具有独立过热器的集中式太阳能发电设备的制作方法
【专利摘要】实施例涉及用于由日照来产生电的系统和方法。可以通过一种太阳能收集系统使用日照来产生蒸汽。一个热储存系统可以在一些时间将焓储存在以日照产生的蒸汽中、并且可以在其他时间由所储存的焓来产生蒸汽。在一些操作周期过程中，一个燃气过热器可以进一步加热该产生的蒸汽以提供过热蒸汽来产生电。处于一个实质上均匀的电产生温度下的蒸汽可以选择性地并且在不同操作周期时仅从日照来产生、从日照和气体燃烧来产生、从来自一个热储存系统的焓传递以及气体燃烧来产生、或者从日照、储存的焓传递和气体燃烧的组合来产生。操作周期可以具有的特征为以下各项中的至少一者：一个日照水平、一天中的一个时刻、或操作过程中的一个阶段。
【专利说明】具有独立过热器的集中式太阳能发电设备
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求在2012年12月4日提交的美国临时申请号61/733，019的权益，该申请通过引用以其全文结合于此。
【技术领域】
[0003]本披露总体上是关于太阳能辐射向例如热和/或电等可用形式的能量的转换，并且更具体地是关于使用一种独立过热器来提升蒸汽温度的系统和方法。
【发明内容】
[0004]可以使用日照来加热一种太阳能流体(例如，水或二氧化碳)以用于产生电(例如，经由一个蒸汽轮机)。在相对较高日照的周期中，在过热太阳能流体中可能存在比发电所需的热能过量的热能(即，焓)。相比之下，在相对较低日照的周期中(例如，多云或在夜间)，太阳能流体中的焓可能不足以产生电。总体上，在相对较高日照的周期中，过量的焓可以储存在一个热储存系统中(即，对储存系统进行充能)用于后续使用，例如，在相对较低日照的周期中或在当补充电产生是必要时的时间(例如，在峰值功率周期中)。在所得的消除过热的太阳能流体中剩余的焓可以用于其他应用，例如但不限于对太阳能流体进行预热以用于一个蒸汽太阳能接收器、补充对一个过热太阳能接收器的输入、家用或工业应用、资源提取以及燃料产生。
[0005]一种过热器，例如一个燃气过热器，可以用于直接加热从一个太阳能接收器或从一个热储存系统或从一个太阳能接收器与一个热储存系统两者的组合发出的蒸汽。可以使用一个控制系统来基于平均日照水平以及其他确定性因素而确定何时利用一个独立的过热器(ISH)。
[0006]可以存在至少四个操作周期/模式决定着是否需要使用独立过热器以及以何种程度使用独立过热器来对太阳能接收器和/或热储存系统中产生的蒸汽进一步加热。
[0007]在第一操作周期，由太阳能收集系统产生的蒸汽进一步被燃气过热器加热，并且随后流动到一个电产生系统；并且在第二操作周期，由来自热储存流体的焓传递产生的蒸汽进一步被燃气过热器加热，并且随后流动到该电产生系统。
[0008]在第三操作周期，由太阳能收集系统产生的蒸汽流动到电产生系统而不由燃气过热器进一步加热。
[0009]在第四操作周期，由太阳能收集系统产生的蒸汽可以与由来自热储存流体的焓传递产生的蒸汽进行混合，并且由燃气过热器进一步加热，并且随后流动到电产生系统。
[0010]举例来说，上述四个周期可以由以下各项中的任一者来表征:日照水平、一天中的时刻、或操作过程中的一个阶段。日照水平可以瞬时地测量，或作为在大约一秒到对当前和/或过去和/或预测气象数据进行分析的几小时的周期上的一个平均值。过程的一个阶段可以包括系统的启动或关闭。
[0011]第三操作周期可以具有最高的日照水平，第一操作周期可以具有第二高的日照水平，第四操作周期可以具有第三高的日照水平，并且第二操作周期可以具有最低的日照水平。
