用于能量生产的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于从资源生产能量的装置，如从太阳能，特别是集中式太阳能(CSP)装置，但是也可以从其他热能源，包括但不限于核反应堆、化石燃料工厂及深处地热源。更具体地，本发明涉及对现有装置设计或用于建造更简单和更有效的新装置的改型。
[0002]发明背景和现有技术
[0003]在国际规模上正做出大量的研究和开发的努力以提高能量生产系统的效率和环保性能。现今做出的近半数努力是在可再生能源领域而非传统的化石燃料或核燃料类型的火电生产领域做出的。显然，蓄能将会成为进一步发展的关键技术，并且在发展这种能力方面，特别是通过利用充电式电池、抽水蓄能装置、压缩空气、飞轮、氢气转换和热储存器(包括具有材料相变的热储存器)进行蓄能，目前已进行大量投资。
[0004]通常认为，总体上蓄能可促进能源传输到消费者和市场的时间依存适应性，并且当主电力生产不足或失败时，通过桥接送电，蓄能可以提供传输安全性。
[0005]对于某些类型的可再生能源生产，具有储存器是绝对必要的。一种这样的领域是集中式太阳能(CSP)，其中热储存器用于补偿产热不足或失败，例如在白天当运量出现及在夜间没有太阳时。在使用抛物面槽式聚热器的CSP的情况下，通过反射和聚集对管道系统中的油进行加热的太阳光线产生热量；该油随后与储存在大型隔热的储存槽内的熔盐进行热交换。该油是一种合适的矿物的、有机的或合成的传热油，例如Therminol ( 一种传热油)。当需要将储存的热量用于补充或扩大能源生产时，由熔盐和油之间的反向热交换来提取热量。此后，油再一次被热交换至水蒸汽，其反过来又经涡轮和发电机用于能源生产。该技术存在诸多严重的缺点，因为其涉及使用非常昂贵的储存流体，例如熔盐，它需要多个油/盐热交换器，需要至少两个大的熔盐储存槽，需要熔盐泵和相应的泵浦能将熔盐移到储存槽或从储存槽移出，并且存在该盐在管道或其它结构内凝固的风险，即便在非常高的温度下都可能发生。
[0006]CSP的另一种变型是，其中大的反射镜(定日镜)将太阳光线反射到高塔，其中充满高温工作流体，例如熔盐，的接收器用于光-热转换的。在使用熔盐作为工作流体的情况下，该流体可直接与水蒸汽进行热交换以通过使用涡轮和发电机进行发电。可选地，熔盐可储存在大槽中以如上所述说明的随后用于发电。
[0007]最近的研究工作还考虑使用蒸汽作为用于CSP塔技术的工作流体；这样可避免使用将熔盐变为蒸汽的热交换器。直接蒸汽技术的问题在于能够储存供延迟使用的热量，特别是与能源生产的有效结合。本发明提供了一种针对该问题的可能的解决方案。
[0008]存在多种传统技术，其中主要的能源是热量和压力；如化石燃料(煤、油、气)工厂和核电站。尽管这些设备可以不依靠为能源生产的周期性缺乏做好的储备，对于这些设备，热储存器可以是很大的优势并且在经济上是有利的。例如，在24小时一天的周期内，热储存器可便于充分或更好地利用产热能力，因为在夜间产生的热量可以完全或部分地储存并根据市场需求在白天能提供更强劲地能源生产。此外，储存器对于提供能源供应的连续性和安全性或应对电网系统中暂时的瓶颈具有很大的价值。
[0009]本发明的目的在于提供一种用于能量生产的装置，该装置对于之前提到的技术问题是有益的。此外，该装置的储存器应优选:
[0010].与现有系统相比能够简化储热、输热和蓄热的整个过程
[0011].能在最适于将热量汇集并传输到储存器的温度和压力下进行操作
[0012].能适应被视作最适于上述提到的操作的不同类型的工作流体
[0013].通过具有适于热提取过程的温度和压力的流体能有效地将热量输出
[0014].能适应最适合从储存器进行传热的各类工作流体
[0015].能在主要的热交换器模式下运行，其中在主要的热量输入管路中的工作流体的热量直接进行热交换，并同时与热提取管道系统内的另一种类型的热交换器内的工作流体存在于储存式热交换器内
