用于基于热太阳能和生物质和矿物燃料的能源系统的改进混合化系统的制作方法
【专利摘要】一种在混合化能量发电厂（35、50、60、70）中使用的混合化系统（15），其包括由太阳能提供能源的第一热能单元（10）和第二非太阳能热能单元（11），它们分别通过第一和第二传热流体（HTF）向用户（16）提供热能。所述混合化系统包括混合单元（45），用于直接或间接地混合第一和第二传热流体的热能，从而形成向用户馈送的统一传热流体。在一些实施例中，热能存储单元（28）和混合单元（45）直接或间接耦接到第一和第二热能单元，用于接收、存储和混合来自热能单元的热能，从而直接或间接地形成向用户馈送的统一传热流体。
【专利说明】用于基于热太阳能和生物质和矿物燃料的能源系统的改进混合化系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及热电联合(CHP)的应用。
【背景技术】
[0002]太阳能发电面临的一个基本问题是它依赖于不可预测的和可变的能量源。在某种程度上，该问题可以通过使用热能储存系统得到减轻，该热能储存系统能够将太阳能的可用性延长至超过白天的时间，如果存储量足够大甚至达到24小时，但在低辐射或者没有辐射时间段之后，即使存储系统也不能提供使得发电厂能够可靠地递送基本负荷电力所需的能量。简单地说，实际地建造一种利用太阳能的发电容量，其完全有能力进行基本负荷和可管理的调度，而不需要为太阳能补充一些其它的热能源。
[0003]采用的方法继而是为从太阳辐射产生的热能补充来自辅助源的热能。该辅助源通常是矿物燃料，例如液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)或蒸馏物。这些燃料是优选的，因为燃烧这些燃料的锅炉和加热器可以设计成快速起动和停止、循环作业和低负荷作业。这些特性补充了太阳辐射的变化性和不可预测性，并产生了稳定的发电容量。
[0004]然而，这类系统不解决构建基本负荷发电的真正可再生能源的基本问题，因为它依赖于不可再生的矿物燃料以便调度和补充。
[0005]另一种可替换方案是使用一种可再生的辅助燃料，如生物质。配置和控制将是一个问题，这由本发明解决。
[0006]热太阳能场与生物质系统的有效混合涉及混合两种不同来源的热能，并且无缝地将该能量输送到功率模块用于发电。该过程的总体方案在图1中示意性地示出。
[0007]因此，在图1中，热能获取自使用太阳辐射作为主要能量来源(CSP)的太阳能场10和使用诸如炭火、有机废料城市垃圾以及其它非太阳能热能来源(BM)的能量源的生物质系统11。来自这两种不同来源的热能被馈送到混合化系统15，所述混合化系统15利用具有不同特性的两个系统的混合，即根据阳光照射的太阳能波动，同时生物质系统跟随太阳能系统变化的能力是有限的。混合化系统15馈送热能，所述热能最终由产生电力17的涡轮发电机16或由其它热能用户使用。
[0008]图2示意性地示出了与太阳能蒸汽发生器21并联布置的生物质燃烧锅炉20，并且能够被用于在馈送到涡轮机(诸如图1中的16)之前在很少或没有太阳辐射的时候部分或者完全补充蒸汽输出。这种配置以简单的方式在蒸汽供应到涡轮机时用系统集成结合了这两种技术。来自太阳能场10的传热流体22通过第一阀门23被馈送到太阳能蒸汽发生器21，并且冷却器传热流体24被泵25抽回太阳能场。所述太阳能蒸汽发生器21产生的蒸汽26与生物质燃烧锅炉20产生的蒸汽被并行馈送到涡轮机，并且冷凝剂27返回到生物质燃烧锅炉20和太阳能蒸汽发生器21两者，其中它被不间断循环再加热。为了在即使没有阳光照射的情况下利用太阳热能，热能储存器(TES)28可以通过第二阀门29耦接到太阳能蒸汽发生器21。在白天期间存储在TES28中的太阳热能可以在夜间使用，以通过关闭第一阀门23并开启第二阀门29为太阳能蒸汽发生器21供电。
[0009]然而，这种解决方案的效果需要锅炉具有部分负荷(调低)能力，以及当太阳能场不能输送100%的蒸汽需求时响应于涡轮机的补充热量需求的“快速响应”起动能力。典型地，生物质锅炉的燃烧室只能以有限的速率加热(大约每小时100°c )，这意味着从冷开始起动的时间是数小时。每次起动包含热损耗，直到系统达到工作状况。在经历频繁起动和停止的应用中-如这里的情形那样-起动损耗是显著的。