[0012]根据一些实施例，在第一到第四操作周期中被加热蒸汽的温度是近似相同的。换句话说，在第三操作周期中退出太阳能收集系统的蒸汽的温度可以与在第一、第二和第四操作周期中退出独立过热器的蒸汽的温度近似相同。在独立过热器的过热之后的蒸汽温度可以在450°C -600°C的范围内。根据一些实施例，在过热之后的蒸汽温度可以在5500C _600°C的范围内。
[0013]可以通过使用在几秒到几小时的周期中测得的过去、当前以及预测的气象数据中的任一者来确定日照水平。
[0014]热能系统中的焓可以经由一个热交换器从一种热储存流体传递，该热储存流体可以例如是熔盐或熔融金属。
[0015]太阳能接收系统的一个实例可以包括将日照反射到由多个定日镜围绕的一个或多个太阳能接收器。
[0016]在一些实施例中，一种用于使用日照产生电的系统可以包括:一个太阳能收集系统，该太阳能收集系统被适配成将太阳能日照转换成热能，并且将该热能传递到递送通过该太阳能收集系统的水或水蒸汽以产生过热蒸汽；一个热能储存系统，该热能储存系统包括至少第一和第二热储存储集器，这些储集器被配置成储存包含一种熔盐和一种熔融金属中的至少一者的一种热能储存流体，并且从该热能储存流体将焓传递到来自一个水或水蒸汽供应源的水或蒸汽；一个电产生系统，该电产生系统包括一个涡轮机，该涡轮机被配置成使用递送到该涡轮机的蒸汽来产生电；一个热交换器，该热交换器连接在该太阳能收集系统与该热能储存系统和该电产生系统之间，并且被配置成使得可以选择性地从由该太阳能收集系统产生的该过热蒸汽传递到由该第一和第二储存储集器储存的该热能储存流体，或直接传递到从所述供应源流动的水或蒸汽以产生蒸汽或过热蒸汽；一个燃气蒸汽过热器；以及一个控制系统，该控制系统被配置成控制该系统，使得:在一个第一操作周期，由该太阳能收集系统产生的蒸汽单独地使用从日照转换而来的热能由此被进一步加热到一个电产生温度，并且被递送到该电产生系统；并且在一个第二操作周期，借助于从该热储存流体传递的焓产生的蒸汽由该燃气过热器进一步加热到实质上与所述电产生温度相同的一个较高温度，并且被递送到该电产生系统；其中所述第一和第二操作周期特征在于以下各项中的至少一者:一个日照水平、一天中的一个时刻、或操作过程中的一个阶段。
[0017]一个控制系统可以进一步被配置成控制该系统，使得在一个第三操作周期，由该太阳能收集系统产生的蒸汽由该燃气过热器进一步加热到实质上与所述电产生温度相同的一个较高温度，并且被递送到该电产生系统；并且该第三操作周期同样特征在于以下各项中的至少一者:一个日照水平、一天中的一个时刻、或操作过程中的一个阶段。
[0018]一个控制系统可以进一步被配置成控制该系统，使得在一个第四操作周期，由该太阳能收集系统产生的蒸汽与由来自该热储存流体的该焓传递产生的蒸汽的一种混合物由该燃气过热器进一步加热到实质上与所述电产生温度相同的一个较高温度，并且被递送到该电产生系统；并且该第四操作周期同样特征在于以下各项中的至少一者:一个日照水平、一天中的一个时刻、或该操作过程中的一个阶段。
[0019]在一些实施例中，一种用于使用日照产生电的方法可以包括:在一个第一操作周期，使用日照在一个太阳能收集系统中产生处于一个第一温度和大于大气压的一个压力下的蒸汽，并且使用日照将其中的该蒸汽进一步加热到一个第二温度以用于产生电；并且在一个第二操作周期，用从一种热储存流体传递的焓在一个热交换器中产生处于一个第三温度下的蒸汽，并且在一个燃气过热器中将该蒸汽进一步加热到一个第四温度以用于产生电；其中该第二和第四温度是实质上相同的温度。
