用于從日照發(fā)電的系統(tǒng)的制作方法
【專利說(shuō)明】用于從日照發(fā)電的系統(tǒng)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2014年9月23日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)N0.62/054，258的權(quán)益，通過(guò)引用方式將其全部?jī)?nèi)容并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明通常涉及使用太陽(yáng)能日照來(lái)產(chǎn)生能量，并且更具體地，涉及使用熱存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)太陽(yáng)能，并且涉及使用蒸汽生成太陽(yáng)能接收器和熱能存儲(chǔ)系統(tǒng)來(lái)從日照發(fā)電。
【背景技術(shù)】
[0004]日照可以用于在接收器中對(duì)水和蒸汽進(jìn)行加熱，以用于存儲(chǔ)熱并且(例如經(jīng)由蒸汽渦輪)從存儲(chǔ)的熱中發(fā)電?？梢詫⑦^(guò)熱蒸汽中的焓轉(zhuǎn)移到液相顯熱存儲(chǔ)介質(zhì)，以隨后使用。存儲(chǔ)介質(zhì)可以在不同溫度下存儲(chǔ)到不同絕熱容器中，例如，一個(gè)容器可以在更靠近存儲(chǔ)介質(zhì)的凝固點(diǎn)的較冷溫度下存儲(chǔ)存儲(chǔ)介質(zhì)，并且另一個(gè)容器可以在更靠近液相材料在空氣或者任何其它選擇氣體中的穩(wěn)定性的上限的較熱溫度下存儲(chǔ)存儲(chǔ)介質(zhì)。術(shù)語(yǔ)“容器”可以用于表示適合于存儲(chǔ)存儲(chǔ)介質(zhì)的任何貯存器，該貯存器可以為自然貯存器例如洞穴或者可以為制造的貯存器例如存儲(chǔ)灌罐。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]可以將接收器中生成的過(guò)熱蒸汽傳送到熱交換器，在熱交換器中，過(guò)熱蒸汽中的一些焓可以被轉(zhuǎn)移到液相顯熱存儲(chǔ)介質(zhì)，以用于隨后使用。在一些實(shí)施例中，該蒸汽在熱交換器中被降溫到高于其相應(yīng)冷凝溫度的溫度并且然后以氣態(tài)形式返回到接收器，以用于再過(guò)熱?？梢詫⒃龠^(guò)熱蒸汽傳送到第二熱交換器，在第二熱交換器中，過(guò)熱蒸汽中的焓可以被轉(zhuǎn)移到液相顯熱存儲(chǔ)介質(zhì)，以用于隨后使用，或者再過(guò)熱蒸汽可以被傳送到蒸汽渦輪，以用于發(fā)電。
[0006]在該公開(kāi)中描述了多個(gè)熱交換器，應(yīng)當(dāng)理解的是，單個(gè)熱交換器可以設(shè)計(jì)為在不同部分以不同壓力或者溫度進(jìn)行操作或者在不同部分以相反流動(dòng)進(jìn)行操作，并且因此指出單獨(dú)熱交換器的術(shù)語(yǔ)可以被理解為意味著單個(gè)熱交換器或者在不同時(shí)間處執(zhí)行不同功能或者同時(shí)在不同蒸汽壓力下執(zhí)行相同功能或者同時(shí)在不同溫度下執(zhí)行相同功能或者以上任意組合的較小數(shù)量的熱交換器。
[0007]可以將來(lái)自液相顯熱存儲(chǔ)介質(zhì)的焓轉(zhuǎn)移到水，以產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽，該過(guò)熱蒸汽可以用于在蒸汽渦輪中發(fā)電。從存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)的焓所生成的蒸汽來(lái)發(fā)電可以是連續(xù)的或者按要求的，并且只要存在在適合于生成用于發(fā)電的蒸汽的溫度下在容器中存儲(chǔ)的充足焓就可以在白天或者晚上的任何時(shí)間發(fā)生。發(fā)電不取決于某時(shí)存在可用日照。
