专利名称：用于使用太阳能发电的系统的制作方法
技术领域：
该系统主要涉及发电，并且更具体地涉及一种用于使用太阳能发电的系统。
背景技术：
发电通常是使用其它形式的能量的过程，且通常是在发电站处通过一般由热力发动机驱动的电动机械发电机进行。热力发动机可通过化学燃烧、核裂变或通过其它方式如流水的动能、风等而提供动力。此外，太阳能也可用于驱动热力发动机来发电。使用热力发动机的发电技术通常燃烧化石燃料来发电。然而，使用化石燃料发电受到化石燃料成本高和自然资源枯竭的限制，而这又导致电的成本高。相比之下，使用太阳能发电采用的是可再生能源，但受到与设备构建相关的高成本所限制。因此，期望研发出一种构造成使用太阳能、燃料和/或两者发电的发电设备设计。 具体而言，需要一种发电设备，其在燃料价格较高时完全或部分地依靠太阳能运转，而在不能获得充足的太阳能时则完全或部分地依靠燃料运转。此外，需要一种在发电的同时实现高效率以降低发电总成本的发电设备。
发明内容
简言之，根据本技术的一个方面，提出了一种发电系统。该发电系统包括太阳能预热器，其使用加热的太阳能流体的第一部分预热压缩的排出空气以产生加热的压缩空气；燃烧器，其可操作地联接到太阳能预热器上以从太阳能预热器接收加热的压缩空气，使用该加热的压缩空气焚烧燃料以产生热焚烧气体；第一涡轮，其可操作地联接到燃烧器上以从燃烧器接收热焚烧气体，使热焚烧气体膨胀以产生排出气体；热回收蒸汽发生器，其可操作地联接到第一涡轮上以从第一涡轮接收排出气体，通过使用排出气体加热冷凝的流体以产生蒸气；太阳能蒸发器/过热器，其可操作地联接到热回收蒸汽发生器上以从热回收蒸汽发生器接收加热的工作流体，通过使用加热的太阳能流体的第二部分加热该加热的工作流体以产生太阳能蒸气；以及第二涡轮，其构造成用以使用从热回收蒸汽发生器所接收的蒸气和从太阳能蒸发器/过热器所接收的太阳能蒸气来驱动第二发电机。根据本技术的另一方面，提出了一种发电系统。该发电系统包括太阳能预热器， 其用于使用加热的太阳能流体的第一部分预热压缩的排出空气以产生加热的压缩空气；燃烧器，其可操作地联接到太阳能预热器上以从太阳能预热器接收加热的压缩空气，使用该加热的压缩空气焚烧燃料以产生热焚烧气体；高压涡轮，其可操作地联接到燃烧器上以从燃烧器接收热焚烧气体，使热焚烧气体膨胀以产生第一膨胀气体；再热器，其可操作地联接到高压涡轮上以从高压涡轮接收第一膨胀气体，使用第一膨胀气体燃烧燃料以产生第一加热膨胀气体；低压涡轮，其可操作地联接到高压涡轮和再热器上以使从再热器所接收的第一加热膨胀气体膨胀而产生排出气体；热回收蒸汽发生器，其连接到低压涡轮上以通过利用从低压涡轮所接收的排出气体加热冷凝的流体来产生蒸气；以及太阳能蒸发器/过热器，其可操作地联接到热回收蒸汽发生器上以从热回收蒸汽发生器接收加热的工作流体，通过使用加热的太阳能流体的第二部分加热该加热的工作流体而产生太阳能蒸气；以及第二涡轮，其用以使用从热回收蒸汽发生器所接收的蒸气和从太阳能蒸发器/过热器所接收的太阳能蒸气来驱动第二发电机。根据本技术的又一个方面，提出了一种发电方法。该发电方法包括通过使用加热的太阳能流体的第一部分预热压缩的排出空气来产生加热的压缩空气；通过使用加热的压缩空气燃烧燃料来产生热焚烧气体；通过在高压涡轮中使热焚烧气体膨胀来产生第一膨胀气体；通过使用第一膨胀气体燃烧燃料来产生第一加热膨胀气体；通过使第一加热膨胀气体膨胀而产生排出气体；通过利用排出气体加热冷凝的流体而产生蒸气和加热的工作流体；通过使用加热的太阳能流体的第二部分加热和蒸发加热的工作流体而产生太阳能蒸气；以及使用蒸气和太阳能蒸气驱动第二涡轮来发电。
当参照附图研读如下详细描述时，本发明的这些及其它特征、方面和优点将变得更好理解，所有附图中的相似标号表示相似的零件，在附图中图1为根据本技术的方面的发电系统的一个实施例的简图；图2为根据本技术的方面的用于发电的发电系统的另一实施例的简图；以及图3为示出根据本技术的方面的示例性发电过程的流程图。零件清单10发电系统12太阳能场和接收器14 太阳16从太阳能场和接收器接收加热的太阳能流体的第一部分18太阳能预热器20传输至太阳能蒸发器/过热器22太阳能蒸发器/过热器24涡轮发动机26压缩机28第一涡轮30 轴32 入口34将冷却的太阳能流体传输回到太阳能场和接收器36燃烧器38将来自于太阳能预热器的压缩空气传输至燃烧器40 入口42将热焚烧气体传输至涡轮发动机中的第一涡轮44第一发电机46热回收蒸汽发生器(HRSG)48 HRSG接收来自第一涡轮的排出气体50将加热的工作流体传输至太阳能蒸发器/过热器52 HRSG接收来自冷凝器的冷凝流体