[0020]在第一操作周期中所产生并且由从日照转换而来的热能进一步加热的该蒸汽的至少一部分可以被引导到一个热交换器，在该热交换器处来自该蒸汽的焓被传递到包含一种熔盐和一种熔融金属中的至少一者的一种热储存流体。
[0021]在一些实施例中，该方法还可以包括:在一个第三操作周期，使用日照在该太阳能收集系统中产生处于一个第五温度和大于大气压的一个压力下的蒸汽，并且在该燃气过热器中将该蒸汽进一步加热到一个第六温度以用于产生电；其中该第二、第四和第六温度是实质上相同的温度。
[0022]在一些实施例中，该方法还可以包括:在一个第四操作周期，(i )将使用日照在该太阳能收集系统中产生的处于一个第七温度下的蒸汽与使用从该热储存流体传递的焓在该热交换器中产生的处于一个第八温度下的蒸汽进行组合；并且(ii)在该燃气过热器中将该组合蒸汽进一步加热到一个第九温度；其中该第二、第四和第九温度是实质上相同的温度。
[0023]第一到第四操作周期可以特征在于以下各项中的至少任一者:一个日照水平、一天中的一个时刻、或操作过程中的一个阶段。在一些实施例中，第一操作周期可以具有最高的日照水平，第三操作周期可以具有第二高的日照水平，第四操作周期可以具有第三高的日照水平，并且第二操作周期可以具有最低的日照水平。在一些实施例中，操作过程的一个阶段可以是在系统的启动或关闭过程中。
[0024]在一些实施例中，一种用于使用日照产生电的方法可以包括:在一个第一时间，通过使用日照进行顺序的加热而产生处于一个电产生温度下的蒸汽，并且随后通过一个燃气过热器将该产生的蒸汽递送到一个电产生系统并且从该蒸汽产生电；并且在一个第二时间，通过使用被储存在一个热能储存器中的焓进行顺序的加热而产生处于该电产生温度下的蒸汽，并且随后通过该燃气过热器将该产生的蒸汽递送到一个电产生系统并且从该蒸汽产生电。在一些实施例中，该方法可以进一步包括在其他时间，通过使用日照加热该蒸汽的一个第一部分、通过使用储存在一个热能储存器中的焓加热该蒸汽的一个第二部分、并且通过该燃气过热器对这些部分的后续加热，而产生处于该电产生温度下的蒸汽。在一些实施例中，该方法可以进一步包括在其他时间，单独地通过使用日照进行加热而产生处于该电产生温度下的蒸汽。该蒸汽的至少一部分可以被引导到一个热交换器，在该热交换器处来自该蒸汽的焓被传递到一种热储存流体并且储存在其中。
[0025]在结合附图考虑时，从以下说明将明白本披露的实施例的目的和优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]下文将参考附图描述实施例，附图不一定按比例绘制。在适用的情况下，没有展示某些特征是为了帮助下层特征的展示和说明。在全部图中，相同参考标号表示相同元件。
[0027]图1示出了根据所披露主题的一个或多个实施例的太阳能电力塔系统。[0028]图2示出了根据所披露主题的一个或多个实施例的具有次要反射器的太阳能电力塔系统。
[0029]图3示出了根据所披露主题的一个或多个实施例的包括多个塔的太阳能电力塔系统。
[0030]图4示出了根据所披露主题的一个或多个实施例的在单个塔中包括多个接收器的太阳能电力塔系统。
[0031]图5是根据所披露主题的一个或多个实施例的一个定日镜控制系统的示意图。
[0032]图6是根据所披露主题的一个或多个实施例的展示在各种操作水平从日照产生电的示例性方法的流程图。
[0033]图7A到7D是示出了根据所披露主题的一个或多个实施例的在一个太阳能收集系统、一个热储存系统、一个独立过热器与一个电产生系统之间的交互的简化图。
【具体实施方式】