[0008]在一些實(shí)施例中，用于從日照發(fā)電的方法可以包括，在第一時(shí)間處:使用由多個(gè)定日鏡反射到太陽(yáng)能接收器的表面上的日照來(lái)在所述太陽(yáng)能接收器中以至少100巴的壓力對(duì)水進(jìn)行加熱，以生成第一溫度的第一蒸汽流；將所述第一蒸汽流傳送到第一熱交換器，并且在所述第一熱交換器中將焓從所述蒸汽轉(zhuǎn)移到顯熱存儲(chǔ)介質(zhì)，所述顯熱存儲(chǔ)介質(zhì)被致使從第一絕熱容器通過(guò)所述第一熱交換器而流到第二絕熱容器；將第二蒸汽流從所述第一熱交換器的出口傳送到所述接收器，所述蒸汽在第二溫度下處于基本上氣態(tài)形式；使用反射的日照將在所述接收器中的所述第二蒸汽流的溫度提升到第三溫度；并且將所述第三溫度下的蒸汽傳送到渦輪，以用于發(fā)電；其中，所述第一蒸汽流和第二蒸汽流合計(jì)包括所述接收器中過(guò)熱的基本上所有蒸汽；并且在第二時(shí)間處:使用在第二熱交換器中從所述顯熱存儲(chǔ)介質(zhì)轉(zhuǎn)移的焓來(lái)在所述第二熱交換器中生成第三蒸汽流，所述顯熱存儲(chǔ)介質(zhì)被致使從所述第二絕熱容器通過(guò)所述第二熱交換器而流到所述第一絕熱容器；并且將所述第三蒸汽流傳送到所述渦輪，以用于發(fā)電。第一溫度可以為至少550攝氏度或者至少560攝氏度。以攝氏度為單位的所述第三溫度可以處于所述第一溫度的2%之內(nèi)或者5%之內(nèi)或者10%之內(nèi)。在所述第一熱交換器的入口處的過(guò)熱第一蒸汽流的壓力可以為至少150巴或者至少170巴。在所述渦輪的入口處的第二蒸汽流的壓力可以處于所述第一熱交換器的入口處的第一蒸汽流的壓力的10%之內(nèi)或者20%之內(nèi)。
[0009]在一些實(shí)施例中，在所述接收器中從反射的日照吸收的能量的至少50%或者至少55%或者至少60%可以引至過(guò)熱蒸汽(如與生成蒸汽相對(duì))。從所述蒸汽轉(zhuǎn)移到所述顯熱存儲(chǔ)介質(zhì)的焓可以相當(dāng)于在所述接收器中從反射的日照吸收的能量的多于25%且小于40%。
[0010]在一些實(shí)施例中，所述渦輪具有再熱循環(huán)并且所述方法額外地包括:在第一時(shí)間處使用在熱交換器中從所述顯熱介質(zhì)轉(zhuǎn)移的焓來(lái)再熱在所述再熱循環(huán)中提取的蒸汽，所述顯熱介質(zhì)被致使從所述第二絕熱熔器通過(guò)所述熱交換器而流到所述第一絕熱容器。在其它實(shí)施例中，所述渦輪具有再熱循環(huán)并且所述方法額外地包括:在第一時(shí)間處使用來(lái)自燃料燃燒、電力、地?zé)嵋约敖?jīng)聚集的日照中的一個(gè)中的焓來(lái)再熱在所述再熱循環(huán)中提取的蒸汽。
[0011]在一些實(shí)施例中，一種用于從日照發(fā)電的方法可以包括，在第一時(shí)間處:使用由多個(gè)定日鏡反射到太陽(yáng)能接收器的表面上的日照在所述太陽(yáng)能接收器中以至少100巴的壓力對(duì)水進(jìn)行加熱，以生成第一溫度下的第一蒸汽流；將所述第一蒸汽流傳送到第一熱交換器，并且在所述第一熱交換器中將焓從所述蒸汽轉(zhuǎn)移到顯熱存儲(chǔ)介質(zhì)，所述顯熱存儲(chǔ)介質(zhì)被致使從第一絕熱容器通過(guò)所述第一熱交換器而流到第二絕熱容器；將第二蒸汽流的第一部分從所述第一熱交換器的出口傳送到所述接收器，并且將所述第二蒸汽流的第二部分傳送到第二熱交換器，所述蒸汽為第二溫度下的基本上氣態(tài)形式；在所述第二熱交換器中冷凝所述第二蒸汽流的第二部分；使用反射的日照在所述接收器中將所述第二蒸汽流的第一部分的溫度提升到第三溫度；并且將所述第三溫度下的蒸汽傳送到渦輪，以用于發(fā)電；其中，所述第一蒸汽流和所述第二蒸汽流的第一部分總共包括所述接收器中過(guò)熱的基本上所有蒸汽；并且在第二時(shí)間處:使用在第三熱交換器中從所述顯熱存儲(chǔ)介質(zhì)轉(zhuǎn)移的焓在所述第三熱交換器中生成第三蒸汽流，所述顯熱存儲(chǔ)介質(zhì)被致使從所述第二絕熱容器通過(guò)所述第三熱交換器而流到所述第一絕熱容器；并且將所述第三蒸汽流傳送到所述渦輪，以用于發(fā)電。
[0012]在一些實(shí)施例中，(第二蒸汽流的)所述第一部分可以為所述第二蒸汽流的至少50%或者至少60%。