54冷凝器56将来自于太阳能蒸发器/过热器的冷却的太阳能流体传输至太阳能场和接收器58第二涡轮60将HRSG产生的蒸气传输至第二涡轮62第二发电机100发电系统的实施例102太阳能场和接收器104，106，108 多个双轴式循迹反射镜(tracking mirror)110太阳112塔架114接收器116加热太阳能流体缓冲容器(tank)118将来自于加热太阳能流体缓冲容器的加热太阳能流体的第一部分传输至太阳能预热器120SHPB/S从太阳能流体缓冲容器接收加热的太阳能流体的第二部分122太阳能预热器124将中压蒸气传输至太阳能中压再热器/过热器SIPR/S126燃气涡轮发动机128中间冷却器130低压压缩机132入口134高压压缩机136接收来自于太阳能预热器的压缩的排出空气138将来自太阳能预热器的冷却的太阳能流体传输至冷缓冲容器140冷缓冲容器142冷却的太阳能流体144将来自冷缓冲容器的冷却的太阳能流体传输至接收器146燃烧器接收来自太阳能预热器的加热的压缩空气148燃烧器150入口152将热焚烧气体传输至高压涡轮(HPT)154高压涡轮156再热器158入口160低压涡轮162第一发电机164将来自LPT的排出气体传输至热回收蒸汽发生器(HRSG)166HRSG0071]168高压锅炉/过热器0072]170辅助中压过热器0073]172高压蒸发器0074]174中压锅炉0075]176低压锅炉/过热器0076]178中压蒸发器0077]180低压蒸发器0078]182太阳能中压再热器/过热器SIPR/S0079]184太阳能高压蒸发器/过热器(SHPB/S)0080]186HPE将高压流体传输至三通阀0081]188将过热的高压太阳能蒸气和过热的蒸气传输至高压涡轮0082]190将中压蒸气传输至中压涡轮(IPT)0083]192高压涡轮0084]194中压涡轮0085]198低压涡轮0086]200冷凝器0087]202冷凝器将冷凝的流体传输至LPE0088]204第二发电机0089]206，208泵0090]210将低压蒸气和/或低压加热流体传输至IPE和LPB/S0091]212泵0092]214三通阀0093]216将中压流体传输至LPB/S、IPB和HPE0094]218Aux_IPS接收来自IPB的中压蒸气0095]220三通阀0096]222高压蒸气从三通阀传输至SHPB/S 1840097]224轴0098]226接收来自低压涡轮的低压蒸气0099]300示出示例性发电过程的流程图0100]302加热的太阳能流体0101]304空气0102]306产生压缩的排出空气0103]308产生加热的压缩空气0104]310产生热焚烧气体0105]312产生第一膨胀气体0106]314产生加热的第一膨胀气体0107]316驱动第一发电机0108]318产生排出气体0109]320产生蒸气和加热的工作流体
322产生太阳能蒸气324驱动第二发电机
具体实施例方式图1为根据本技术的方面的发电系统10的一个实施例的简图。更具体而言，图1 示出了用于发电的发电系统10，其使用太阳能预热的混合型联合循环。如图1中所示，发电系统10可包括用于聚集来自于太阳14的太阳光线和吸收太阳光线热量的太阳能场和接收器12。参照图2将更为详细地描述用于聚集太阳光线的示例性太阳能场和接收器。例如， 太阳能场和接收器12可包括在焦点上具有吸收接收器的反射抛物面(dish)、在焦线上具有吸收器管的抛物面槽(trough)、将太阳光线反射到中央接收器上的称为定日镜(或日光发射装置，heliostat)的反射镜阵列、线性菲涅尔透镜或用以聚焦太阳光线的反射镜。此外，在一个实施例中，太阳能场和接收器12可使用太阳能流体吸收太阳光线的热量。如本文所用，用语"太阳能流体"可用于指代吸收太阳光线热量的流体。