可以在一端處進(jìn)入熱交換器。蒸汽可以過熱至少50°C、75°C、100°C、125°C、150°C、200°C或以上。隨著太陽能流體與儲(chǔ)熱介質(zhì)交換焓，過熱太陽能流體的溫度可以下降。然而，調(diào)節(jié)焓交換，使得太陽能流體不會(huì)冷凝或者不會(huì)下降到太陽能流體的沸點(diǎn)溫度以下。因此，焓交換不涉及太陽能流體的液相的任何感熱。而是，焓交換是由于太陽能流體的汽相的感熱和/或太陽能流體的相變潛熱而引起的。在某些實(shí)施例中，可以使用太陽能流體的相變的潛熱的部分收獲來充填儲(chǔ)熱介質(zhì)。例如，太陽能流體的相變潛熱的至多80 %、70 %、60 %、50 %、40 %、30 %、20 %或以下被用來提高儲(chǔ)熱介質(zhì)的溫度。在其他實(shí)施例中，所有焓交換是由于太陽能流體的汽相的感熱而引起的。
[0050]離開熱交換器的可以是加壓液相和汽相太陽能流體或剛剛?cè)ミ^熱的加壓汽相太陽能流體的混合物。離開的太陽能流體仍是主要被加壓的，并且仍留在太陽能流體中的焓因此可以被用于附加目的。例如，可以將去過熱蒸汽指引至另一熱交換器以便將加壓給水加熱以便供應(yīng)到蒸發(fā)太陽能接收機(jī)。在另一實(shí)例中，可以將加壓水和蒸汽的混合物指引到蒸汽分離鼓以將蒸汽從水分離。然后可以將分離的蒸汽指引到過熱太陽能接收機(jī)以用于進(jìn)一步加熱，同時(shí)可以將加壓水指引到蒸發(fā)太陽能接收機(jī)以用于轉(zhuǎn)換到蒸汽。將去過熱蒸汽指引到蒸汽分離鼓還可以充當(dāng)使給水預(yù)熱的方式，即通過增加離開鼓的水的溫度。在仍另一示例中，可以將加壓水和蒸汽的混合物指引到蒸發(fā)太陽能接收機(jī)的再循環(huán)回路。在仍另一示例中，在一個(gè)或多個(gè)工業(yè)目的中使用去過熱蒸汽，諸如化石燃料產(chǎn)生或化石燃料提取。
[0051]如果在704處確定存在不足的日射，則過程前進(jìn)至718。在718處，可以將來自太陽能流體源的太陽能流體指引到熱交換器。例如，當(dāng)太陽能流體是水時(shí)，泵可以將水從給水源加壓至熱交換器。另外或替換地，可以將從渦輪機(jī)輸出的水指引到熱交換器。同時(shí)地或隨后，過程可以前進(jìn)至720，在那里儲(chǔ)熱介質(zhì)在儲(chǔ)熱系統(tǒng)中反向流動(dòng)。特別地，儲(chǔ)熱介質(zhì)可以從第二儲(chǔ)存器(即，熱儲(chǔ)存器)通過熱交換器流到第一儲(chǔ)存器(即，冷儲(chǔ)存器)。同時(shí)地或隨后，該過程可以前進(jìn)至722，在那里流動(dòng)的儲(chǔ)熱介質(zhì)中的焓借助于熱交換器被傳遞至太陽能流體。當(dāng)太陽能流體是水時(shí)，加壓水可以在一端處進(jìn)入熱交換器并作為過熱蒸汽在另一端處離開熱交換器。被流動(dòng)的儲(chǔ)熱介質(zhì)在從第二儲(chǔ)存器到第一儲(chǔ)存器的前進(jìn)中損失的焓被傳遞至加壓水以實(shí)現(xiàn)其相變和過熱。該過程然后前進(jìn)至724，在那里，可以使用來自熱交換器的加熱太陽能流體來產(chǎn)生有用功，例如電的產(chǎn)生。當(dāng)太陽能流體是水時(shí)，可以使用來自熱交換器的蒸汽來驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)以獲得有用功，例如以驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。此類電力產(chǎn)生可以持續(xù)至儲(chǔ)熱系統(tǒng)被完全排放為止，即當(dāng)儲(chǔ)熱介質(zhì)的一大部分位于第一儲(chǔ)存器中時(shí)。該過程可以返回至704以進(jìn)行重復(fù)。
[0052]參考圖8-圖9，示出了太陽能收集系統(tǒng)、儲(chǔ)熱系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)的交互的簡化圖。特別地，圖8示出了充填階段期間的系統(tǒng)設(shè)置及熱和流體的一般流動(dòng)，而圖9示出了排放階段期間的系統(tǒng)設(shè)置及熱和流體的一般流動(dòng)。在圖8-圖9中，粗箭頭表示日射或焓形式的能量傳遞；點(diǎn)線箭頭表示較低焓階段中的太陽能流體的流動(dòng)，例如，水；并且點(diǎn)劃線箭頭表示較高焓階段中的太陽能流體的流動(dòng)，例如蒸汽。雖然將相對(duì)于作為太陽能流體的水來討論圖8-圖9，但應(yīng)理解的是根據(jù)一個(gè)或多個(gè)設(shè)想實(shí)施例，還可以使用其他太陽能流體。
[0053]太陽能收集系統(tǒng)802可以接收日射并使用該日射來使經(jīng)由輸入線路822接收到的加壓水蒸發(fā)。結(jié)果得到的蒸汽可以經(jīng)由輸出線路804從太陽能收集系統(tǒng)802輸出(可以使用日射在太陽能收集系統(tǒng)802中進(jìn)一步將其過熱)。可以將蒸汽分離成至少兩個(gè)部分:被指定為用于儲(chǔ)熱的第一部分和被指定為用于發(fā)電的第二部分。第一和第二部分的相對(duì)比例可以基于多種因素，包括但不限于所產(chǎn)生蒸汽中的焓的量、當(dāng)前的電力需求、當(dāng)前的電定價(jià)以及預(yù)測日射條件。可以提供用于調(diào)節(jié)太陽能收集系統(tǒng)802、儲(chǔ)熱系統(tǒng)812、發(fā)電系統(tǒng)816、一個(gè)或多個(gè)熱交換器810和/或其他系統(tǒng)或流量控制部件(未示出)的操作的控制系統(tǒng)824。例如，可以將控制系統(tǒng)配置成執(zhí)行圖7中所示的方法或在本文中公開的其他方法。
[0054]可以將蒸汽的第一部分經(jīng)由線路808指引到發(fā)電系統(tǒng)816中。發(fā)電系統(tǒng)816可以在818處使用蒸汽的第一部分來產(chǎn)生電和/或其他有用功?？梢栽诎l(fā)電過程中使蒸汽凝結(jié)以產(chǎn)生水，可以經(jīng)由線路820將其指引回到太陽能收集系統(tǒng)802的進(jìn)水線路822以用于產(chǎn)生蒸汽時(shí)的后續(xù)使用。同時(shí)，可以經(jīng)由輸入線路806將蒸汽的第二部分指引到熱交換器810。熱交換器810與儲(chǔ)熱系統(tǒng)812熱連通。經(jīng)由輸入線路806進(jìn)入熱交換器810的蒸汽向儲(chǔ)熱系統(tǒng)812釋放焓(經(jīng)由傳導(dǎo)和/或?qū)α?。然而，調(diào)節(jié)焓傳遞，使得由蒸汽釋放的焓的量不足以完全使蒸汽冷凝。因此可以在熱交換器810中在熱交換器810內(nèi)的蒸汽的給定壓力下將蒸汽的溫度降低至在蒸汽的沸點(diǎn)溫度或其以上的溫度。太陽能流體因此作為去過熱蒸汽和/或蒸汽和水的混合物離開熱交換器810。可以將去過熱蒸汽和/或水用于后續(xù)過程，諸如用于太陽能收集系統(tǒng)802的蒸發(fā)太陽能接收機(jī)的水的預(yù)熱、補(bǔ)充用于太陽能收集系統(tǒng)802的過熱太陽能接收機(jī)的蒸汽輸入、化石燃料或生物燃料產(chǎn)生、化石燃料提取、家庭或工業(yè)加熱和/或任何其他設(shè)想過程。