[0010]此外，生物质锅炉调低通常被限制在全负荷的50%?70%。因此，在基本负荷运行期间，当锅炉可能需要快速输送蒸汽来补充太阳能场输出时，锅炉必须保持“热度”，但其运行在最小负荷是不可行的。采用这种方法的系统需要使用某些类型的外部热源来保持热度。由此而引起的能量损失是显著的，降低了整体设备转化效率。
[0011]此外，在调度的情况下，设备需要仅在一天中的某几小时期间(例如7:00到24:00)输送功率，该锅炉方案将需要频繁起动和停止，这将恶化上面所指出的生物质锅炉的固有问题，并且也降低其利用因数。
[0012]因此虽然简单，但这种选择不能提供一种针对高效基本负荷发电厂的技术上适合的配置。
[0013]图3示意性地示出了与太阳能蒸汽发生器21串联的生物质燃烧蒸汽过热器30。在其它方面，配置是与图2相同的，因此不进行说明。这种配置的目的是克服基于密集的太阳能的发电厂的效率限制之一，即能够达到的最高蒸汽温度。例如，来自太阳能场的饱和蒸汽可以过热到540°C，从而将涡轮机的热效率从大约39%提高到44%。
[0014]为了做到这一点，过热器30将需要跟踪来自太阳能蒸汽发生器的蒸汽输出，并输送一定比例的能量用于过热。如上所述，生物质锅炉的调整是有问题的，因此这就无法有效进行。此外，虽然这种配置提高了循环效率，但是不能帮助稳定基本负荷发电或满足需求变化的要求。
[0015]由此，需要提供改进的两种能量源的混合，以便于提高其利用效率，以及包括混合化发电厂的昂贵设备的利用率。
【发明内容】
[0016]因此，本发明的一个目的是提供一种改进的混合化系统和方法，其结合并利用分离的能量源(热、太阳能和生物质)和热能存储器(TES)系统，以便达到每个针对电力和加热的特定本地需求的更好的能量源利用率。这样一种改进的混合化系统产生了大于组件能量源的各个结果总和的最终结果。
[0017]根据本发明的第一方面，该目的是通过在混合化能量发电厂中使用的混合化系统实现的，该混合化能量发电厂包括由太阳能提供能源的第一热能单元和第二非太阳能热能单元，所述第一热能单元用于通过第一传热流体向用户提供热能，所述第二非太阳能热能单元经由第二传热流体向所述用户提供热能，所述混合化系统包括:
[0018]热能储存单元(TES)和混合单元，其直接或间接地连接到第一热能单元和第二热能单元，用于接收、存储和混合来自第一热能单元和第二热能单元的热能，从而直接或间接地形成被馈送到用户的统一的传热流体。
[0019]在本发明的另一个方面，提供了一种在混合化能量发电厂中使用的混合化系统，其包括由太阳能供电的第一热能单元和第二非太阳能热能单元，所述第一热能单元用于经由第一传热流体(HTF)向用户提供热能，所述第二非太阳能热能单元经由第二传热流体向用户提供热能，所述混合化系统包括用于直接或间接地混合第一传热流体的热能和第二传热流体的热能的混合单元，以形成被馈送给用户的统一的传热流体。
[0020]优选地，混合化系统被配置成考虑到每一单个系统的独特操作特性，但是允许它们在所有可能的操作模式中(仅太阳能、仅生物质和以不同比例的混合模式)具有有效的混合操作。实现这一点，同时提供了足够的系统灵活性以满足电网的动态需求、性能目标，并改进了总体的发电厂利用率。
[0021]此外，根据本发明的发电厂，尤其当操作为基本负荷系统时，必须满足电网管理者的严格要求，其包括所述系统是完全可调度管理的，能够快速响应于电网负荷需求的变化，以及能够响应于负荷快速下降而不会断开电网。这种类型的特性在单纯CSP系统或单纯生物质能源供应系统中是不存在的。
[0022]因此，发电厂设计中的首要考虑必须是输送稳定、快速响应、可调度的功率到电网的基本目标，对于每个时间表，可管理性、质量以及与本地/全国电力机构的供电协议。混合化系统应当旨在以最大能量效率和经济合理的成本输送此结果。
[0023]为了实现上述目标，该混合化系统展示出下述特性:
[0024]涡轮发电机应当根据所要求的传输时间表来运行在商定的输出电平，而不论热能的来源，在基本负荷发电厂的情况下意味着在计划维护时间段之外的全年的不间断操作。
[0025]能量必须无缝地传递自具有如上所述的不同的操作特性的互补太阳能和生物质系统。
[0026]涡轮发电机应当尽可能频繁地运行在它的最高效率点，以使得热循环转换效率最大化。