例如，太阳能流体可包括熔融盐、熔融金属、共晶金属合金如镓铟锡合金(68. 5% Ga,21. 5% InU0% Sn)、导热油、水、蒸汽或加压空气。太阳能流体吸收热量可导致太阳能流体温度的升高。随着太阳能流体温度的升高，结果可产生加热的太阳能流体。在示例性实施例中，加热的太阳能流体的温度可在大约300°C至大约1000°C的范围内。此外，该系统10可包括涡轮发动机M。涡轮发动机M例如可包括压缩机沈，压缩机沈经由轴30可操作地联接到第一涡轮28上。压缩机沈可通过压缩从入口 32所接收的空气而有助于产生压缩的排出空气。相对于从入口 32所接收的空气的温度，空气的压缩升高了压缩的排出空气的温度。空气温度的升高取决于压缩机沈的压缩比和构造。在一些实施例中，压缩的排出空气的温度可在大约300°C至大约500°C的范围内。压缩的排出空气然后可经由管线27传输至太阳能预热器18。太阳能预热器18还可从太阳能场和接收器12经由管线16接收加热的太阳能流体的第一部分。如本文所用，用语"太阳能预热器"可用于指代热交换器，该热交换器可用于将加热的太阳能流体的第一部分的热量传输至压缩的排出空气。此外，来自于太阳能场和接收器12的加热的太阳能流体的第二部分可经由管线20传输至太阳能蒸发器/过热器22。此外，压缩的排出空气可由太阳能预热器18加热。在一个实施例中，太阳能预热器18可通过将加热的太阳能流体的第一部分的热量传输至压缩的排出空气而加热该压缩的排出空气。压缩的排出空气的加热导致产生加热的压缩空气。加热的压缩空气的温度可在大约700°C至大约1000°C的范围内。此外，将加热的太阳能流体的第一部分的热量传输至压缩的排出空气会降低加热的太阳能流体的第一部分的温度。太阳能预热器18中的加热的太阳能流体的第一部分温度的这种下降可产生冷却的太阳能流体。如图1中所示，冷却的太阳能流体然后可经由管线34传输回到太阳能场和接收器12。冷却的太阳能流体然后可泵送通过太阳能场和接收器12而吸收太阳光线的热量，从而产生加热的太阳能流体。此外，系统10可包括燃烧器36，燃烧器36可操作地联接到太阳能预热器18上。 在一个实施例中，在产生加热的压缩空气之后，加热的压缩空气可从太阳能预热器18经由管线38传输至燃烧器36。在一个实施例中，燃烧器36可燃烧从入口 40所接收的燃料。例如，燃烧器36可使用从太阳能预热器18所接收的加热的压缩空气而燃烧燃料。在一个实施例中，使用加热的压缩空气燃烧燃料导致产生热焚烧气体。在一些实施例中，热焚烧气体的温度可在大约1200°C至大约1500°C的范围内。此外，热焚烧气体可在涡轮发动机M中经由管线42传输至第一涡轮28。例如，第一涡轮观可为燃气涡轮。此外，在一个实施例中，第一涡轮观可为高压涡轮、低压涡轮或中压涡轮。在另一实施例中，第一涡轮观可包括可安装在轴30上的低压涡轮、中压涡轮和高压涡轮的一个或多个组合。热焚烧气体可在第一涡轮观中膨胀以产生排出气体。此外，在一些实施例中，第一涡轮观可与第一发电机44和热回收蒸汽发生器 (HRSG)46在操作上相关。第一涡轮观驱动第一发电机44以发电。此外，HRSG 46从第一涡轮观接收排出气体。如在当前构思出的构造中所示，HRSG 46可从冷凝器M经由管线 52接收冷凝的流体。冷凝的流体例如可包括水或有机流体，如碳氢化合物或氟化烃。冷凝的流体可使用从第一涡轮观所接收的排出气体而通过HRSG 46加热，以产生蒸气和/或加热的工作流体。例如，由HRSG 46产生的蒸气可包括高压蒸气、中压蒸气、低压蒸气或它们的组合。此外，在一个实施例中，由HRSG 46产生的蒸气为过热蒸气。另外，如在当前构思出的构造中所示，HRSG 46可将加热的工作流体经由管线50传输至太阳能蒸发器/过热器 22。在一个实施例中，加热的工作流体可作为蒸气和/或液体经由管线50传输至太阳能蒸发器/过热器22。此外，在一个实施例中，加热的工作流体传输至太阳能蒸发器/过热器 22，以有助于产生太阳能蒸气。如本文所用，用语"太阳能蒸气"可用于指代使用太阳能或使用加热的太阳能流体的第二部分而产生的蒸气。此外，太阳能蒸发器/过热器22可包括高压太阳能蒸发器/过热器、中压太阳能蒸发器/过热器、低压太阳能蒸发器/过热器或它们的组合。相应的是，低压太阳能蒸发器 /过热器可产生低压太阳能蒸气，而高压太阳能蒸发器/过热器可产生高压太阳能蒸气。