[0055]當(dāng)日射不足或不存在時(shí)，用于對(duì)儲(chǔ)熱系統(tǒng)進(jìn)行充填的圖8的設(shè)置可以轉(zhuǎn)換成用于對(duì)儲(chǔ)熱系統(tǒng)812進(jìn)行排放的圖9的設(shè)置。與圖8相反，圖9中的給水的方向是反向的，使得水經(jīng)由線路826被輸入到一個(gè)或多個(gè)熱交換器810中。圖9中的焓流動(dòng)的方向也是反向的，使得熱被從儲(chǔ)熱系統(tǒng)812傳遞(經(jīng)由傳導(dǎo)和/或?qū)α?至熱交換器810以將從其中流過的加壓水加熱。熱交換器中的水因此經(jīng)歷相變并在線路806處作為蒸汽(例如，過熱蒸汽)從熱交換器810出現(xiàn)?？梢越?jīng)由線路808將蒸汽提供給發(fā)電系統(tǒng)816以供在818處的發(fā)電使用。在排放期間，太陽能收集系統(tǒng)802可以隨著日射條件允許而繼續(xù)產(chǎn)生蒸汽(經(jīng)由線路804)，從而補(bǔ)充來自熱交換器810的蒸汽產(chǎn)生。
[0056]圖1OA圖示出儲(chǔ)熱系統(tǒng)812的充填和排放期間的圖8_圖9的系統(tǒng)的各種部件。在圖1OA中，用點(diǎn)劃線箭頭來表示充填階段期間的流體流動(dòng)，同時(shí)用點(diǎn)線箭頭來表示排放階段期間的流體流動(dòng)。實(shí)線箭頭表示無論儲(chǔ)熱系統(tǒng)正在充填還是排放都可以保持相同的流體流動(dòng)。太陽能收集系統(tǒng)802可以包括第一太陽能接收機(jī)1002(即，蒸發(fā)太陽能接收機(jī))和第二太陽能接收機(jī)1008( S卩，過熱太陽能接收機(jī))。過熱太陽能接收機(jī)可以具有超過蒸發(fā)太陽能接收機(jī)的日射接收容量和/或尺寸的日射接收容量和/或尺寸。例如，用來使過熱太陽能接收機(jī)中的蒸汽過熱的日射的功率(以瓦特為單位)可以超過用來在蒸發(fā)太陽能接收機(jī)中產(chǎn)生蒸汽的日射的功率至少10%、20%、30%或以上。
[0057]處于第一相(例如，加壓液體水或液體水和水蒸氣的加壓混合物)的加壓太陽能流體可以進(jìn)入太陽能接收機(jī)1002。日射可以促使加壓太陽能流體經(jīng)歷到第二相(例如，力口壓蒸汽)的相變?？梢詫⑻柲苁占到y(tǒng)802配置為多回程鍋爐，其中，由給水泵1010經(jīng)由再循環(huán)回路1006來使加壓水和飽和蒸汽的混合物循環(huán)。還可以從給水源1014向太陽能收集系統(tǒng)802提供給水?？梢詫⒅T如蒸汽分離鼓1004的蒸汽分離器皿連接至第一太陽能接收機(jī)1002的出口和再循環(huán)回路1006的進(jìn)口。蒸汽分離器皿可以保證進(jìn)入第二太陽能接收機(jī)1008的加壓飽和蒸汽是基本上無液體的。
[0058]蒸汽進(jìn)入第二太陽能接收機(jī)1008并被進(jìn)一步加熱至少50°C (或至少100°C、150°C或更高)從而產(chǎn)生加壓過熱蒸汽。蒸汽可以處于至少100大氣、160大氣或以上的壓力下。加壓過熱蒸汽的第一部分被發(fā)送到發(fā)電系統(tǒng)816的渦輪機(jī)1024例如以發(fā)電。處在降低溫度和/或壓力下的蒸汽和/或水可以離開渦輪機(jī)1024并返回至太陽能收集系統(tǒng)802以供再使用?？梢蕴峁┱{(diào)節(jié)器和/或冷凝器1022以將來自渦輪機(jī)的輸出轉(zhuǎn)換成加壓水以供太陽能收集系統(tǒng)使用。加壓過熱蒸汽的第二部分被發(fā)送到熱交換器組件810，其可以包括一個(gè)或多個(gè)熱交換器。在熱交換器組件810內(nèi)，使用過熱蒸汽的焓來將儲(chǔ)熱系統(tǒng)812中的儲(chǔ)熱介質(zhì)加熱。
[0059]儲(chǔ)熱系統(tǒng)812中的存儲(chǔ)介質(zhì)可以經(jīng)由熱交換器組件810從第一儲(chǔ)存器1020流到第二儲(chǔ)存器1016。在加壓過熱蒸汽將焓傳遞至儲(chǔ)熱介質(zhì)之后，太陽能流體處于較低熱勢但仍至少部分地處于汽相。例如，離開熱交換器組件810的太陽能流體可以是去過熱蒸汽和/或具有在該壓力下處于太陽能流體的沸點(diǎn)或以上的溫度的蒸汽和加壓水的混合物。在熱交換器組件810內(nèi)，可以使用從蒸汽傳遞至儲(chǔ)熱系統(tǒng)812的焓來將儲(chǔ)熱介質(zhì)從初始溫度加熱至最終目的地溫度。隨著儲(chǔ)熱介質(zhì)被加熱，其在儲(chǔ)存器之間行進(jìn)。例如，通過焓交換進(jìn)行的存儲(chǔ)介質(zhì)的加熱/冷卻可以在存儲(chǔ)介質(zhì)在第一儲(chǔ)存器1020與第二儲(chǔ)存器1116之間的途中時(shí)發(fā)生。
[0060]可以使用一個(gè)或多個(gè)泵1010來傳送熱交換器組件810的太陽能流體輸出以供進(jìn)一步使用，所述泵1010可以是可逆的。例如，可以包括一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)熱交換器的第二熱交換器組件1018可以與熱交換器組件810的太陽能流體輸出熱連通。第二熱交換器組件1018還可以與第一太陽能接收機(jī)1002的再循環(huán)回路1006進(jìn)行熱連通。第一熱交換器組件810的太陽能流體輸出因此可以經(jīng)由第二熱交換器組件1018將焓傳遞至再循環(huán)回路1006中的太陽能流體，因此用于使提供給第一太陽能接收機(jī)1002的太陽能流體預(yù)熱。可以控制通過第二熱交換器組件1018的給水和太陽能流體輸出的流量，使得從太陽能流體輸出至給水的焓的傳遞足以使太陽能流體完全冷凝。例如，當(dāng)太陽能流體輸出是去過熱蒸汽時(shí)，可以調(diào)節(jié)通過第二熱交換器組件的流體流量，使得太陽能流體輸出在第二熱交換器組件中的焓交換之后被冷凝成在其沸點(diǎn)以下的水。此調(diào)節(jié)可以基于輸入去過熱蒸汽與輸入給水之間的溫度差、太陽能收集系統(tǒng)中的相對(duì)流量容量和/或系統(tǒng)操作條件。