[0016].适合与已经市售的部件如泵、阀门、管道、传感器和控制系统一起实施
[0017].提供优于现有系统的成本和效率优势
[0018]?环境安全
[0019].易于在现有设备内集成并能将现有设施改型以及在新设施的设计和操作中使用。
【发明内容】
[0020]本发明提供一种用于能量生产的装置，包括可操作地布置在装置输入侧的任何类型的热源或能源，包括但不限于太阳能电源、核反应堆、化石燃料发电厂、风力发电厂、潮力发电厂、废热发电厂和地热源，和可操作地布置在装置输出侧(delivery side)的热传递设备和能量生产设备，例如涡轮-电动发电机组。该装置的特色在于其还包括具有集成的热交换器的热能储存器，热能储存器包括固态蓄热材料、传热流体和用于能量输入和输出的设备，其中:
[0021]储存器包括至少一个传热容器，
[0022]固态蓄热材料布置在传热容器周围，
[0023]传热容器容纳传热流体及用于能量输入和输出的装置，从而在相应传热容器内发生经由传热流体的所有传热对流和热传导，
[0024]具有热交换器的热能储存器布置在热绝缘材料内，并且
[0025]具有热交换器的固态热能储存器已经布置在装置的输入侧和输出侧之间以用于储存及热交换，该储存器直接与热源联接或通过另外的热交换器与热源联接，该储存器直接与装置输出侧联接或通过另外的热交换器与装置输出侧联接。
[0026]术语直接联接在本文中的意思是在热源中或输出侧的工作流体与在储存器中的工作流体是相同的，并且这些系统在没有另外的热交换器或储存器的情况下仅通过管道、阀门、泵或压缩机联接。
[0027]从属权利要求中定义了该装置的优选实施方案，参考了该从属权利要求。
[0028]热能储存器和热交换器被称为具有热交换器的NEST热能储存器。
[0029]最优选地，NEST热能储存器和热交换器包括一个或多个在外容器或管段内并排直立布置的传热容器，该一个或多个传热容器和外容器或管段间的空间已填充有混凝土或其它固态材料。将不需要传统销装棒(armouring bars)或销装结构,从而简化了装置的热储存器的生产。通过布置多个并排直立的每一个都填充有混凝土的圆柱形外容器或管段及一个或多个如上描述的传热容器，并且将用于热输入和输出的传热容器装置一起联接到下面所描述和示出的热源及输出侧，可出奇容易地提供大型装置。如上所述的在传热容器与外管或外容器之间填充了混凝土的管套管(pipe in pipe)或容器套容器的方案为本发明的装置的热储存器提供了有效的基本单元或热单元。在底部连接成对的传热容器从而使工作流体能从一处流向另一处，在传热容器与外管或外容器之间具有混凝土，为本发明的装置的热储存器提供了另一种有效的基本单元或热单元。在另一个优选实施方案中，热储存器热单元的固态材料包括水泥浆和混凝土，水泥浆布置在混凝土与传热容器之间。包括许多基本单元格或单元的储存器包括在储存器周围的隔热材料，防止与地面或空气的热交换和防止到地面或空气中的热损耗。
[0030]请参考通过引用并入本文的专利N0332707或专利申请PCT/N02012/050088，以得到NEST固态热能储存器本身以及特别是其优选的实施方案的详细描述，在本发明的装置中使用了其中的一些实施方案。
[0031]本发明对于所有上述提到的问题是有益的，根据下文的进一步的描述和附图，这将是清楚的。
[0032]主热量输入系统在大多数典型实例中是充满工作流体的管道的闭环，其中冷凉的流体通过其被一些能源加热的产热系统被泵送，并且随后被输送到在其中热量被传递的储存器，因此流体的温度和压力将降低。在集中式太阳能(CSP)的实例中，加热来自在充满有循环工作流体的接收器上反射的太阳光(光子辐射)。太阳能接收器的主要类型是抛物线型槽，其中抛物面反射器(镜)将太阳光线反射到焦点内的管道接收器上，工作流体在管道接收器内流动并被加热。另一种类型是定日镜场反射器(镜)，其将太阳光线反射到顶部具有接收器场的塔上，工作流体通过该塔循环并被加热。其它的类型是抛物面系统，其中太阳