[0034]太阳能收集系统可以使用日照来产生超临界蒸汽和/或加热熔盐。在图1中，一个太阳能收集系统可以包括一个太阳能塔50，该太阳能塔接收从多个定日镜(在图1的左边部分中描绘多个单独的定日镜70)的一个太阳能场60反射的经聚焦的日光10。举例来说，太阳能塔50的高度可以是至少25米、50米、75米、150米或者更高。定日镜70可以指向太阳能接收器系统20，例如系统20的一个或多个接收器的一个太阳能接收表面。定日镜70可以调整它们的定向从而在太阳在空中移动时跟随太阳，从而持续将日光反射到与接收器系统20相关联的一个或多个指向点上。一个太阳能接收器系统20可以安装在太阳能塔50中或安装在太阳能塔上，该太阳能接收器系统可以包括一个或多个单独的接收器。这些太阳能接收器可以被构造成使用从定日镜接收到的日照来对水和/或蒸汽和/或超临界蒸汽和/或任何其他类型的太阳能流体进行加热。可替代地或另外地，目标或接收器20可以包括(但不限于)光伏组件、蒸汽产生组件(或用于加热固体或流体的另一组件)、用于生长生物物质(例如，用于产生生物燃料)的生物生长组件，或被配置成将经聚焦的日照转换成有用的能量和/或功的任何其他目标。
[0035]在另一个实施例中，一个次要反射器40可以安排在一个塔50的顶部处或附近，如图2所示。该次要反射器40因此可以接收来自定日镜场60的日照，并且将该日照(例如，通过反射)朝向一个太阳能接收器系统20重定向。该太阳能接收器系统20可以安排在该定日镜场60内、该定日镜场60外、地平面处或附近、另一个塔50的顶部处或附近、高于或低于反射器40,或者别的地方。
[0036]可以提供一个以上太阳能塔50，各自具有一个对应的太阳能接收系统在上面，例如一个太阳能电力蒸汽系统。不同的太阳能接收系统可以具有不同的功能性。举例来说，这些太阳能接收系统中的一者可以使用反射的太阳能辐射来对水进行加热而产生蒸汽，而这些太阳能接收系统中的另一者可以用来使用反射的太阳能辐射对蒸汽进行过热。多个太阳能塔50可以共享一个共同的定日镜场60，或者具有对应的分开的定日镜场。一些定日镜可以经过构造和安排，以便可替代地将日照引导于不同的塔中的太阳能接收系统。另外，定日镜可以被配置成例如在倾倒状况的过程中将日照引导远离任何塔。
[0037]如图3中所示，可以提供两个太阳能塔，各自具有一个对应的太阳能接收系统。第一个塔50A具有第一太阳能接收系统20A，而第二个塔50B具有第二太阳能接收系统20B。太阳能塔50A、50B经过安排，以便接收来自一个共同定日镜场60的反射的太阳能辐射。在任何给定时间，定日镜场60内的一个定日镜都可以被弓丨导到任何一个太阳能塔50A、50B的一个太阳能接收器。虽然图3中示出了仅两个具有对应太阳能接收系统的太阳能塔，但可以采用任何数目的太阳能塔和太阳能接收系统。
[0038]在一个太阳能塔上可以提供一个以上太阳能接收器。组合的多个太阳能接收器可以形成太阳能接收系统20的一部分。不同的太阳能接收器可以具有不同的功能性。举例来说，这些太阳能接收器中的一者可以使用反射的太阳能辐射来对水进行加热而产生蒸汽，而这些太阳能接收器中的另一者可以用来使用反射的太阳能辐射对蒸汽进行过热。多个太阳能接收器可以被安排在同一个塔上的不同高度处，或者同一个塔上的不同位置(例如，不同的面，例如北面、西面等等)处。场60中的一些定日镜可以经过构造和安排，以便可替代地将日照引导于不同的的太阳能接收器处。如图4中所示，可以在单个塔50上提供两个太阳能接收器。太阳能接收系统20因此包括第一太阳能接收器21和第二太阳能接收器