[0061]雖然圖1OA示出了在第二熱交換器組件1018的另一側(cè)沿著與太陽能流體相同的方向流動(dòng)的再循環(huán)回路1006中的太陽能流體，這僅僅是為了圖示的簡單起見。實(shí)際上，第一和第二熱交換器組件中的太陽能流體可以在逆流配置、橫流配置或可以增加熱傳遞效率和/或使其最大化的任何其他配置中流動(dòng)。在第二熱交換器組件1018中的焓交換之后，可以使太陽能流體冷凝(即，在太陽能流體的沸點(diǎn)以下的溫度)并沿著輸出線路1026指引到調(diào)節(jié)器1022以供太陽能收集系統(tǒng)再使用。[0062]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)設(shè)想實(shí)施例，還可以有用于熱交換器組件810的太陽能流體輸出的其他用途。例如，可以將太陽能流體輸出指引回到太陽能收集系統(tǒng)以供其中的再使用。在圖1OB中，熱交換器組件810的輸出線路1028被指引到太陽能收集系統(tǒng)的蒸汽分離鼓1004。因此可以將來自第一熱交換器組件810的去過熱蒸汽和/或水重新引入到太陽能收集系統(tǒng)中?？梢栽谡羝蛛x鼓1004內(nèi)將輸出線路1028中的水從輸出線路1028中的蒸汽分離。然后可以將蒸汽連同來自第一太陽能接收機(jī)1002的蒸汽一起指引到第二太陽能接收機(jī)1008以用于過熱，同時(shí)可以將水經(jīng)由再循環(huán)回路1006指引到第一太陽能接收機(jī)1002以用于蒸發(fā)。在圖1OC中，將熱交換器組件810的輸出線路1030指引回到用于再循環(huán)回路1006的用于給水的輸入點(diǎn)以便向第一太陽能接收機(jī)1002供應(yīng)加壓水和/或蒸汽。
[0063]在另一示例(未示出)中，可以指引來自第一熱交換器組件810的太陽能流體輸出以供獨(dú)立于圖1OA-圖1OC中所示的整個(gè)系統(tǒng)的使用。例如，可以將太陽能流體輸出指引到另一熱交換器以供在家庭或工業(yè)加熱中使用。替換地或另外，可以在用于生物燃料的產(chǎn)生的微生物(例如，藻類或細(xì)菌)的培養(yǎng)中使用使用太陽能流體輸出。替換地或另外，可以將太陽能流體輸出用于化石燃料產(chǎn)生和/或提取。替換地或另外，可以在任何其他過程中采用太陽能流體輸出，對(duì)于該過程而言，加壓蒸汽和/或加熱加壓水可能是有用的。
[0064]再次參考圖10A，當(dāng)例如由于低日射條件而需要排放時(shí)，泵1012可以反向從而從給水源1014和/或渦輪機(jī)1024向熱交換器810泵送加壓水。在熱交換器組件810內(nèi)，使用儲(chǔ)熱系統(tǒng)812的儲(chǔ)熱介質(zhì)的焓來將加壓水加熱。儲(chǔ)熱系統(tǒng)812中的存儲(chǔ)介質(zhì)可以經(jīng)由熱交換器組件810從第二儲(chǔ)存器1016流到第一儲(chǔ)存器1020?？梢詫⒔Y(jié)果得到的蒸汽傳送至渦輪機(jī)1024以便例如在發(fā)電時(shí)使用。蒸汽可以處于比一般經(jīng)由日射獲得的更低的壓力下，但處于大約與經(jīng)由日射獲得的相同的溫度下。因此可以將渦輪機(jī)1024配置成使用較低壓力蒸汽。例如，可以將潤輪機(jī)1024設(shè)計(jì)成用于較高通流(swallowing)能力，從而處理增加的蒸汽流速以補(bǔ)償降低的蒸汽壓力。替換地，渦輪機(jī)可以包括用于在較高流速下接收較低壓力蒸汽的附加蒸汽進(jìn)口。渦輪機(jī)可以具有1MW、5MW、10MW、50MW、100MW、250MW、500MW或更高的功率容量。
[0065]雖然在圖1OA-圖1OC中將某些流體流動(dòng)通道指示為充填和排放階段中的公共通道，但還可設(shè)想在排放階段中可以使用在充填階段中未采用的某些通道或附加流動(dòng)通道(未示出)。例如，作為在排放階段期間使加壓水流過第二熱交換器1018以便輸入到第一熱交換器810的替代，旁通線路可以直接從源(例如，調(diào)節(jié)器1022或給水源1014)向第一熱交換器組件810的輸入端提供加壓水。以這種方式，可以避免在充填階段中所使用但在排放階段中被視為無關(guān)的流動(dòng)路徑。
[0066]具有熱交換器810的熱交換過程可以是基本上等壓的過程。例如，熱交換器810中的水/蒸汽的壓力可以小于500巴、400巴、350巴、300巴或以下(但高到足以超過用于超臨界實(shí)施例的臨界點(diǎn)壓力)。參考圖11，示出了用于諸如水的太陽能流體的等壓溫度-熱流曲線。例如，針對(duì)太陽能流體的次臨界點(diǎn)加熱，等壓曲線具有液相部分1106、相對(duì)扁平相變部分1104以及汽相部分1102。在扁平相變部分1104處(其處于太陽能流體的沸點(diǎn)或蒸發(fā)溫度)，焓傳遞對(duì)應(yīng)于太陽能流體的相變潛熱的變化，而液相部分1106或汽相部分1102中的焓傳遞對(duì)應(yīng)于反映為溫度變化的太陽能流體的感熱的變化。增加壓力趨向于增加工作流體的蒸發(fā)溫度并使曲線沿著圖11中的方框箭頭的方向移動(dòng)。這些曲線未按比例描述或以任何特定細(xì)節(jié)的形式。相反，其僅僅是出于說明性目的。
[0067]參考圖12，示出了用于充填階段期間的太陽能流體和儲(chǔ)熱介質(zhì)的溫度-熱流曲線。用曲線1202來表示例如蒸汽的太陽能流體，同時(shí)用曲線1208來表示例如熔鹽的儲(chǔ)熱介質(zhì)。在充填階段中，過熱蒸汽在壓力P和初始溫度T3下進(jìn)入第一熱交換器，其以八1~3的量在沸點(diǎn)溫度Tbp 以上。例如，AT3可以為至少 25°C、50°C、75°C、100°C、125°C、15(rC、20(rC或以上。儲(chǔ)熱介質(zhì)在初始溫度Ts2下進(jìn)入第一熱交換器，其以Λ T2的量在沸點(diǎn)溫度Tbp以下。例如，AT2 可以為至少 10°C、20°C、30°C、40°C、50°C、75°C、100°C、15(rC或以上。
[0068]隨著蒸汽向第一熱交換器中的存儲(chǔ)介質(zhì)損失焓，蒸汽的溫度沿著曲線1202的部分1210下降，而儲(chǔ)熱介質(zhì)的溫度沿著曲線1208增加。針對(duì)曲線1202的部分1210，損失到儲(chǔ)熱介質(zhì)的焓來自于汽相太陽能流體(例如，蒸汽)的感熱。一旦蒸汽的溫度到達(dá)沸點(diǎn)溫度TBP，則其仍是恒定的(對(duì)應(yīng)于曲線1202的部分1204)，同時(shí)儲(chǔ)熱介質(zhì)的溫度沿著曲線1208繼續(xù)增加。針對(duì)曲線1202的部分1204，損失到儲(chǔ)熱介質(zhì)的焓來自于太陽能流體的相變潛熱(例如，蒸汽到水的冷凝)。然而，如上文所討論的，蒸汽并未完全被熱傳遞過程用儲(chǔ)熱介質(zhì)冷凝。替代地，蒸汽至多被部分地冷凝，例如沿著曲線1202的相變部分1204而停在點(diǎn)1212。