类似的是，中压太阳能蒸发器/过热器可产生中压太阳能蒸气。应注意的是，尽管在当前构思出的构造中系统10包括太阳能蒸发器/过热器，但在一些其它实施例中，系统10可包括太阳能蒸发器、太阳能锅炉、太阳能过热器、太阳能节省器、太阳能再热器或它们的组合。此外，太阳能蒸发器/过热器22可使用加热的太阳能流体的第二部分来加热和蒸发加热的工作流体，以产生太阳能蒸气。例如，太阳能蒸气可为高压太阳能蒸气、低压太阳能蒸气和中压太阳能蒸气。应注意的是，尽管在当前构思出的构造中系统10描绘为包括单个太阳能蒸发器/过热器22，但在一些其它实施例中，系统10可包括多个太阳能蒸发器/ 过热器。在一个实施例中，从HSRG 46所接收的加热的工作流体使用来自于太阳能场和接收器12的加热太阳能流体的第二部分加热和蒸发可导致加热的太阳能流体的第二部分的冷却，从而导致产生冷却的太阳能流体。随后，该冷却的太阳能流体从太阳能蒸发器/过热器22经由管线56传输至太阳能场和接收器12。冷却的太阳能流体然后由太阳能场和接收器12使用，以便吸收太阳光线的热量而产生加热的太阳能流体。此外，如图1中所示，由太阳能蒸发器/过热器22产生的太阳能蒸气和由HRSG 46 产生的蒸气可经由管线60传输至第二涡轮58。在一个实施例中，蒸气可包括高压蒸气、低压蒸气或两者。在一个实施例中，第二涡轮58为蒸汽涡轮。由太阳能蒸发器/过热器22 产生的太阳能蒸气和由HRSG 46产生的蒸气然后可由第二涡轮58使用，以便驱动发电的第二发电机62。应当注意的是，尽管在当前构思出的技术中第一涡轮观驱动第一发电机44而第二涡轮58驱动第二发电机62，但在一些其它实施例中，第一涡轮观和第二涡轮58可驱动单个发电机。图2为根据本技术的方面的用于发电的发电系统100的另一实施例的简图。更具体而言，图2为通过使用太阳能预热的混合型联合循环来发电的发电系统100的示意性示图。发电系统100可包括用于聚集来自于太阳110的太阳光线和从太阳光线吸收热量的太阳能场和接收器102。在一个实施例中，如图2中所示，太阳能场和接收器102可包括多个双轴式循迹反射镜104，106，108、塔架112和接收器114，为了方便起见，仅示出了三个反射镜。多个双轴式循迹反射镜104，106，108可取决于太阳110的方向使其自身重新定向，以便聚集从太阳110所接收的最大量的太阳光线。应注意的是，尽管当前构思出的构造将太阳能场和接收器102描绘为包括三个反射镜104，106，108，但在一些其它实施例中，太阳能场和接收器102中的反射镜可包括少于或多于三个的反射镜。此外，在一个实施例中，太阳能场和接收器102的接收器114可安装在塔架112的顶上。如图2中所示，由多个双轴式循迹反射镜104，106，108聚集的太阳光线可朝向接收器 114反射。在备选实施例中，次级反射镜(图2中未示出)可安装在塔架112的顶上，而地面接收器(图2中未示出)可位于地面上。在此种实施例中，次级反射镜可将从多个双轴式循迹反射镜104，106，108所接收的太阳光线朝地面接收器重新定向。此外，可注意到的是，尽管在当前构思出的构造中，太阳能场和接收器102包括多个双轴式循迹反射镜104， 106，108，但在一些实施例中，太阳能场和接收器102可改为包括抛物面槽、碟式聚集菲涅尔反射器等。此外，接收器114可包括用以从太阳能光线吸收大量热量的太阳能流体。如前文参照图1所述，用语"太阳能流体"可用于指代吸收太阳光线热量的流体。例如，太阳能流体可包括熔融盐、熔融金属、共晶合金如镓铟锡合金(68. 5% Ga,21. 5% InU0% Sn)、导热油、水、蒸汽或加压空气。通过接收器114中的太阳能流体吸收热量会升高太阳能流体的温度，导致产生加热的太阳能流体。在一个实施例中，加热的太阳能流体的温度可在大约 300°C至大约1000°C的范围内。此外，在一个实施例中，发电系统100可选地包括用于储存从太阳能场和接收器 102所接收的加热太阳能流体的加热太阳能流体缓冲容器116。加热太阳能流体缓冲容器 116可从接收器114接收加热的太阳能流体。例如，加热太阳能流体缓冲容器116可在太阳辐射中断或减少期间和夜间供送加热的太阳能流体，从而防止在非晴天期间或夜间中断供送加热的太阳能流体至发电系统100。