22。在任何给定时间，一个定日镜70可以指向这些太阳能接收器中的一者或两者，或者不指向这些接收器中的任一者。在一些使用情形中，一个定日镜70的指向可以被调整，以便将投射于塔50处的反射光束从一个太阳能接收器(例如，21)移动到另一个太阳能接收器(例如，22)。虽然图4中示出了仅两个太阳能接收器和单个塔，但可以采用任何数目的太阳能塔和太阳能接收器。
[0039]可以通过一个中央定日镜场控制系统91来控制一个场60中的多个定日镜70，例如图5中所示。举例来说，一个中央定日镜场控制系统91可以通过一个数据通信网络与多个单独定日镜的多个控制器分层地进行通信。图5展示一个分层控制系统91，该系统包括三级控制层级，但在其他实现方式中，可以存在更多或更少级的层级，并且在再其他实现方式中，整个数据通信网络可以没有层级，例如在使用一个对等式通信协议的一种分布式处理安排中。
[0040]在图示的一个最低级的控制层级(S卩，由定日镜控制器提供的级)提供了可编程的定日镜控制系统(HCS) 65，该系统例如在定日镜(未图示)追踪太阳的移动时控制着定日镜的双轴(方位和标高)移动。在一个较高级的控制层级处，提供定日镜阵列控制系统(HACS)92、93，各自通过经一个多点数据网络94与可编程的定日镜控制系统65进行通信而控制着定日镜场96、97中的定日镜70 (未图不)的操作，该定日镜控制系统与这些定日镜70相关联，该多点数据网络采用了一种网络操作系统，例如CAlDevicenet、以太网或类似系统。在一个再更高级的控制层级处，提供一个主控制系统(MCS) 95，该主控制系统通过经网络94与定日镜阵列控制系统92、93通信而间接地控制定日镜场96、97中的定日镜的操作。主控制系统95进一步通过经网络94向一个接收器控制系统(RCS)99进行通信而控制一个太阳能接收器(未图示)的操作。
[0041]在图5中，在定日镜场96中提供的网络94的部分可以基于铜线或光纤连接，并且在定日镜场96中提供的每一个可编程的定日镜控制系统65都可以配备一个有线通信适配器，如同主控制系统95、定日镜阵列控制系统92以及有线网络控制总线路由器100，该适配器任选地部署在网络94中，用来更有效地处置到达定日镜场96中的可编程定日镜控制系统65以及这些系统之间的通信业务。另外，在定日镜场97中提供的可编程的定日镜控制系统65可以借助无线通信经网络94与定日镜阵列控制系统93通信。为此，定日镜场97中的每一个可编程的定日镜控制系统65都配备一个无线通信适配器102，如同无线网络路由器101，该适配器任选地部署在网络94中，用来更有效地处置到达定日镜场97中的可编程定日镜控制系统65以及这些系统之间的网络业务。另外，主控制系统95任选地配备一个无线通信适配器(未图示)。
[0042]日照可以可预测地(例如，每日变化)以及不可预测地(例如，由于多云、灰尘、日食或其他原因)变化。在这些变化过程中，日照可以减少到不足以对一种太阳能流体进行加热的水平，例如不足以产生用于发电的蒸汽的水平。为了补偿这些日照减少的时期，或者出于任何其他原因，由日照产生的热能可以在需要时储存在一个基于流体的热储存系统中用于后来的使用。该热储存系统可以在日照总体上可用时储存能量(例如，对热储存系统进行充能)，并且后来释放该能量以除了日照之外或代替于日照而对一种太阳能流体(例如，水或二氧化碳)进行加热。举例来说，在夜间用从一个热储存系统到太阳能流体的热能(即，焓)的传导和/或对流热传递来代替太阳能收集系统中太阳能流体的日照所进行的辐射加热，这是可能的。虽然本文使用术语太阳能流体来指代在太阳能收集系统中被加热的流体，但并不有意要求该太阳能流体实际上用来产生功(例如，通过驱动一个涡轮机)。举例来说，如本文使用的太阳能流体可以将储存在其中的热能释放到另一种流体，该另一种流体又可以用来产生有用的功或能量。该太阳能流体因此可以用作一种热传递流体或一种工作流体。