[0069]在某些實(shí)施例中，可以調(diào)節(jié)熱傳遞過程，使得不使用任何潛熱部分1204。例如，熱傳遞可以在對(duì)應(yīng)于最終溫度T4的點(diǎn)1206處停止，其以AT4的量在沸點(diǎn)Tbp以上。#的比





ΔΤ3
可以為至多0.5,0.4,0.3,0.2,0.1,0.05或以下。在其他實(shí)施例中，可以調(diào)節(jié)熱傳遞過程，使得通過當(dāng)太陽能流體的溫度第一次達(dá)到沸點(diǎn)溫度Tbp時(shí)停止，不使用任何潛熱部分1204。在仍其他實(shí)施例中，可以調(diào)節(jié)熱傳遞過程，使得使用潛熱部分1204中的某些或全部，但不使用曲線1202的液相部分1214的任`何感熱。太陽能流體可以因此在最終溫度T4(其在沸點(diǎn)溫度TBP或以上)下離開第一熱交換器。儲(chǔ)熱介質(zhì)在以AT1的量在沸點(diǎn)溫度Tbp之上的
最終溫度Tsi離開第一熱交換器。例如，@的比為至少0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.85、
0.9,0.95 或以上，并且 AT1 可以為至少 25°C、50°C、75°C、10(TC、125°C、15(rC、20(rC或以
『I
上。士的比可以為至少 0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.85,0.9,0.95 或以上。
[0070]當(dāng)太陽能流體僅被部分冷凝式，熱傳遞沿著曲線1202的相變部分1204在某個(gè)點(diǎn)1212處結(jié)束。由于相變不不完全的，所以太陽能流體中的某些仍處于汽相(例如，去過熱加壓蒸汽)，而其余部分已被轉(zhuǎn)換成液相(例如，沸點(diǎn)溫度Tpb下的加壓水)。在圖12中，D1可以對(duì)應(yīng)于已被冷凝成液相的那部分太陽能流體，而D2可以對(duì)應(yīng)于仍處于汽相的那部
分太陽能流體。例如，可以小于 0.99,0.9,0.8,0.7,0.6,0.5,0.4,0.3,0.2,0.1 或更小。替換地或另外，可以大于0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7或更大。在一個(gè)特定示例
中，在0.2和0.7之間。隨著增加的值，儲(chǔ)熱介質(zhì)的最終溫度TS1可以更低。
[0071]在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，儲(chǔ)熱系統(tǒng)可以包括控制系統(tǒng)，作為與太陽能收集系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)的共享部件(即，作為整個(gè)系統(tǒng)控制器的一部分)或儲(chǔ)熱系統(tǒng)所特定的單獨(dú)模塊(即，獨(dú)立于其他控制模塊但潛在地與之相交互)?？梢詫⒖刂葡到y(tǒng)配置成調(diào)節(jié)不同儲(chǔ)存器內(nèi)和之間的儲(chǔ)熱介質(zhì)的流動(dòng)。例如，控制系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)儲(chǔ)存器之間的介質(zhì)流動(dòng)的速率、流動(dòng)的定時(shí)、管理儲(chǔ)存器中的介質(zhì)的相對(duì)量的分配參數(shù)或管理系統(tǒng)內(nèi)的儲(chǔ)熱介質(zhì)的分布的任何其他方面?？梢愿鶕?jù)儲(chǔ)存器之間的流動(dòng)路徑的熱傳遞參數(shù)來管理流動(dòng)參數(shù)。例如，流動(dòng)參數(shù)可以至少部分地基于熱交換器的熱傳遞參數(shù)、流過熱交換器的太陽能流體的溫度、流過熱交換器的太陽能流體的流速或影響儲(chǔ)熱系統(tǒng)與太陽能流體之間的熱傳遞的任何其他方面或條件。
[0072]可以將控制系統(tǒng)配置成控制整個(gè)系統(tǒng)的其他方面，包括例如太陽能流體的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)。例如，可以將控制系統(tǒng)配置成調(diào)節(jié)太陽能流體的溫度和/或流速，至少部分地與熱交換器熱連通。此外，控制系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)通過所述一個(gè)或多個(gè)熱交換器的太陽能流體的流動(dòng)，例如以保證太陽能流體在充填期間在與儲(chǔ)熱流體的焓交換之后不會(huì)完全冷凝和/或保證太陽能流體在與輸入到太陽能收集系統(tǒng)的液相太陽能流體的焓交換之后完全冷凝。控制系統(tǒng)可以包括用于實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)的機(jī)械或電部件的任何組合，包括但不限于電動(dòng)機(jī)、泵、閥、模擬電路、數(shù)字電路、軟件(即，存儲(chǔ)在易失性或非易失性計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器或存儲(chǔ)裝置)、一個(gè)或多個(gè)有線或無線計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或用以實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)的任何其他所需部件或部件組合。
[0073]還可以在任何儲(chǔ)熱儲(chǔ)存器或其組合內(nèi)監(jiān)視儲(chǔ)熱介質(zhì)的溫度。還可以監(jiān)視與儲(chǔ)熱系統(tǒng)的熱交換之后的太陽能流體的溫度?？刂葡到y(tǒng)可以根據(jù)這些測量溫度中的一個(gè)或多個(gè)來調(diào)節(jié)流動(dòng)參數(shù)。例如，控制系統(tǒng)可以使用測量溫度并響應(yīng)于此進(jìn)行調(diào)節(jié)以便保證與儲(chǔ)熱系統(tǒng)的熱交換之后的太陽能流體溫度在太陽能流體的沸點(diǎn)溫度或以上?？梢杂帽绢I(lǐng)域中已知的任何設(shè)備來實(shí)現(xiàn)測量。例如，測量可以直接的(例如，使用熱電偶或紅外傳感器)或間接的(例如，測量指示導(dǎo)管或儲(chǔ)存器內(nèi)的流體溫度的位置上的溫度)。