此外，如在当前构思的构造中所示，来自于加热太阳能流体缓冲容器116的加热太阳能流体的第一部分可经由管线118传输至太阳能预热器122。在一个实施例中，太阳能预热器122可为太阳能预热器18 (见图1)。太阳能预热器122可从燃气涡轮发动机1 中的高压压缩机(HPC) 134经由管线136接收压缩的排出空气。根据本发明的另外方面，燃气涡轮发动机1 可选地还包括低压压缩机 (LPC) 130，以及可操作地联接到LPC 130和HPC 134上的中间冷却器128。LPC 130可压缩从入口 132所接收的空气，从而产生压缩空气。空气的压缩导致压缩空气温度的升高。随后，压缩空气可通过中间冷却器1 冷却以产生冷却压缩空气。冷却压缩空气还可由HPC 134压缩以产生压缩的排出空气。在一个实施例中，压缩的排出空气的温度可在大约300°C至大约500°C的范围内。应注意的是，可选包括中间冷却器1 可引起发电系统100的高效率和低温度的压缩排出空气。另外，在一个实施例中，当LPC 130和中间冷却器1 未包括在燃气涡轮发动机126中时，空气可由HPC 134单独压缩以产生压缩的排出空气。此外，在一个实施例中，太阳能预热器122可包括热交换器，该热交换器将从加热太阳能流体缓冲容器116所接收的加热太阳能流体的第一部分的热量传输至从HPC134经由管线136所接收的压缩排出空气。加热太阳能流体的第一部分的热量传输至压缩的排出空气会升高压缩的排出空气的温度和降低加热太阳能流体的第一部分的温度。随着太阳能预热器122内的加热太阳能流体的第一部分温度降低，结果可产生冷却的太阳能流体。冷却的太阳能流体然后可从太阳能预热器122经由管线138传输至冷缓冲容器140中。如图 2中所示，冷却的太阳能流体142可储存在冷缓冲容器140中。此外，冷却的太阳能流体142 可从冷缓冲容器140经由管线144传输至接收器114。应注意的是，尽管在当前构思的构造中太阳能场和接收器102包括用于储存加热太阳能流体的加热太阳能流体缓冲容器116和用于储存冷却的太阳能流体的冷缓冲容器140，但在一些实施例中，单个容器可用于泵送或储存加热的太阳能流体和冷却的太阳能流体。类似的是，在升高太阳能预热器122内的压缩排出空气的温度之后，可产生加热的压缩空气。如前文所述，加热的压缩空气的温度可在大约700°C至大约1000°C的范围内。 此外，在一个实施例中，加热的压缩空气的温度可大致类似于加热的太阳能流体的第一部分。继续参看图2，系统100可包括可操作地联接到太阳能预热器122上的燃烧器 148。燃烧器148从太阳能预热器122经由管线146接收加热的压缩空气。在一个实施例中，燃烧器148使用加热的压缩空气来燃烧从入口 150所接收的燃料，以产生热焚烧气体。 在一些实施例中，热焚烧气体的温度可在大约1200°C至大约1500°C的范围内。此外，热焚烧气体可经由管线152传输至燃气涡轮发动机126中的高压涡轮 (HPT) 154。在一个实施例中，HPT巧4可为第一涡轮观(见图1)。热焚烧气体然后可在HPT 154中膨胀，从而导致产生第一膨胀气体。如在当前构思出的构造中所示，HPT巧4可操作地联接到再热器156上。在一个实施例中，再热器156可从入口 158接收燃料。再热器156 可使用第一膨胀气体来燃烧从入口 158所接收的燃料，以产生加热的第一膨胀气体。加热的第一膨胀气体然后在低压涡轮LPT160中膨胀以产生排出气体。另外，如图2中所示，系统100可包括与LPT 160在操作上相关的第一发电机162。此外，如在当前构思出的构造中所示，排出气体可从LPT 160经由管线164传输至热回收蒸汽发生器(HRSG) 166。在一个实施例中，HRSG 166使用排出气体来产生加热的工作流体。HRSG 166可选地包括辅助高压锅炉/过热器(aUX_HPB/^)168、辅助中压过热器 (aux_IPS)170、高压蒸发器(HPE) 172、中压锅炉(IPB) 174、低压锅炉/过热器(LPB/S) 176、 中压蒸发器(IPE) 178和低压蒸发器(LPE) 180中的一个或多个，以产生处于不同压力水平的蒸气。此外，如图2中所示，HRSG 166可操作地联接到冷凝器200上。