[0027]混合化系统必须设计为使得太阳能场和生物质系统两者中的启动过程的热损耗和能量损耗最小化。
[0028]组合系统的热电转换效率必须高于每个子系统单独运行的效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]为了理解本发明并了解本发明如何在实际中实施，现在将描述实施例，仅通过非限制性的示例，参考附图，其中:
[0030]图1是示意性示出了传统混合化系统的框图；
[0031]图2是示意性示出了与太阳能锅炉并联的生物质锅炉的传统使用的框图；
[0032]图3是示意性示出了与太阳能场并联的生物质锅炉的传统使用的框图；
[0033]图4是示意性示出了根据本发明第一实施例的生物质过热器的使用的框图；
[0034]图5是示意性示出了根据本发明第二实施例的在HTF侧上具有蒸汽生成的生物质盐加热器的使用的框图；
[0035]图6是示意性示出了根据本发明第三实施例的在盐侧上具有蒸汽生成的生物质盐加热器的使用的框图；
[0036]图7是示意性示出了根据本发明第四实施例的在所有CSP，TES和BM系统中的相同传热流体或油的使用的框图。
【具体实施方式】
[0037]在一些实施例的以下描述中，在多于一个附图中出现的相同部件或具有类似功能的相同部件被标以相同的附图标记。同样地，上述已知系统中共有部件将被标以相同的附图标记。
[0038]图4示出了混合化能量发电厂35的第一实施例，其具有生物质燃烧传热流体(HTF)加热器40，所述加热器40布置成经由第三阀门41太阳能场并联并且能够用来在很少或没有太阳辐射时部分地或者全部地补充太阳能场的热输出。第四阀门42确定来自蒸汽发生器21的经冷却的HTF (通常为油)的量，所述HTF返回太阳能场10，或者可选地，被馈送到加热器40。生物质燃料以及天然气或LNG可用于燃烧，但是还有经历燃烧的任何类型的燃料可以在加热器内使用，并且适用于本文描述的所有系统。混合化系统15包括如虚线轮廓所示的混合单元45，其包括阀门23、29、41和42以及泵25，所有这些都由附图标记46示意性示出的控制单元所控制。混合单元45的作用在于直接或间接地混合第一传热流体的热能和第二传热流体的热能，从而形成被馈送给用户的统一的传热流体。
[0039]在这一系统中，可以使用热HTF以在需要时将生物质加热器保持“热度”，以便减少起动时间。然而，在图2所示的现有技术系统中观察到的类似负面问题也适用于该系统。生物质燃烧不能像LNG或NG (天然气)燃烧器那样容易地被调节，这意味着调低比例，以及这一系统不能够快速响应电网的动态负载变化，仍然是主要问题。
[0040]这种配置的其它限制在于生物质加热器将被局限在太阳能场操作状况，以及相比于可以昼夜不停操作的生物质加热器的可能性，加热器利用率将会相对较低。因此，尽管技术上优于图2所示的现有技术系统，这一配置在许多情况下不是有效适合的。
[0041]这些限制至少部分 由在以下相互独立的状况的至少一个中的本发明的其它实施例解决:
[0042]生物质HTF不是蒸汽；
[0043]来自生物质的HTF和来自太阳能场的HTF在被馈送到用户之前被混合在一起。这不同于现有系统，其中，例如来自太阳能场的热能转化为蒸汽，然后使用来自生物质系统的热能进行过热，然后馈送到蒸汽涡轮机。
[0044]混合单元工作覆盖太阳能场的全部工作温度范围。
[0045]图5示意性地示出了根据第二实施例的发电厂50，其包括与CSP的HTF系统并联的生物质燃烧HTF加热器40以直接为TES系统28加载(即提供热能至TES系统28)。通过所要求的将TES28释放到HTF系统，蒸汽在蒸汽发生器21中产生，蒸汽发生器21在这里构成了“用户”。使用熔盐作为生物质加热器40的传热流体，以直接为TES加载，这区别于图2和3所示的系统，其中加热器加热HTF，随后加热熔盐。在此实施例中，TES28包括冷盐罐52，熔盐通过泵54从冷盐罐52被泵送到热盐罐53。从加热的熔盐获取的热能在盐/HTF热交换器55中与从太阳能场的HTF获得的热能混合，所述盐/HTF热交换器55可以工作在正向和反向流动方向，并且可以将返回的相对冷的熔盐馈送到冷盐罐52，并且将加热的熔盐馈送到热盐罐53。止回阀56和57防止各个罐中的熔盐回流到盐/HTF热交换器55。阀门29、41、42和泵25由控制单元46根据来自太阳能HTF的热能是否要被储存在TES中或是否要使用存储的热能来补充太阳能HTF来进行控制。当阀门42打开而阀门29和41闭合时，来自蒸汽发生器21的所有经冷却的HTF (通常为油)通过泵25返回到太阳能场10。如果阀门29和42闭合而阀门41打开时，由泵25返回的经冷却HTF被馈送到盐/HTF热交换器55，其中它从来自热盐罐53的馈送到其的熔盐提取热量。这样冷却了热熔盐，其返回到冷盐罐52，同时加热的太阳能HTF被再次馈送到蒸汽发生器21。