[0074]在本文中公開的講授內(nèi)容可以用于增加間歇性多云時(shí)段的幾天期間的太陽能產(chǎn)生效率、使太陽能電力設(shè)施的發(fā)電和/或收益產(chǎn)生最大化和/或滿足電力傳輸網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的可靠性要求。在一個(gè)非限制性示例中，在白晝小時(shí)期間，(i)通過使加壓液體水經(jīng)受日射來產(chǎn)生亞臨界或超臨界蒸汽；(ii)使用蒸汽的第一部分(例如，在過熱之后)來驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)；以及(iii)使用蒸汽的第二部分來經(jīng)由熱傳導(dǎo)和/或?qū)α鲗?chǔ)熱系統(tǒng)的儲(chǔ)熱流體加熱以充填儲(chǔ)熱系統(tǒng)。在晚上或相對(duì)低日射的其他時(shí)段，使用儲(chǔ)熱系統(tǒng)的焓(即，當(dāng)儲(chǔ)熱系統(tǒng)被排放時(shí))來經(jīng)由較熱儲(chǔ)熱流體與較涼加壓液體水之間的熱傳導(dǎo)和/或?qū)α魇辜訅阂后w水蒸發(fā)和/或過熱。由來自儲(chǔ)熱系統(tǒng)的焓產(chǎn)生的此蒸汽可以用來驅(qū)動(dòng)在白晝小時(shí)期間由主要由日射產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動(dòng)的同一渦輪機(jī)(或任何其他渦輪機(jī))。在某些實(shí)施例中，由儲(chǔ)熱系統(tǒng)的焓驅(qū)動(dòng)的渦輪機(jī)在比單獨(dú)地由日射驅(qū)動(dòng)時(shí)更低的壓力下操作。
[0075]在本文中描述的各種實(shí)施例涉及日射和太陽能。然而，這僅僅是間歇性能量的源的一個(gè)示例。根據(jù)一個(gè)或多個(gè)設(shè)想實(shí)施例，本文中的講授內(nèi)容也可以應(yīng)用于其他形式的間歇性能量。可以用其他能量源來產(chǎn)生蒸汽并用來充填儲(chǔ)熱系統(tǒng)。例如，可以使用化石燃料、電加熱器、核能或任何其他源來產(chǎn)生用于儲(chǔ)熱的蒸汽。雖然本公開的各方面涉及使用日射的蒸汽產(chǎn)生以用于電的產(chǎn)生，但還可設(shè)想可以將在本文中提出的講授內(nèi)容應(yīng)用于將日射轉(zhuǎn)換成加熱工作流體、機(jī)械功以及電中的任何一個(gè)的太陽能熱系統(tǒng)。
[0076]雖然上文討論了具有中心太陽能塔的面板式定日經(jīng)，但本公開的講授內(nèi)容不限于此。例如，可以使用細(xì)長凹槽反射器來實(shí)現(xiàn)用于將工作流體加熱的日射的改向和/或會(huì)聚。
[0077]雖然根據(jù)其中儲(chǔ)存器的數(shù)目為兩個(gè)的特定情況解釋了儲(chǔ)熱系統(tǒng)的各種實(shí)施例，但應(yīng)注意的是根據(jù)一個(gè)或多個(gè)設(shè)想實(shí)施例，還可以使用少于或多于兩個(gè)儲(chǔ)存器。此外，在本文中討論的某些示例涉及用于多階段發(fā)電系統(tǒng)的單階段儲(chǔ)熱系統(tǒng)。然而，在本文中提出的講授內(nèi)容并不受此限制。而是，根據(jù)一個(gè)或多個(gè)設(shè)想實(shí)施例，在本文中提出的講授內(nèi)容可以適用于多階段儲(chǔ)熱系統(tǒng)。此外，雖然已經(jīng)相對(duì)于使用水/蒸汽作為太陽能流體討論了特定示例，但還可設(shè)想也可以使用其他太陽能流體。例如，可以使用鹽水和/或加壓二氧化碳作為太陽能流體。根據(jù)一個(gè)或多個(gè)可設(shè)想實(shí)施例，還可以有其他太陽能流體。另外，雖然相對(duì)于使用熔鹽和/或熔融金屬作為儲(chǔ)熱介質(zhì)討論了特定示例，但可設(shè)想的是也可以使用其他類型的儲(chǔ)熱介質(zhì)。
[0078]將認(rèn)識(shí)到的是可以用硬件、由軟件編程的硬件、存儲(chǔ)在非臨時(shí)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的軟件指令或以上的組合來實(shí)現(xiàn)上述模塊、過程、系統(tǒng)或部分。可以例如使用被配置成執(zhí)行存儲(chǔ)在非臨時(shí)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的編程指令序列的處理器來實(shí)現(xiàn)用于控制儲(chǔ)熱系統(tǒng)、太陽能收集系統(tǒng)和/或發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)。處理器可以包括但不限于個(gè)人計(jì)算機(jī)或工作站或其他此類計(jì)算系統(tǒng)，其包括處理器、微處理器、微控制器器件，或者由包括集成電路的控制邏輯組成，諸如，例如專用集成電路(ASIC)?？梢詮母鶕?jù)諸如Java、C++、C#.net等編程語言提供的源代碼指令來編譯該指令。該指令還可以包括根據(jù)例如Visual Basic語言或另一結(jié)構(gòu)化或面向?qū)ο缶幊陶Z言提供的代碼和數(shù)據(jù)對(duì)象?？梢詫⒕幊讨噶钚蛄泻团c之相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在非臨時(shí)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中，諸如計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器或存儲(chǔ)器件，其可以是任何適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)器設(shè)備，諸如但不限于只讀存儲(chǔ)器(ROM)、可編程序只讀存儲(chǔ)器(PROM)、電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、閃速存儲(chǔ)器、磁盤驅(qū)動(dòng)器等。