[0043]在一个或多个实施例中，该热储存系统包括至少两个分开的热储存储集器，它们可以实质上被绝热以使从它们的热损失最小。一种热储存媒介可以分布在这两个储存储集器当中或其中一个储集器中。举例来说，该热储存媒介可以是一种熔盐和/或熔融金属和/或其他高温(即，>250°C)实质上液体媒介。该热储存媒介可以通过来自一个热交换器中的太阳能流体的对流或传导热传递而被加热。向该热储存系统中的热储存媒介的这种净焓传递在本文称为对热储存系统进行充能。在当日照减小时的一个较晚时间，热交换的方向可以被颠倒，从而经由同一个或不同的热交换器将焓从热储存媒介传递到太阳能流体。从该热储存系统的热储存媒介的这种净焓传递在本文称为对热储存系统进行放能。
[0044]过热器经常是基于蒸汽的电力系统的一个整体部分，并且被配置成对在这些系统中已产生的蒸汽进一步加热(常规锅炉包括一个预热器、一个蒸发器、一个过热器以及任选地包括多个再加热器)。在上文提到的热储存系统的放能模式中，蒸汽可以仅潜在地被加热到稍微低于热储存媒介的温度。在实施例中，“热的”熔盐的最大温度可以是近似500°C。过热器可以提供额外的热提升，来将蒸汽进一步加热到近似600°C。为了在蒸汽向蒸汽轮机中的电能的转换中实现更高效率，较高的蒸汽温度是优选的。太阳能收集系统中的过热器(即，用以对蒸汽进行过热的太阳能接收器)是依赖于日照的，并且无法在放能发生时在低日照的时期中使用。根据一些实施例，可以使用一个独立的气体燃烧过热器对来自热储存系统和/或来自太阳能收集系统的蒸汽进行过热。
[0045]用于进行过热的一个独立能量源的实例是一个燃气过热器。任何其他非太阳能能量源都可以用于过热器，例如但不限于化石燃料、电以及核能。来自燃烧气体的能量可以用于过热器。可替代地，来自一个气体燃烧器的排气的能量可以用于对一个过热器中的蒸汽进行加热。由独立过热器提供的能量提升可以在一天的任何时间或在夜间、或者在系统的启动或关闭过程中提供。一个独立过热器可以对由一个太阳能收集系统或由一个热储存系统产生的蒸汽进行加热，或对由太阳能收集系统和热储存系统两者产生的蒸汽组合进行加热。
[0046]在一些实施例中，存在至少四个操作周期决定着是否需要使用独立过热器以及以何种程度使用独立过热器来对太阳能接收器和/或热储存系统中产生的蒸汽进一步加热。
[0047].在第一操作周期，由太阳能收集系统产生的蒸汽由燃气过热器进一步加热，并且流动到电产生系统。
[0048].在第二操作时间，由热能系统中的焓传递产生的蒸汽由燃气过热器进一步加热，并且流动到电产生系统。
[0049].在第三操作周期，由太阳能收集系统产生的蒸汽流动到电产生系统而不由燃气过热器进一步加热。
[0050].在第四操作周期，由太阳能收集系统产生的蒸汽与由热能系统中的焓传递产生的蒸汽的混合物由燃气过热器进一步加热，并且流动到电产生系统。
[0051]在全部四个操作周期中，流动到电产生系统的蒸汽处于实质上相同温度(例如，在10%或低于10%以内)。
[0052]上述四个周期可以由以下各项中的任一者来表征:日照水平、一天中的时刻、操作处理器中的一个阶段、任何其他因素。举例来说，过程的一个阶段可以是系统的启动或关闭。