[0046]以相反的方式通过打开阀门29和42关闭阀门41，热能被存储在TES28中。热太阳能HTF被馈送到盐/HTF热交换器55，在所述盐/HTF热交换器55中它遇到被馈送到其的来自冷盐罐52的冷熔盐。熔盐从太阳能HTF中提取热量，并且热熔盐返回到热盐罐53中，其中其热能被存储，以便在高温太阳能HTF不足时可用。冷却的太阳能HTF经由打开的阀门29从盐/HTF热交换器55返回到太阳能场。
[0047]在这样的配置中，单个热交换器55因此可用于正向和反向流动方向，以完成第一热能单元10和第二非太阳能热能单元11以及热能储存器28之间的热能的所有混合和传送。该系统使用太阳能场的热能以直接产生蒸汽。多余的能量被传递到TES系统28，如在许多常规太阳能热力发电厂的设计中所做的。然而，根据当前实施例，生物质加热器40直接加热TES系统的热盐，或提供热能到TES，TES与CSP的HTF/盐热交换器55并联，以便既在它们的公共输入处将能量馈送到用户，又通过它们的公共输出处从用户接收返回的较冷HTF0这是通过混合单元45确保的，所述混合单元45工作在至少覆盖太阳能场的全部工作温度范围。生物质在熔炉中燃烧，热气主要用于加热该生物质的HTF (即熔盐)，节能器附接到系统以加热到来的用于燃烧的空气或CSP的HTF。可选地，生物质加热器40可以经由热交换器(未示出)加热TES系统28的热盐，这允许不同类型的熔盐被用于生物质加热器40和TES28中。
[0048]这一配置不同于使用生物质燃料的常规发电厂，在于取消了生物质锅炉/加热器与涡轮机之间的直接连接。这避免了从生物质到涡轮机的热能直接流动，并且发电厂的这两个主要子系统因此可以在不同的时刻和不同的负荷下相互独立地工作。这一配置的变化允许来自生物质加热器的热能的一部分直接馈送至蒸汽生成链。
[0049]这种配置反映了太阳能和生物质系统所期望的特性的互补对应。TES系统28作为针对太阳能系统中的变化的缓冲器。生物质加热器40的运行从对蒸汽的需求解耦合。这允许生物质加热器在这些系统的所识别的约束内工作，同时稳定蒸汽的供应。热能按涡轮机负荷的需求从TES系统28中被取得，而不考虑生物质系统或CSP系统提供该能量的瞬时能力。另外，几乎没有起动热量从生物质加热器40浪费，因为尚未处于所需高温的任何生物质盐可以通过返回线路被循环回冷罐。
[0050]TES系统28和生物质加热器40的尺寸需要针对预期的运行时间表进行优化。例如，如果发电厂仅需要在一天的16小时100%调度电力，假设TES系统的尺寸足够存储8小时66%的能量，那么生物质加热器40的大小可以占66%以工作24小时。与此同时，TES系统的尺寸还必须反映太阳能场的适当经济性。最终，经济因素将确定太阳能场、生物质加热器和TES系统的相对尺寸。
[0051]为了允许发电厂所要求的所有工作状况，使用了混合化系统。这种混合包括若干泵送设备、机械设备和控制设备，所述泵送设备取决于传热流体和所使用的存储媒介的数量，所述机械设备包括管道系统、容器和控制阀，以允许流体流的混合以及在发电厂的所有单元和仪器之间传递热能，所述控制设备控制和调节发电厂的所有单元的工作。控制单元46使用若干包括来自用户、来自第一和第二热能单元和来自TES的输入数据源，以及可选地还包括实际和预报天气数据。控制单元的功能在于调节和优化系统的所有单元的工作以及起动和关闭这些单元。在其包括的所规定的优先级的可能范围内，它用于根据其需求将热能供给到用户，最大化自由获取的太阳能热能的使用，最大化自由获取的废料热能的使用，准备和优化TES中所需的热能量，运行第二非太阳能热系统以补充第一热能单元。
[0052]总体上，这一选项针对可靠的、可管理快速响应的、能够进行基本负荷的发电厂提供了高度灵活且可应用的解决方案。