冷凝器200使流体冷凝以产生冷凝流体，该冷凝流体然后传输至HRSG 166。如图2中所示，冷凝器200冷凝从低压涡轮(LPT) 198所接收的流体以产生冷凝流体。如本文所用，用语"冷凝流体"可用于指代可用于产生蒸气的流体。例如，冷凝流体可包括水或有机流体，如适于在兰金循环中使用的碳氢化合物。此外，在一个实施例中，冷凝器200可将冷凝流体经由管线202传输至 HRSG 166中的LPE 180。冷凝器200可通过泵206以期望压力将冷凝流体泵送给LPE 180。 在一个实施例中，LPE 180可通过使用排出气体的热量加热冷凝流体而产生低压蒸气和/ 或低压加热流体。在一个实施例中，低压蒸气和/或低压加热流体的压力可为大约4. 5巴 (bar)。另外，在一些实施例中，低压蒸气或低压加热流体的温度可为大约320°C。此外，如图2中所示，LPE 180然后可将低压蒸气和/或低压加热流体经由管线 210传输至IPE 178和LPB/S 176。如图2中所示，LPE 180可通过泵208将低压蒸气和/ 或低压加热流体泵送至IPE 178。因此，IPE 178可通过使用排出气体的热量加热低压蒸气和/或低压加压流体以产生中压流体。类似的是，在一个实施例中，LPB/S 176可产生低压蒸气。由IPE 178产生的中压蒸气的压力例如可为大约35bar。此外，由IPE 178产生的中压流体的温度可为大约620°C。在一个实施例中，由LPB/S 176产生的低压蒸气的压力可为大约4. ^ar。在另一实施例中，由LPB/S 176产生的低压蒸气的温度可为大约320°C。此外，IPE 178还可将中压流体经由管线216传输至LPB/S 176、IPB 174和HPE 172。IPB 174可产生中压蒸气。在一个实施例中，中压蒸气可在期望的压力下通过泵212 传输至HPE 172。在一个实施例中，HPE 172可通过加热中压流体而产生高压流体。此外，aux_IPS 170可从IPB 174经由管线218接收中压蒸气。在一个实施例中， IPB 174可通过三通阀214将中压蒸气经由管线IM传输至太阳能中压再热器/过热器 SIPR/S 182。如本说明的后续部分中所述，SIPR/S 182例如可通过使用加热太阳能流体的第二部分的热量加热中压蒸气而产生过热的中压太阳能蒸气。此外，IPB 174作为备选可将中压蒸气经由三通阀214传输至aux_IPS 170。aux_IPS 170可产生过热的中压蒸气。过热的中压蒸气的压力可为大约35bar。此外，过热中压蒸气的温度可为大约620°C。此外，如图2中所示，三通阀220可由HPE 172用来将高压流体传输至aux_HPB/S 168和太阳能高压蒸发器/过热器(SHPB/S) 184。如图2中所示，HPE 172可使用管线186 将高压流体传输至三通阀220。此外，高压蒸气可从三通阀220经由管线222传输至SHPB/ S 184。在一个实施例中，aux_HPB/S 168可产生具有大约180bar的压力和大约620°C的温度的过热蒸气。此外，如前文所述，SIPR/S 182和SHPB/S 184可分别从IPB 174接收中压蒸气和从HPE 172接收高压流体。如图2中所示，SIPR/S 182和SHPB/S 184还可从太阳能流体缓冲容器116经由管线120接收加热太阳能流体的第二部分。SHPB/S 184可通过使用加热太阳能流体的第二部分加热高压流体而产生过热的高压太阳能蒸气。类似的是，SIPR/S 182 可通过使用加热太阳能流体的第二部分加热中压蒸气而产生过热的中压太阳能蒸气。如本文所用，用语"高压太阳能蒸气"可用于指代可使用太阳能产生的高压蒸气。类似的是，如本文所用，用语"中压太阳能蒸气"可用于指代可使用太阳能产生的中压蒸气。此外，在一些实施例中，由SHPB/S 184产生的过热高压太阳能蒸气和由HRSG 166 中的aUX_HPB/S 168产生的过热蒸气可经由管线188传输至高压涡轮(HPT) 192。过热高压太阳能蒸气和过热蒸气可由HPT 192用来驱动第二发电机204。在一个实施例中，第二发电机204可为第二发电机62(见图1)。