专利名称：高功率塔接收器构造的制作方法
技术领域：
本发明涉及高功率塔接收器构造。本发明的主题本发明涉及塔太阳能聚集发电设备中的接收器的构造，其中在蒸发器、过热器以及用于在定日镜场进行白适应动态控制的部件之间进行物理分离，以便通过有效的并且控制的方式获得过热蒸汽，所述构造确保所述太阳能发电设备在其以下各种应用中具有连续的耐久性并且正常运行:发电、工艺用热发电、太阳能燃料发电以及热化学工艺应用。所提出的面板构造对于发电设备有效，其中，热载体流体为水蒸气或者技术上等效的任何其他流体，比如，油、盐等，并且这不偏离本发明的本质或者权利要求书内所限定的范围。
背景技术：
为了增大到达地球的太阳能辐射流的密度，使用太阳能热力发电设备(STP)能够光学聚集所述辐射，从而能够聚集高达1，000太阳能量(来自于太阳的直接太阳能辐射的1，000倍)，因此，在热载体流体中实现更高的温度。目前研制了三种主要的技术来用于太阳能发电设备中:中央接收器、抛物面槽式集热器、以及Stirling圆盘。所有这些技术都仅仅使用太阳能辐射的直射分量(直接照射在物体表面上的分量，direct component),这促使这些技术具有太阳监测装置。1、中央接收器系统(3D)使用具有较大表面面积(每单位40 — 125m2)的被称为定日镜的反射 镜，这种反射镜具有控制系统，以便将直射的太阳能辐射反射到位于塔的上部上的中央接收器上直射的太阳能辐射。在这种技术中，聚集的太阳能辐射将接收器内的流体加热到高达1，000° C的温度，来自于该流体的热能然后可用于发电。2、在抛物面槽式集热器(2D)中，直射的太阳能辐射由抛物面窥视镜反射，这些窥视镜将直射的太阳能辐射聚集在流体流过的接收器管或吸收器中。由于聚集的太阳能辐射以400° C的最大温度影响流体，所以这种流体升温。这样，太阳能辐射转换成热能，该热能随后用于通过Rankine水/蒸汽循环进行发电。这种技术的一种变化为Fresnel线性聚集系统，其中，抛物面反射镜通过Fresnel离散化由更小的反射镜替代，这种更小的反射镜可为扁平的或者这种更小的反射镜的轴线具有较小的曲率，并且通过控制其轴向方位，该种反射镜能够将太阳能辐射聚集在吸收器管上，在这种应用中，吸收器管通常保持固定。3、Stirling抛物面圆盘系统(3D)使用安装在回转抛物线上的反射镜表面，这些反射镜在特定的焦点上反射并且聚集太阳光线，其中，在该接收器内，将Stirling发动机的工作流体加热。这种发动机反过来激活小型发电机。在中央接收器系统内，水一蒸气技术目前为最传统的技术，因为这种技术已经用于这种发电设备中，比如，西班牙CESA — 1、PS10、以及PS20电厂，以及用于美国Solar One电厂。在PSlO和PS20蒸汽中，在255° C的温度和45巴下，在太阳能接收器中生成饱和蒸汽。所生成的并且与饱和液体混合的蒸汽被传送给容器，其中，在相位之间发生分离，用于将饱和的蒸汽传送给涡轮机并且将液体送回太阳能接收器。在CESA— I和Solar One中，在500° C的温度和IOMpa(100巴)下，在太阳能收器中生成并且过度加热蒸汽，并且将蒸汽直接传送给涡轮机。为了减少瞬态影响(流云(passing clouds)等)，使用储存系统(CESA — I电厂中的熔盐以及Solar One中的油/岩石温跃层)。这个构思为第一个被测试的构思，因为这个构思允许在热电厂中调换常用技术，并且允许离开太阳能接收器的蒸汽直接进入涡轮机。过热蒸汽的使用可允许在发电设备中使用更有效的热动力循环。生成过热蒸汽的太阳能技术的难点在于接收器必须进行操作的所要求的温度条件。其管道的壁部在室温、提供给这种接收器的蒸汽的温度(250到310° C)、以及在540° C的温度下生成过热蒸汽所需要的壁部温度(高于600° C)之间连续进行热循环。与在其几乎所有的部件共同的温度(工作压力下的饱和温度)下生成饱和蒸汽的接收器不同，具有过热蒸汽的接收器将其管道的温度提高得越高，这些接收器就越靠近蒸汽出口区域。20世纪80年代在CESAl和Solar One过热蒸汽接收器中进行的实验中遇到的困