[0053]图6示出了根据本发明第三实施例的混合化发电厂60，其涉及生物质燃烧盐加热器40以产生蒸汽，并对TES系统加载。太阳能场仅用于为由冷和热熔盐罐52和53构成的TES加载。按照需求通过TES释放到盐系统，蒸汽产生于盐蒸汽发生器61中。这一实施例在概念上类似于参考图5的上述实施例，但与蒸汽发生器的配置相反。蒸汽是直接从在TES系统的盐侧上的生物质产生的，并且一直仅经由TES系统间接从太阳能场产生。这种配置的变化允许来自太阳能场的一部分热能直接被馈送到蒸汽生成链。控制单元46打开和关闭控制阀门62、63、64、65，并操作泵66以将热能存储在TES28中或按照需求将其馈送到盐蒸汽发生器。
[0054]这种逆转提供了相比于先前的选项的若干附加优点:
[0055]盐/HTF热交换器现在仅用于加载，并且因此即使在低辐射期间，当生物质锅炉用于产生蒸汽时，任何边际的太阳热能可以被送去存储。特别是，如果HTF无法达到完全的设计温度，仅部分地由HTF加热的冷盐可以循环到冷罐。这增加了由太阳能场收集的热能的“存储量”。
[0056]蒸汽的直接产生是在盐/生物质侧而不是在HTF侧上。该意味着稍高的盐温度可以被用于生物质加热器(在涡轮机和其它系统的设计范围内)，导致更高的涡轮机效率。
[0057]这种配置明显不同于常规生物质发电厂，因为其提供了两种可能性以稳定发电，并且允许所期望的快速响应特性:
[0058]〇生物质加热器可以被设置为顺畅地工作在固定速率，并提供固定比率的热能到蒸汽发生器。有时负载需求正在下降时，来自生物质加热器的多余热能将被立即引导到TES系统。
[0059]〇类似地，当电网需求增加时，热能的增加可以瞬时地从TES系统供给到蒸汽发生器而不影响生物质加热器的恒定速率。
[0060]根据前述选项，此配置还允许通过TES缓冲器有效地使用两个热能来源，CSP和BM或非太阳能能量系统。这对于每天和每个季节两者来说都是确实的。
[0061]最终，应用第二或第三实施例中的哪一个将取决于两种可替换方案的相对成本和一个相比另一个的性能优点。这将主要涉及发送到涡轮机的热能如何被分配在太阳能和生物质来源之间。一般来说，如果从太阳能提供了更多的能量，通过直接的太阳能蒸汽生成(第二实施例)将实现更好的系统效率，然而如果更多能量来自于生物质，则情况相反(第三实施例)，这是由于寄生需求和热循环效率的关联影响。
[0062]上述两个实施例示出了“分配的”热系统，其中在太阳能侧上有明显的油基传热流体(HTF)系统，对于存储和生物质侧具有热盐系统。其原因涉及两个系统所要求的物理特性，这在使用目前使用的HTF和热盐时是相互不相容的。HTF流体的关键特性之一是，它将流体保持在低的环境温度下，优选使用热油。热存储的关键特性是低成本和高稳定性以及能量含量，而低熔点不是必要的。优选使用熔盐。然而，其它HTF和热盐是可用的，并且可以许可单个传热系统，其在太阳能侧和TES/生物质侧上使用相同的HTF/熔盐。
[0063]因此，本发明包括进一步的配置，如图7所示，针对混合CSP和BM系统，其中上述创新的配置通过在CSP和BM系统两者中使用相同流体或油而进一步得以改进。如下所述的这些流体和盐的成功应用节省了热交换系统中大量的投资，降低了辅助功率消耗，并且总体上简化了系统配置和操作。这一方法类似于图6所示的实施例，改进之处在于取消了HTF/盐的热交换器。另一种改进可以通过也允许来自CSP的热能直接供应到蒸汽发生器而获得(除了来自CSP的TES的加载可能性)。
[0064]此外，尽管以上描述涉及来自生物质的热能，但是相同的方法可以应用于其它热能来源，诸如基于煤的来源、生化气体/燃料、液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)或馏分，以及所有其它类型的矿物燃料。即使某些资源相比于生物质来源具有更快的响应时间，尽管如此，上述发明允许这些来源与太阳能热源混合，以便创建可靠、高效的基本负荷发电厂，其能够在全年期间具有完全可管理能力根据需求和电网运营商的判断产生电力。
[0065]此外，尽管以上描述涉及包括两个罐(热和冷)的存储系统的TES系统，如常见的太阳能热发电厂的现有设计，相同的方法可以应用到其它TES系统，诸如单个TES罐的设计(变温层)、混凝土和石墨系统，以及相变材料(PCM) TES设计。