[0013]在一些實(shí)施例中，一種用于從日照發(fā)電的系統(tǒng)可以包括:太陽(yáng)能接收器，其包括:其中由反射的日照對(duì)水進(jìn)行加熱以生成飽和蒸汽的至少一個(gè)蒸汽生成管屏、其中由反射的日照對(duì)飽和蒸汽進(jìn)行加熱以生成大于100巴的第一壓力下的第一過(guò)熱蒸汽流的至少一個(gè)過(guò)熱管屏，以及其中由反射的日照對(duì)基本上被降溫的蒸汽進(jìn)行加熱以生成大于100巴的第二壓力下的第二過(guò)熱蒸汽流的至少一個(gè)再過(guò)熱管屏；多個(gè)定日鏡，其定位在所述接收器的周圍，以將日照反射到所述接收器的表面上；第一蒸汽傳送工具，其連接到所述接收器，使得所述第一蒸汽傳送工具將所述第一過(guò)熱蒸汽流傳送到熱能存儲(chǔ)系統(tǒng)；第二蒸汽傳送工具，其連接到所述接收器，使得所述第二蒸汽傳送工具將基本上被降溫的蒸汽從所述熱能存儲(chǔ)系統(tǒng)傳送到所述接收器；所述熱能存儲(chǔ)系統(tǒng)，包括:液相顯熱介質(zhì)，其包括熔鹽或者熔態(tài)金屬中的至少一個(gè)；多個(gè)絕熱容器，其用于包含相應(yīng)多個(gè)溫度下的存儲(chǔ)介質(zhì)；以及第一熱交換器，其與所述第一蒸汽傳送工具和所述第二蒸汽傳送工具中的每一個(gè)流體連通，在所述第一熱交換器中，從所述多個(gè)絕熱容器中的第一絕熱容器通過(guò)其而傳送到第二絕熱容器的存儲(chǔ)介質(zhì)流的溫度由從所述過(guò)熱蒸汽到所述存儲(chǔ)介質(zhì)的焓的轉(zhuǎn)移來(lái)提升；以及發(fā)電系統(tǒng)，包括:第三蒸汽傳送工具，在所述第三蒸汽傳送工具中，將第二過(guò)熱蒸汽流從所述至少一個(gè)再過(guò)熱管屏傳送到蒸汽渦輪的入口 ；第二熱交換器，其中，使用在所述第二熱交換器中的、來(lái)自從所述第二絕熱容器傳送到所述第一絕熱容器的存儲(chǔ)介質(zhì)流體流而轉(zhuǎn)移的熱來(lái)在大于100巴的壓力下生成第三過(guò)熱蒸汽流；第四蒸汽傳送工具，其連接到所述第二熱交換器，使得第四蒸汽傳送工具將第三過(guò)熱蒸汽流從所述第二熱交換器傳送到蒸汽渦輪的入口，以及蒸汽渦輪，其被配置為當(dāng)正生成第二過(guò)熱蒸汽流時(shí)不時(shí)地從第二過(guò)熱蒸汽流發(fā)電，以及當(dāng)沒(méi)有生成第二過(guò)熱蒸汽流時(shí)至少不時(shí)地從第三過(guò)熱蒸汽流發(fā)電。
[0014]在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)可以額外地包括:第三熱交換器，其與所述第一熱交換器和所述至少一個(gè)蒸汽生成管屏至少間接流體連通，在所述第三熱交換器中，冷凝所述被降溫的蒸汽的至少一部分；以及第五蒸汽傳送工具，其連接到所述接收器，使得所述第五蒸汽傳送工具將所述被降溫的蒸汽的被冷凝部分從所述熱能存儲(chǔ)系統(tǒng)傳送到所述接收器。
[0015]在一些實(shí)施例中，該系統(tǒng)可以額外地包括:第四熱交換器，其與至少一個(gè)再過(guò)熱管屏至少間接連通，其中，從所述多個(gè)絕熱容器中的第一絕熱容器通過(guò)其傳送到第二絕熱容器的存儲(chǔ)介質(zhì)流的溫度由從所述第二過(guò)熱蒸汽流的一部分到所述存儲(chǔ)介質(zhì)的焓的轉(zhuǎn)移來(lái)提升，其中該部分處于10% (含)到90% (含)之間。
[0016]第一過(guò)熱蒸汽流的壓力可以大于150巴或者大于170巴。所述第二過(guò)熱蒸汽流的壓力可以處于第一過(guò)熱蒸汽流的壓力的10%之內(nèi)或者20%之內(nèi)。
[0017]第一絕熱容器中的存儲(chǔ)介質(zhì)的溫度處于265攝氏度(含)到285攝氏度(含)之內(nèi)并且第二絕熱容器中的存儲(chǔ)介質(zhì)的溫度為至少540攝氏度或者至少550攝氏度。
[0018]熱能存儲(chǔ)系統(tǒng)可以具有與一天中由所述太陽(yáng)能接收器吸收的凈余熱能的25%(含)到40% (含)相當(dāng)?shù)臒崮艽鎯?chǔ)容量。
[0019]熱能存儲(chǔ)系統(tǒng)可以具有與當(dāng)蒸汽渦輪以第三過(guò)熱蒸汽流的蒸汽條件可允許的其最大容量下工作時(shí)由蒸汽渦輪進(jìn)行發(fā)電3小時(shí)(含)到4小時(shí)(含)相當(dāng)?shù)臒崮艽鎯?chǔ)容量?？商鎿Q地，熱能存儲(chǔ)系統(tǒng)可以具有與當(dāng)蒸汽渦輪以第三過(guò)熱蒸汽流的蒸汽條件可允許的其最大容量下工作時(shí)由蒸汽渦輪發(fā)電7小時(shí)(含)到8小時(shí)(含)或者超過(guò)8小時(shí)相當(dāng)?shù)臒崮艽鎯?chǔ)容量。
[0020]在結(jié)合附圖考慮時(shí)，所公開(kāi)主題的實(shí)施例的目的和優(yōu)點(diǎn)將