难主要集中在两方面: 缺少系统控制，尤其在瞬态、云通过时，这主要是因为过热蒸汽的热性能较差； 在这两种接收器中，最常见的结构性缺点在于裂缝的外现。较大的温差产生的热应力造成在子面板之间进行间隙焊接时具有裂缝的外观。当子面板中的水在饱和温度下朝着上部分流动时，主要在停止期间出现这种饱和，其中，温度依然为过热蒸汽的温度，而在相邻的子面板内未出现这种现象； 在高压下作 业，需要更厚的管道壁，这一问题需要较高的热梯度，以便将高功率密度传递给热载体流体。专利W02008 / 012390描述了太阳能锅炉，其使用饱和蒸汽和过热蒸汽接收器的组合，其中，在通过定日镜场所收集的辐射所入射的塔中，具有单个有源壁，表示较强的热应力，具有所提出的构造的材料经受这种热应力，此外，本发明的目标在于大幅减小这种应力。同样，专利US2008 / 0078378使用槽式接收器，这种接收器结合了饱和以及过热蒸汽接收器，准确地说，由于这些接收器的槽式布置，所以具有上述缺点，由于温度分布不均匀，所以需要采取特殊的措施来保护免受材料中的热应力，这种热应力对接收器的使用寿命具有负面影响。如下进行描述的本发明试图利用高温蒸汽的优点，解决现有技术中存在的上述问题，实现更大幅度地控制发电设备，从而有利于电厂及其部件(主要为接收器)具有稳定性和耐久性。
发明内容
作为本申请的主题的高功率塔接收器构造解决了上述问题，也提供了其他附加的益处，通过以下描述，这些益处显而易见。所提出的接收器构造可相对于定日镜场包括一个或多个区域或方向，从而能够最大限度地使用太阳能辐射的入射。每个接收器区域包括两个或更多的相互独立的模块。这些模块的目的可在于生成饱和蒸汽或者在于将这种蒸汽过度加热。模块位于任一区域内，这些模块被布置成，某些模块在给定其位置的情况下将在其正面及其背面上均接收辐射。每个模块(无论是饱和蒸汽模块还是过热蒸汽模块)由一个或多个面板构成。这些面板由水平管或竖直管构成。而且，在给定模块位置的情况下，每个区域内最外面的面板可在两侧上均被辐射。因此，两个区域可共享同一个模块。在此处所描述的本发明提供了一种用于蒸发模块和过热模块的构造，其用于塔太阳能发电设备，所述塔太阳能设备使用围绕所述塔的具有多种聚集点的定日镜。本发明还包括用于这两种模块(蒸发器和过热器)的定日镜场定向策略，这些策略较为灵活，从而根据需要将定日镜的定向从一种模块变到另一种模块。这些控制策略将包括对定日镜场进行自适应动态控制，用于两个目的。第一个目的在于，保持最佳的压力和温度条件，以便进入涡轮机。第二个目的在于，尽可能均匀地提供能量，以便将接收器面板内的热应力最小化。为此，根据当前的需求以及可用的辐射，定日镜场被定向为朝向任一区域内的任一模块(蒸发器或过热器)。因此，定日镜的一部分被定向为朝向蒸发模块，另一部分朝向过热模块，从而更好地控制发电设备并且实现更好的设备稳定性。本发明的另一个益处在于由定日镜所反射的辐射在过热蒸汽模块的正面和背面上入射。迄今为止，在辐射仅仅入射在一侧上的面板内，已经成功地测试了生成饱和蒸汽。在这些情况下，在再循环时饱和流体的巨大流量所实现的高对流系数以及流过蒸发器的流体的较低温度防止了过高的金属温度。