[0079]此外，可以將模塊、過程、系統(tǒng)和各部分實(shí)現(xiàn)為單個(gè)處理器或分布式處理器。此外，應(yīng)認(rèn)識(shí)到的是可以在單個(gè)或分布式處理器(單和/或多核)上執(zhí)行在本文中所討論的步驟。并且，在以上實(shí)施例的各種圖中并針對(duì)以上實(shí)施例所描述的過程、模塊以及子模塊可以跨多個(gè)計(jì)算機(jī)或系統(tǒng)分部，或者可以共同位于單個(gè)處理器或系統(tǒng)中。下面提供了適合于實(shí)現(xiàn)在本文中所述的模塊、部分、系統(tǒng)、裝置或過程的示例性結(jié)構(gòu)實(shí)施例替換，但不限于此。可以將在本文中描述的模塊、處理器或系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)為例如編程通用計(jì)算機(jī)、用微代碼編程的電子器件、硬接線模擬邏輯電路、存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)或信號(hào)上的軟件、光學(xué)計(jì)算設(shè)備、電子和/或光學(xué)設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、專用計(jì)算設(shè)備、集成電路器件、半導(dǎo)體芯片以及存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)或信號(hào)上的軟件模塊或?qū)ο?。此外，可以用在編程通用?jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)、微處理器等上執(zhí)行的軟件來實(shí)現(xiàn)公開的方法、系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的實(shí)施例。
[0080]可以在通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)、編程微處理器或微控制器和外圍集成電路元件、ASIC或其他集成電路、數(shù)字信號(hào)處理器、諸如分立元件電路的硬接線電子或邏輯電路、諸如可編程邏輯器件(PLD)的編程邏輯電路、可編程邏輯陣列(PLA)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、可編程陣列邏輯(PAL)器件等上實(shí)施方法和系統(tǒng)(或其子部件或模塊)的實(shí)施例。一般地，可以使用能夠?qū)崿F(xiàn)本文所述的功能或步驟的任何過程來實(shí)現(xiàn)方法、系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品(存儲(chǔ)在非臨時(shí)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的軟件程序)。的實(shí)施例
[0081]此外，可以完全或部分地區(qū)使用例如對(duì)象或面向?qū)ο蟮能浖_發(fā)環(huán)境用軟件來容易地實(shí)現(xiàn)公開的方法、系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的實(shí)施例，所述對(duì)象或面向?qū)ο筌浖_發(fā)環(huán)境提供可以在多種計(jì)算機(jī)平臺(tái)上使用的可移動(dòng)源代碼。替換地，可以部分地區(qū)或完全使用例如標(biāo)準(zhǔn)邏輯電路或超大規(guī)模集成(VLSI)設(shè)計(jì)用硬件來實(shí)現(xiàn)公開的方法、系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的實(shí)施例。根據(jù)系統(tǒng)、特定功能和/或所利用的特定軟件或硬件系統(tǒng)、微處理器或微型計(jì)算機(jī)的速度和/或效率要求，可以使用其他硬件或軟件來實(shí)現(xiàn)實(shí)施例?？梢杂杀绢I(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)在本文中提供的功能描述并用太陽能收集、儲(chǔ)熱、發(fā)電和/或計(jì)算機(jī)編程領(lǐng)域的一般基礎(chǔ)知識(shí)使用任何已知或稍后開發(fā)的系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)、設(shè)備和/或軟件用硬件和/或軟件來實(shí)現(xiàn)所述方法、系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的實(shí)施例。
[0082]在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以將公開的實(shí)施例的特征組合、重新布置、省略等以產(chǎn)生附加實(shí)施例。此外，有時(shí)可以在沒有其他特征的相應(yīng)使用的情況下有利地使用某些特征。
[0083]因此顯而易見的是根據(jù)本公開提供了用于儲(chǔ)熱的系統(tǒng)、方法以及設(shè)備。本公開使得能夠?qū)崿F(xiàn)許多替換、修改以及變更。雖然已經(jīng)詳細(xì)地示出并描述了特定實(shí)施例以舉例說明本發(fā)明的原理的應(yīng)用，但將理解的是在不脫離此類原理的情況下可以另外體現(xiàn)本發(fā)明。因此， 申請(qǐng)人:意圖涵蓋在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有此類替換、修改、等價(jià)物以及變更。
【權(quán)利要求】
1.一種使用日射來發(fā)電的方法，包括: 在第一操作時(shí)段: 使用日射在大于大氣壓力的壓力下產(chǎn)生過熱蒸汽； 使用所產(chǎn)生蒸汽的第一部分來驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)從而產(chǎn)生電； 將所產(chǎn)生蒸汽的第二部分指引到與第一和第二熱儲(chǔ)存器熱連通的第一熱交換器的第一流動(dòng)路徑；以及 在與所述指引相同的時(shí)間，使存儲(chǔ)介質(zhì)沿著第一熱交換器的第二流動(dòng)路徑從第一儲(chǔ)存器流到第二儲(chǔ)存器，使得: 將第一流動(dòng)路徑中所產(chǎn)生的蒸汽的第二部分中的焓傳遞至第二流動(dòng)路徑中的存儲(chǔ)介質(zhì)，從而將存儲(chǔ)介質(zhì)從所述壓力下的小于水的沸點(diǎn)的第一溫度加熱至大于水的沸點(diǎn)的第二溫度， 從第一熱交換器的第一流動(dòng)路徑離開的流體在所述壓力下具有處于或大于水的沸點(diǎn)的溫度，以及 離開第一熱交換器的第一流動(dòng)路徑的流體中的至少某些仍是蒸汽的形式；以及 在第二操作時(shí)段: 使存儲(chǔ)介質(zhì)從第二儲(chǔ)存器沿著第一熱交換器的第二流動(dòng)路徑反向流動(dòng)至第一儲(chǔ)存器，使得第二流動(dòng)路徑中的存儲(chǔ)介質(zhì)中的焓被傳遞至第一熱交換器的第一流動(dòng)路徑中的加壓水，從而產(chǎn)生蒸汽；以及 使用由所述反向流動(dòng)產(chǎn)生的蒸汽來驅(qū)動(dòng)所述渦輪機(jī)，從而產(chǎn)生電， 其中，所述存儲(chǔ)介質(zhì)包括熔鹽和熔融金屬中的至少一個(gè)，并且 第一操作時(shí)段期間的日射水平大于第二操作階段期間的日射水平。