类似的是，由SIPR/S 182产生的过热中压太阳能蒸气和由aux_IPS 170产生的中压蒸气可经由管线190传输至中压涡轮(IPT) 194。此外，由 LPB/S 176产生的低压蒸气可由低压涡轮(LPT) 198经由管线2 接收。此外，如在当前构思的构造中所示，LPT 198、IPT 194和LPT 192安装在用以驱动第二发电机204的轴2M上。图3为示出根据本技术的方面的示例性发电过程的流程图300。如图2中所示，参考标号302可表示加热的太阳能流体，而参考标号304可表示空气。如前文参照图1和图2 所示，加热的太阳能流体302可通过加热太阳能场和接收器中的太阳能流体而产生。此外， 压缩的排出空气可在步骤306处通过压缩空气304而产生。例如，空气304可由压缩机压缩。此外，在步骤308，压缩的排出空气可经受加热以产生加热的压缩空气。如前文参照图 1和图2所述，压缩的排出空气可在太阳能预热器或太阳能热交换器中加热。太阳能预热器或太阳能热交换器通常使用加热的太阳能流体302的第一部分来加热压缩的排出空气。此外，在步骤310，热焚烧气体可通过在燃烧器中燃烧加热的压缩空气来产生。在步骤312，热焚烧气体在高压涡轮中膨胀以产生第一膨胀气体。第一膨胀气体然后使用燃料在再热器中燃烧，以产生加热的第一膨胀气体314。第一加热膨胀气体然后在低压涡轮中膨胀以产生排出气体318。如图3中所示，在一个实施例中，在步骤316热焚烧气体和加热的第一膨胀气体可用于驱动第一发电机。此外，在另一实施例中，在步骤316第一膨胀气体和排出气体可用于驱动第一发电机。继续参看图3，产生了蒸气和加热的工作流体320。例如，蒸气可包括过热蒸气。如前文参照图1和图2所述，加热的工作流体和蒸气可由热回收蒸汽发生器产生。加热的工作流体、蒸气的一部分和加热的太阳能流体的第二部分都可用于产生太阳能蒸气322。例如， 太阳能蒸气可由太阳能过热器、太阳能蒸发器、太阳能再热器、太阳能锅炉或它们的组合产生。此外，第二发电机可受到驱动324。尽管本文仅示出和描述了本发明的一些实施例，但本领域的技术人员可想到一些修改和变化。因此，应理解的是所附权利要求意图涵盖落入本发明的真正精神内的所有这些修改和变化。
权利要求
1.一种发电系统(10)，包括:太阳能预热器(18)，其用于使用加热的太阳能流体的第一部分预热压缩的排出空气以产生加热的压缩空气；燃烧器(36)，其可操作地联接到所述太阳能预热器(18)上，用以 从所述太阳能预热器(18)接收所述加热的压缩空气； 使用所述加热的压缩空气焚烧燃料以产生热焚烧气体； 第一涡轮( )，其可操作地联接到所述燃烧器(36)上，用以 从所述燃烧器(36)接收所述热焚烧气体； 使所述热焚烧气体膨胀以产生排出气体；热回收蒸汽发生器(46)，其可操作地联接到所述第一涡轮(28)上，用以 从所述第一涡轮08)接收所述排出气体； 使用所述排出气体加热冷凝的流体以产生蒸气；太阳能蒸发器/过热器(22)，其可操作地联接到所述热回收蒸汽发生器06)上，用以从所述热回收蒸汽发生器G6)接收加热的工作流体；通过使用所述加热的太阳能流体的第二部分加热所述加热的工作流体而产生太阳能蒸气；以及第二涡轮(58)，其构造成用以使用从所述热回收蒸汽发生器06)所接收的蒸气和从所述太阳能蒸发器/过热器0 所接收的所述太阳能蒸气而驱动第二发电机(62)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括用以聚集太阳光线和加热太阳能流体以产生加热的太阳能流体的太阳能场和接收器(12)。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述太阳能预热器(18)可操作地联接到所述太阳能场和接收器(1 上以接收加热的太阳能流体的第一部分。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述太阳能蒸发器/过热器02)可操作地联接到所述太阳能场和接收器(1 上以接收加热的太阳能流体的第二部分。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述太阳能预热器(18)与压缩机06)在操作上相关以从所述压缩机06)接收压缩的排出空气。