[0066]作为进一步的改进，上述所有三个实施例也可以补充有过热，直接在最后的实施例中或通过具有盐/蒸汽过热器和再热器的扩展的盐系统。
[0067]显然，尽管本发明已经参照一些特定实施例进行了描述，但是许多变型是可能的。例如，在一些实施例中，来自生物质的HTF和来自太阳能场的HTF可以在馈送到用户之前被混合。尽管在所描述的实施例中，TES28使用两个罐的结构，但可以使用单个罐以存储作为媒介的热流体以存储热能。
【权利要求】
1.一种在混合化能量发电厂(35、50、60、70)中使用的混合化系统(15)，所述混合化能量发电厂(35、50、60、70)包括由太阳能提供能源，用于经由第一传热流体向用户(16)提供热能的第一热能单元(10)和经由第二传热流体向所述用户提供热能的第二非太阳能热能单元(11)，所述混合化系统包括: 热能储存单元(TES) (28)和混合单元(45),其直接或间接地稱接到所述第一热能单元和所述第二热能单元，用于接收、存储和混合来自所述第一热能单元和所述第二热能单元的热能，以便于直接或间接地形成向所述用户馈送的统一传热流体。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二非太阳能热能单元(11)是由生物质燃料、煤、生物燃料、液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)或馏分，以及所有其它类型的矿物燃料供应能源。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述第一传热流体和所述第二传热流体是相同的。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中所述第二传热流体不是蒸汽。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中来自生物质的HTF和来自太阳能场的所述HTF在馈送到所述用户之前被混合。
6.根据权利要求5所述的系统，其中所述第一热能单元和所述第二非太阳能热能单元并联连接，以便既在它们的公共输入处将能量馈送到所述用户，又经由它们的公共输出处直接或者经由所述TES (28)从所述用户接受返回的较冷的所述HTF，借此所述混合单元工作在至少覆盖所 述太阳能场的全部工作温度范围。
7.根据权利要求5至6中任一项所述的系统，其中所述第一热能单元和所述第二热能单元中的至少一个热能单元直接或经由热交换器(61)并联连接到所述TES和所述用户。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，其中所述TES(28)包括第一罐(53)和第二罐(52)，所述第一罐(53)用于存储热流体作为媒介来存储所述热能，所述第二罐(52)用于将所述流体存储在其冷的状态下。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，其中所述TES(28)使用单个罐以存储作为媒介的热流体以存储所述热能。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的系统，其中所述第二传热流体是熔盐。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的系统，其中所述TES使用作为热能存储媒介与在所述第一热能系统或所述第二热能系统中所使用的所述传热流体其中的至少一种传热流体相同的流体。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述热能存储媒介是熔盐。
13.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，其中所述TES使用固态媒介来存储所述热能。
14.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，其中单个热交换器(55)用于正向和反向流动方向，以完成所述第一热能单元(10)和所述第二非太阳能热能单元(11)与所述热能储存器(28 )之间的所述热能的所有混合和传送。