2.權(quán)利要求1的方法，還包括在第一操作時(shí)段: 將離開第一熱交換器的第一流動(dòng)路徑的所述流體指引到與給水線路熱連通的第二熱交換器的第三流動(dòng)路徑；以及 使加壓給水沿著第二熱交換器的第四流動(dòng)路徑流到第一太陽能接收機(jī)，使得第三流動(dòng)路徑中的所述流體中的焓被傳遞至第四流動(dòng)路徑中的給水，從而使給水預(yù)熱。
3.權(quán)利要求2的方法，其中，所述流動(dòng)加壓給水使得第三流動(dòng)路徑中的全部所述流體在焓到第二熱交換器的第四流動(dòng)路徑中的給水的傳遞之后被冷凝成水。
4.權(quán)利要求2的方法，其中，所述給水線路被連接至布置在第一太陽能接收機(jī)與第二太陽能接收機(jī)之間的蒸汽分離鼓的出水口。
5.權(quán)利要求2的方法，其中，所述給水線路是用于第一太陽能接收機(jī)的再循環(huán)回路的一部分。
6.權(quán)利要求1的方法，還包括在第一操作時(shí)段將離開第一熱交換器的第一流動(dòng)路徑的所述流體指引到布置在第一太陽能接收機(jī)與第二太陽能接收機(jī)之間的蒸汽分離鼓。
7.權(quán)利要求1的方 法，還包括在第一操作時(shí)段將離開第一熱交換器的第一流動(dòng)路徑的所述流體指引到輸入給水線路以用于蒸發(fā)太陽能接收機(jī)。
8.權(quán)利要求1的方法，其中，在第一操作時(shí)段，被指引到第一熱交換器的所產(chǎn)生蒸汽的大約全部第二部分以蒸汽的形式離開第一熱交換器的第一流動(dòng)路徑。
9.權(quán)利要求1的方法，其中，在第一和第二操作時(shí)段，第二儲(chǔ)存器中的存儲(chǔ)介質(zhì)具有大于第一儲(chǔ)存器中的存儲(chǔ)介質(zhì)的溫度。
10.權(quán)利要求1的方法，其中，所述第一和第二儲(chǔ)存器是流體儲(chǔ)罐和下級(jí)水池中的一個(gè)。
11.權(quán)利要求1的方法，其中，所述存儲(chǔ)介質(zhì)在第一和第二操作時(shí)段兩者期間在第一和第二儲(chǔ)存器中被保持在液相。
12.權(quán)利要求1的方法，其中，在第一操作時(shí)段產(chǎn)生蒸汽包括使用多個(gè)定日鏡將日射反射到一個(gè)或多個(gè)太陽能接收機(jī)上。
13.—種用于從日射發(fā)電的系統(tǒng),該系統(tǒng)包括: 太陽能收集系統(tǒng)，其被構(gòu)造成從而從日射產(chǎn)生蒸汽； 儲(chǔ)熱系統(tǒng)，其包括第一和第二儲(chǔ)熱儲(chǔ)存器； 發(fā)電系統(tǒng)，其包括使用蒸汽來發(fā)電的渦輪機(jī)，該發(fā)電系統(tǒng)被耦合到太陽能收集系統(tǒng)，從而從那里接收所產(chǎn)生的蒸汽； 第一熱交換器，其用來將太陽能收集系統(tǒng)和儲(chǔ)熱系統(tǒng)相互熱耦合，使得可以將太陽能收集和儲(chǔ)熱系統(tǒng)中的一個(gè)中的焓傳遞至太陽能收集和儲(chǔ)熱系統(tǒng)中的另一個(gè)；以及控制系統(tǒng)，其被配置成控制儲(chǔ)熱系統(tǒng)，使得: 在第一操作時(shí)段， 存儲(chǔ)介質(zhì)從第一儲(chǔ)存器通過第一熱交換器流到第二儲(chǔ)存器，從而經(jīng)由第一熱交換器將蒸汽中的焓從太陽能收集系統(tǒng)傳遞至存儲(chǔ)介質(zhì)，離開第一熱交換器的所有流體的溫度處于水的沸點(diǎn)或其以上；以及 在第二操作時(shí)段，存儲(chǔ)介質(zhì)從第二儲(chǔ)存器通過第一熱交換器流到第一儲(chǔ)存器，從而經(jīng)由第一熱交換器將焓從存儲(chǔ)介質(zhì)傳遞至水。
14.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，還包括第二熱交換器，其被用來將第一熱交換器的蒸汽輸出線路熱耦合到太陽能收集系統(tǒng)的再循環(huán)回路，使得可以將第一熱交換器的輸出線路中的蒸汽的焓傳遞至再循環(huán)回路中的給水。
15.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中，所述第一熱交換器的蒸汽輸出線路被連接至太陽能收集系統(tǒng)的蒸汽分離鼓。
16.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中，所述第一熱交換器的輸出線路被連接至太陽能收集系統(tǒng)的給水輸入端。
17.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中，所述第一和第二儲(chǔ)存器是流體儲(chǔ)罐和下級(jí)水池中的一個(gè)。
18.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中，所述第一和第二儲(chǔ)存器被構(gòu)造成包含熔鹽和熔融金屬中的至少一個(gè)。
19.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中，所述太陽能收集系統(tǒng)包括太陽能接收機(jī)和被配置成將日射反射到太陽能接收機(jī)上的多個(gè)定日鏡。
20.一種太陽能的儲(chǔ)熱方法，該方法包括: 在第一時(shí)間期間，在第一壓力下將焓從汽相太陽能流體的第一部分傳遞至儲(chǔ)熱介質(zhì)，從而增加儲(chǔ)熱介質(zhì)的溫度，該傳遞使得在焓傳遞之后的太陽能流體的所述第一部分的溫度在第一壓力下仍大于或等于所述太陽能流體的沸點(diǎn)溫度， 其中，所述汽相太陽能流體是使用太陽能日射產(chǎn)生的。
21.權(quán)利要求20的方法，還包括在第一時(shí)間期間同時(shí)地使用汽相太陽能流體的第二部分來發(fā)電。