然而，对于辐射仅仅入射在一侧上并且蒸汽以非常高的温度循环的过热蒸汽接收器而言，预期在某些区域内具有高于65`°的金属温度。本文中所描述的构造能够减小过热模块中的金属温度，从而确保技术效益。当模块在两侧上均接收辐射时，对于特定热功率而言，最大流量(W / m2)可减小一半(如果面板尺寸保持不变的话)，这是因为待辐射的可用接收器表面为两倍大(先前仅仅使用了一个面板侧)。另一方面，如果对于特定热功率而言，如果面板尺寸减小一半，那么流量峰值会与在一侧上辐射面板的构造的情况相等，但是面板的成本会低得多，这是因为其尺寸减小了一半。在这种情况下，即使保持流量峰值不变，只要照射以更均匀的方式到达面板(在两侧上均是均匀地照射)，面板所经受的热应力就会低得多。在任何情况下，由于与仅仅在一侧上入射的情况相比，该模块具有更均匀的热供应，所以应力更低并且变形更均匀，从而材料实现更长的使用寿命。上述益处对于热载体流体并不是水/蒸汽的情况也是有效的。因此，使用油、盐或任何其他流体的发电设备也可得益于先前已经描述的内容。
为了补充先前的描述并且为了帮助更好地理解本发明的特征，现在根据随同这个说明书的多幅视图来详细描述优选的实施例，其中，仅仅为了定向，而非用于进行限制，已经提出了以下视图:
图1示出了具有四个饱和模块和四个过热模块的接收器构造的方案。辐射从定日镜场的各个侧边到达模块，并且辐射仅仅入射到饱和模块的其中一侧，入射在过热模块的两侧上；图2示出了所提出的接收器构造以及具有这种性质的发电设备中的主要装备的三维图。在这两幅图中，参考标号与以下部件和物品对应:1、定日镜。2、中央塔。3、区域(方向)。4、饱和模块(蒸发器)。5、容器。 6、过热模块(过热器)。细节、形式、尺寸和其他附属物品以及作为本发明的目标的高功率塔接收器构造中所使用的材料可根据需要由技术上等效的并且不背离本发明的本质或以下权利要求书所定义的范围的其他细节、形式、尺寸、物品以及材料代替。
具体实施例方式本发明涉及一种位于塔中的太阳能接收器构造，具有多个方向(或区域)。图1描述了根据本发明的太阳能发电设备所接收的优选实施例，其包括四个区域
3、一组饱和蒸汽模块4 (蒸发器)、以及用于将所生成的蒸汽过度加热的一组过热蒸汽模块6 (过热器)。这个优选实施例在塔2的顶部上对模块的构造或位置具有以下设计:四个饱和蒸汽模块4和四个过热蒸汽模块6,其中饱和蒸汽模块4的侧边定向成与两个模块中的每一个均垂直，并且过热蒸汽模块6通过其侧边而相对于两个饱和模块4中的每一个均形成一个角度。每个区域3具有三个模块，即一个蒸发模块4以及两个过热模块6，使得过热模块6位于每个区域3最外面的部件上。这样，按照这种新颖的构造，过热蒸汽模块6在两侧上接收太阳能辐射7，两个区域3因此共享一相同过热模块6。由于所描述的构造能够使得在整个场内分布的定日镜I根据需要指向蒸发模块4或指向两个不同的过热模块6，所以本文中所描述的本发明还优化了在模块4、6中传递给流体的定日镜场I的能量。当均匀地分布来自于定日镜I的能量时，这提供了很大的灵活性，这种灵活性根据一天的时间或天气条件变化。这些不平衡可由模块4、6和定日镜I的构造补偿，有利于发电设备操作的关键工艺变量的稳定性。所描述的构造也能够相对于太阳能场对瞬态(流云)或其他意外事件做出快速反应，并且简化其控制要求，犹如相对于塔2以相同方向定位的一组定日镜I受到流云的影响，功率减小同等地影响位于相同区域内的饱和蒸汽模块4和过热模块6，并且因此同等地影响它们的蒸汽产生，从而消除了这两种模块中的外部条件的差异造成的控制问题，这是因为饱和蒸汽模块4供应过热蒸汽模块6。