15.根据权利要求20至14中任一项所述的系统，其中所述混合单元(45)包括至少一个泵(25、54)以及由控制单元(46)所控制的控制阀门(23、29、41、42、62、63、64、65)。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的系统，其中所述混合单元(45)包括控制单元(46)，所述控制单元(46)被配置为使用来自所述太阳能场和来自所述TES的数据，以调节所述第二非太阳能热能系统的操作参数。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述控制单元(46)被配置为使用来自所述用户的数据，以调节所述太阳能场、所述第二非太阳能热能系统和所述TES的操作参数。
18.根据权利要求16或17所述的系统，其中所述控制单元被配置为使用实际和预报天气数据，以调节所述太阳能场、所述第二非太阳能热能系统和所述TES的操作参数。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的系统，其中所述控制单元被配置为根据其包括的所规定的优先级来调节和优化所述发电厂的单元的运行，以根据其需求向所述用户供应热能，以最大化自由获得的太阳能热能的使用，以最大化自由获取的废料热能的使用，以准备和优化所述TES中所需的热能的量，并且以运行所述第二非太阳能热系统以补充所述第一热能单元。
20.一种在混合化能量发电厂(35、50、60、70)中使用的混合化系统(15)，所述混合化能量发电厂(35、50、60、70)包括由太阳能提供能源，用于经由第一传热流体(HTF)向用户(16)提供热能的第一热能单元(10)和经由第二传热流体向所述用户提供热能的第二非太阳能热能单元(11)，所述混合化系统包括混合单元(45)，用于直接或间接地混合所述第一传热流体的所述热能和所述第二传热流体的所述热能，以便于形成向所述用户馈送的统一传热流体。
21.根据权利要求20所述的系统，其中所述第二非太阳能热能单元(11)是由生物质燃料、煤、生物燃料、液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)或馏分，以及所有其它类型的矿物燃料供应能源。
22.根据权利要求20或21所述的系统，其中所述第一传热流体和所述第二传热流体是相同的。
23.根据权利要求20至21中任一项所述的系统，其中所述第二传热流体不是蒸汽。
24.根据权利要求20至23中任一项所述的系统，其中来自所述生物质的所述HTF和来自所述太阳能场的所述HTF在馈送到所述用户之前被混合。
25.根据权利要求24所述的系统，其中所述第一热能单元(10)和所述第二非太阳能热能单元(11)并联连接，以便既在它们的公共输入处将能量馈送到所述用户，又经由它们的公共输出处从所述用户接受返回的较冷的所述HTF，借此所述混合单元(45)工作在至少覆盖所述太阳能场的全部工作温度范围。
26.根据权利要求20至25中任一项所述的系统，其中所述第一热能单元和所述第二热能单元中的至少一个热能单元直接或经由热交换器(55)连接到所述用户。
27.根据权利要求20至26中任一项所述的系统，其中第二组热交换器被安装，用于传送来自所述第二热能单元和所述TES的热能，同时允许在这两个单元中使用不同的熔盐类型，或其它传热流体。
28.根据权利要求1至27中任一项所述的系统，其中所述第一传热流体、所述第二传热流体和所述TES (28)中的所述能量存储媒介均是熔盐。
29.根据权利要求201至28中任一项所述的系统，其中所述第二非太阳能热能系统是由来自工业过程、热电联产单元、组合循环电力单元、发电厂和废料处理单元的废热提供能源。
30.根据权利要求1至28中任一项所述的系统，进一步包括节能器，其配置为使用来自所述第二非太阳能热能系统的废热能以加热进入的空气以便在所述第二非太阳能热能系统和/或所述CS P的HTF中燃烧。
【文档编号】F01K3/00GK103890323SQ201280037284
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年7月26日 优先权日:2011年7月27日
【发明者】耶哈达·哈拉茨, 伊恩·布朗 申请人:耶哈达·哈拉茨