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述压缩机06)包括 低压压缩机(130)，其用以从入口(132)接收空气；将空气(304)压缩至期望的压力水平以产生压缩空气；中间冷却器(1 )，其可操作地联接到所述低压压缩机(130)上，且构造成用以 从所述低压压缩机(130)接收所述压缩空气； 冷却所述压缩空气以产生冷却的压缩空气；高压压缩机(134)，其可操作地联接到所述中间冷却器(128)上，用以 从所述中间冷却器(128)接收所述冷却的压缩空气； 压缩所述冷却的压缩空气以产生压缩的排出空气。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一涡轮08)包括 高压涡轮(巧4)，其可操作地联接到所述燃烧器(148)上，用以从所述燃烧器(148)接收热焚烧气体；使所述热焚烧气体膨胀以产生第一膨胀气体；再热器(156)，其可操作地联接到所述高压涡轮上，用以从所述高压涡轮(154)接收所述第一膨胀气体；使用所述第一膨胀气体燃烧燃料以产生第一加热膨胀气体；以及低压涡轮(160)，其可操作地联接到所述高压涡轮(154)和所述再热器(156)上，且构造成用以使从所述再热器(156)所接收的第一加热膨胀气体膨胀以产生排出气体。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括用以产生冷凝的流体的冷凝器(200)。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括与所述第一涡轮在操作上相关以发电的第一发电机(162)。
10.一种发电系统(100)，包括太阳能预热器(122)，其用于使用加热的太阳能流体的第一部分预热压缩的排出空气以产生加热的压缩空气；燃烧器(148)，其可操作地联接到所述太阳能预热器上，用以 从所述太阳能预热器(12 接收所述加热的压缩空气； 使用所述加热的压缩空气焚烧燃料以产生热焚烧气体； 高压涡轮(巧4)，其可操作地联接到所述燃烧器上，用以 从所述燃烧器(148)接收所述热焚烧气体； 使所述热焚烧气体膨胀以产生第一膨胀气体； 再热器(156)，其可操作地联接到所述高压涡轮上，用以 从所述高压涡轮(154)接收所述第一膨胀气体； 使用所述第一膨胀气体燃烧燃料以产生第一加热膨胀气体；低压涡轮(160)，其可操作地联接到所述高压涡轮(154)和所述再热器(156)上，以使从所述再热器(156)所接收的所述第一加热膨胀气体膨胀而产生排出气体；热回收蒸汽发生器(166)，其连接到所述低压涡轮(160)上，通过利用从所述低压涡轮 (160)所接收的排出气体加热冷凝的流体而产生蒸气；以及太阳能蒸发器/过热器(182，184)，其可操作地联接到所述热回收蒸汽发生器(166) 上，用以从所述热回收蒸汽发生器(166)接收加热的工作流体和蒸气； 通过使用所述加热的太阳能流体的第二部分加热所述加热的工作流体而产生太阳能蒸气；以及第二涡轮(192)，其用以使用从所述热回收蒸汽发生器(166)所接收的蒸气和从所述太阳能蒸发器/过热器(182，184)所接收的太阳能蒸气而驱动第二发电机004)。
全文摘要
本发明涉及用于使用太阳能发电的系统。具体而言，提出了一种发电系统(10)，其包括用于预热压缩排出空气的太阳能预热器(18)；燃烧器(36)，其从太阳能预热器(18)接收加热的压缩空气，使用加热的压缩空气焚烧燃料以产生热焚烧气体；第一涡轮(28)，其从燃烧器(36)接收热焚烧气体，使热焚烧气体膨胀以产生排出气体；热回收蒸汽发生器(46)，其从第一涡轮(28)接收排出气体，通过使用排出气体加热冷凝流体而产生蒸气；太阳能蒸发器/过热器(22)，其从热回收蒸汽发生器(46)接收加热的工作流体，通过加热该工作流体而产生太阳能蒸气；以及第二涡轮(58)，其使用蒸气和太阳能蒸气而驱动第二发电机(62)。
文档编号F03G6/06GK102182652SQ20101058742
公开日2011年9月14日 申请日期2010年12月1日 优先权日2009年12月1日
发明者K·R·朗, P·帕拉富克斯, S·W·弗罗伊恩德 申请人:通用电气公司