本发明仅仅需要对定日镜方向和处理部件控制策略(泵和阀)进行最小修改，以便在瞬态的情况下在过热模块6的出口处保持压力和温度条件。如果由于任何其他原因而在场的一个部分中不能使用定日镜1，那么也会发生这种情况。任何其他接收器构造(其中场的一个部分中的定日镜I仅仅朝着蒸发器4或过热器6定向)缺少这个益处。图2包括接收器的细节，其中，来自蒸发器模块4的热载体流体在过热模块中被过度加热到高达大约540° C的温度。考虑到其位置时，过热蒸汽模块6在两侧上均可被定日镜场I福射，从而两个区域3共享一个过热蒸汽模块6。容器5位于蒸汽模块4和过热模块6之间，其目的在于分离液相水和进入过热器的水蒸气。即使本说明书将蒸汽描述为热载体流体，但是也不排除能够将这种接收器构造用于其他类型的流体中，比如·，熔盐。
权利要求
1.一种高功率塔接收器构造，用于塔太阳能设备，所述塔太阳能设备使用围绕所述塔的定日镜，其特征在于，所述接收器构造包括一个或多个区域，每个区域均包括两个或多个模块(4、6);所述模块(6)相对于附近的模块(4)以特定角度布置；允许所述模块(6)在两侧上均被辐射(7)。
2.根据权利要求1所述的高功率塔接收器构造，其特征在于，所述模块(4、6)相互独立。
3.根据权利要求1所述的高功率塔接收器构造，其特征在于，一模块(6)由两个区域(3)共享。
4.根据权利要求1所述的高功率塔接收器构造，其特征在于，所述构造包括多个区域，并且每个模块(4)定向成相对于与其相邻的另一个区域中的模块(4)垂直。
5.根据权利要求1所述的高功率塔接收器构造，其特征在于，每个模块(4、6)由一个或多个面板构成。
6.根据权利要求5所述的高功率塔接收器构造，其特征在于，在一区域内，模块(4)包括饱和蒸汽面板，并且模块(6)包括过热蒸汽面板。
7.根据权利要求5所述的高功率塔接收器构造，其特征在于，在一区域内，所有模块(4.6)包括饱和蒸汽面板。
8.根据权利要求5所述的高功率塔接收器构造，其特征在于，在一区域内，模块(4)包括过热蒸汽面板，并且模块(6)包括饱和蒸汽面板。
9.根据权利要求5所述的高功率塔接收器构造，其特征在于，在一区域内，所有模块(4.6)包括过热蒸汽面板。
10.根据权利要求1所述的高功率塔接收器构造，其特征在于，所述接收器包括水平管或竖直管。
11.根据权利要求1所述的高功率塔接收器构造，其特征在于，所述构造适用于这样的发电设备，在该发电设备中，热载体流体为水蒸气或者技术上等效的任何其他流体，比如，油或盐。
12.根据权利要求1所述的高功率塔接收器构造，其特征在于，所述定日镜根据需要将太阳能福射(X)引向一个模块(4)或另一个模块(6)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的高功率塔接收器构造，其特征在于，所述构造包括四个区域，并且每个区域均具有三个模块。
14.根据权利要求13所述的高功率塔接收器构造，其特征在于，每个区域均包括一个饱和蒸汽模块(4)和两个过热蒸汽模块(6)。
全文摘要
一种接收器，其在塔太阳能聚集发电设备中具有饱和蒸汽太阳能模块并且过热蒸汽太阳能模块的构造，其中，所述构造允许辐射在所述过热蒸汽模块的两侧上入射，由于其耐久性以及对发电设备的全面控制，从而提供了明显的效果。
文档编号F03G6/06GK103250011SQ201180050894
公开日2013年8月14日 申请日期2011年10月19日 优先权日2010年10月20日
发明者乔斯·玛丽亚·门德斯·马科斯, 劳尔·纳维奥·希拉韦特 申请人:阿文戈亚太阳能新技术有限公司