22.權(quán)利要求20的方法，其中，所述太陽能流體是水，并且所述儲(chǔ)熱介質(zhì)是熔鹽或熔融金屬。
23.權(quán)利要求20的方法，還包括: 在第二時(shí)間期間，使用通過排出儲(chǔ)熱介質(zhì)中的焓所產(chǎn)生的汽相太陽能流體來產(chǎn)生電。
24.權(quán)利要求23的方法，其中，所述第一時(shí)間的特征在于相對(duì)高的日射且所述第二時(shí)間的特征在于相對(duì)低的日射。
25.權(quán)利要求20的方法，其中，所述傳遞焓使得使用汽相太陽能流體的少于所有相變潛熱。
26.權(quán)利要求20的方法，其中，在傳遞焓之后，太陽能流體的第一部分中的至少某些仍處于汽相。
27.權(quán)利要求20的方法，還包括，在第一時(shí)間期間: 將焓傳遞之后的太陽能流體的第一部分指引到熱交換器； 進(jìn)一步傳遞來自太陽能流體的第一部分的焓以將熱交換器中的給水加熱；以及 將加熱給水指引到蒸發(fā)太陽能接收機(jī)。
28.權(quán)利要求20的方法，還包括在第一時(shí)間期間將焓傳遞之后的太陽能流體的第一部分指引到蒸發(fā)太陽能接收機(jī)和過熱太陽能接收機(jī)中的一個(gè)。
29.權(quán)利要求20的方法，還包括在第一時(shí)間期間，將焓傳遞之后的太陽能流體的第一部分用于使給水預(yù)熱、化石燃料產(chǎn)生、化石燃料提取、生物燃料產(chǎn)生以及微生物培育中的一個(gè)。
30.一種充填儲(chǔ)熱系統(tǒng)的方法，包括: 執(zhí)行第一熱傳遞過程，由此在第一壓力下將焓從過熱加壓蒸汽傳遞至儲(chǔ)熱介質(zhì)，從而在不使蒸汽完全冷凝的情況下在第一壓力下基本上將過熱蒸汽冷卻至其沸點(diǎn)溫度TBP，并且問時(shí)將儲(chǔ)熱介質(zhì)從初始溫度Ts2加熱至目的地溫度Tsi， 其中，過熱蒸汽的初始溫度T3以Λ T3超過沸點(diǎn)溫度ΤΒΡ， 儲(chǔ)熱介質(zhì)目的地溫度Tsi以Λ T1超過沸點(diǎn)溫度ΤΒΡ， 儲(chǔ)熱介質(zhì)初始溫度Ts2以AT2小于沸點(diǎn)溫度ΤΒΡ， 蒸汽被冷卻至溫度T4,處于沸點(diǎn)溫度Tbp或以Λ T4在沸點(diǎn)溫度Tbp之上，以及 八!\與AT3的比為至少0.5。
31.權(quán)利要求30的方法，其中，所述蒸汽在第一熱傳遞過程中被部分地冷凝。
32.權(quán)利要求31的方法，其中，蒸汽的至多70%在第一熱傳遞過程中被冷凝。
33.權(quán)利要求31的方法，其中，蒸汽的至多50%在第一熱傳遞過程中被冷凝。
34.權(quán)利要求30的方法，其中，所述蒸汽在第一熱傳遞過程中基本上未被冷凝。
35.權(quán)利要求34的方法，其中，所述溫度T4基本上處于沸點(diǎn)溫度ΤΒΡ。
36.權(quán)利要求34的方法，其中，所述溫度T4以ΛT4在沸點(diǎn)溫度Tbp之上，并且Λ T4與AT3的比為至多0.5。
37.權(quán)利要求30的方法，還包括執(zhí)行第二熱傳遞過程，由此使用未被完全從第一熱傳遞過程冷凝的蒸汽的焓來將加壓給水加熱。
38.權(quán)利要求37的方法，其中，所述第二熱傳遞過程將加壓給水加熱至超過儲(chǔ)熱介質(zhì)的初始溫度Ts2的溫度。
39.權(quán)利要求30的方法，還包括: 將液相水從未被完全從第一熱傳遞過程冷凝的蒸汽分離； 使液相水經(jīng)受第二熱傳遞過程，其中，所述水基本上被蒸發(fā)；以及 使剩余未冷凝蒸汽經(jīng)受第三熱傳遞過程，其中，所述蒸汽被過熱至大于沸點(diǎn)溫度Tbp的最終溫度。
40.權(quán)利要求39的方法，其中，所述第二熱傳遞過程使用入射在蒸發(fā)太陽能接收機(jī)上的太陽能日射來將水蒸發(fā)，并且所述第三熱傳遞過程使用入射在過熱太陽能接收機(jī)上的太陽能日射來使蒸汽過熱。
41.權(quán)利要求39的方法，其中，最終溫度基本上處于溫度T3或溫度T3±AT3的30%。
42.權(quán)利要求30的方法，其中，所述第一壓力大于100個(gè)大氣。
43.權(quán)利要求30的方法，還包括使用太陽日射將加壓水加熱以產(chǎn)生蒸汽并隨后使用太陽日射來使所產(chǎn)生的蒸汽過熱以產(chǎn)生過熱加壓蒸汽。
44.權(quán)利要求43的方法，其中，用來使蒸汽過熱的日射的功率超過用來從加壓水產(chǎn)生蒸汽的日射的功率。
45.權(quán)利要求44的方法，其中，用來過熱的功率比用來產(chǎn)生蒸汽的功率大了至少10%。
46.權(quán)利要求44的方法，其中，用于使蒸汽過熱的太陽能過熱器的日射容量超過用于產(chǎn)生蒸汽的太陽能蒸汽發(fā)生 器的日射容量。
47.一種太陽能系統(tǒng)，包括: 第一太陽能接收機(jī)，其中，加壓給水被日射蒸發(fā)； 第二太陽能接收機(jī)，其中，加壓蒸汽被日射過熱； 蒸汽分離器皿，其與第一和第二接收機(jī)中的每一個(gè)流體連通； 熱能存儲(chǔ)系統(tǒng)，其包括用于選自熔鹽和熔融金屬的儲(chǔ)熱介質(zhì)的第一儲(chǔ)存器和第二儲(chǔ)存器； 第一熱交換器組件，其包括一個(gè)或多個(gè)交換器且被配置成使得能夠?qū)崿F(xiàn)在熱能存儲(chǔ)系統(tǒng)的充填期間的過熱蒸汽與儲(chǔ)熱介質(zhì)之間和在排放期間的儲(chǔ)熱介質(zhì)與加壓水和/或蒸汽之間的熱傳遞過程；以及 導(dǎo)管組件，包括一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)管并被配置成將去過熱和至多部分冷凝蒸汽從第一熱交換器組件輸送到蒸汽分離器皿、給水環(huán)路以及與加壓給水熱連通的第二熱交換器組件中的一個(gè)。
48.權(quán)利要求47的系統(tǒng)，其中，所述蒸汽分離器皿是蒸汽分離鼓。
49.權(quán)利要求47的系統(tǒng)，其中，所述第二太陽能接收機(jī)經(jīng)由蒸汽分離器皿從第一太陽能接收機(jī)接收加壓蒸汽。
50.權(quán)利要求47的系統(tǒng)，其中，所述第二太陽能接收機(jī)的日射容量大于第一太陽能接收機(jī)的日射容量。
【文檔編號(hào)】F24J2/20GK103814257SQ201280001866
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2012年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2011年1月3日
【發(fā)明者】萊昂·阿夫列莫夫 申請(qǐng)人:亮源工業(yè)（以色列）有限公司