[0053]日照水平可以瞬时地测量，或作为在大约一秒的周期到一个对当前和/或过去和/或预测气象数据进行分析的持续几小时的周期上的一个平均值。可用日照的平均水平可以是一个预定时间量上的一个实时测量值，和/或可以是考虑到即将到来的条件下的一个预测日照水平，这些条件例如即将发生的多云、即将发生的晴天，或太阳的升起和落下。
[0054]控制器可以用于确定是否将用一个独立过热器对蒸汽进行加热以及加热的程度。可以存在至少四个日照水平。第三操作周期可以具有最高的日照水平，第一操作周期可以具有第二高的日照水平，第四操作周期可以具有第三高的日照水平，并且第二操作周期可以具有最低的日照水平。
[0055]在最高平均可用日照水平(即，第三操作周期)下，来自太阳能接收器的蒸汽被引导到蒸汽轮机以用于发电，而不被独立过热器加热。
[0056]在第二高平均可用日照水平(S卩，第一操作周期)下，来自太阳能接收器的蒸汽被引导到独立过热器用于进一步加热，并且接着被引导到蒸汽轮机以用于发电。
[0057]在第三高平均可用日照水平(B卩，第四操作周期)下，来自太阳能接收器的蒸汽与来自热能储存系统的蒸汽的混合物被引导到独立过热器用于进一步加热，并且接着被引导到蒸汽轮机以用于发电。
[0058]在最低平均日照水平(S卩，第二操作周期)下，由从热储存流体到蒸汽的焓传递产生的蒸汽被引导到独立过热器用于进一步加热，并且接着被引导到蒸汽轮机以用于发电。
[0059]另外地或可替代地，可以有时在日照水平可预测地较低时利用一个独立过热器，例如在启动、关闭或黄昏、或者夜间时。
[0060]图6中展示一种使用日照产生电的方法600。过程在602处开始并且进行到604，在此确定平均可用日照水平是否足以产生处于希望的操作温度的蒸汽而不需要独立过热器。如果日照水平大于某一阈值(即，“是”)，那么将在太阳能收集系统中产生的蒸汽606发送到一个涡轮机以产生电608。
[0061]如果在604的确定指示不存在足够的日照来产生处于希望的温度的蒸汽而不使用独立过热器(即，“否”)，那么在610处，做出平均日照水平是否处于最低水平的确定。如果该确定是“是”，那么在热储存系统中产生蒸汽612，并且将该蒸汽引导到独立过热器(ISH)618用于进一步加热，并且接着引导到一个蒸汽轮机用于发电620。
[0062]如果在610处的确定指示存在多于最小平均日照水平(S卩，“否”)，那么在614处做出是否存在足够日照来将蒸汽加热到第一温度而不需要从热储存系统产生蒸汽的确定。如果是“是”，那么在太阳能收集系统中产生蒸汽616，并且将该蒸汽引导到独立过热器618用于进一步加热，并且接着引导到一个蒸汽轮机用于发电620。
[0063]如果614处的确定指示日照水平相对低，那么可以对由日照产生的蒸汽和由来自热储存系统的焓传递产生的蒸汽进行混合，如622指示，并且引导到独立过热器618，并且接着引导到一个蒸汽轮机用于发电620。
[0064]图7A到7D展示用于在四个日照水平过程中产生电的系统。
[0065]图7A展示一个用于产生电的系统700A，其中平均可用日照水平处于最高水平。在此最高水平处，在太阳能收集系统701 (即，一个太阳能接收器)中产生的蒸汽可以足够热而发送到蒸汽轮机以用于有效的发电，并且可能不需要在独立过热器(ISH)(图7A中未图示)中进一步加热。在太阳能接收器中产生的蒸汽可以流动到一个蒸汽轮机704用于发电。任选地，可以将在太阳能接收器中产生的蒸汽的一部分引导到一个热储存系统，其中一个热交换器706通过使一种热储存流体从冷储罐708流动到热储罐710来对该热储存流体进行充能。
[0066]图7B展示用于产生电的系统700B，其中平均可用日照水平处于最低水平(B卩，非常低或不存在的日照水平，例如在夜间或阴天条件下)，并且在太阳能收集系统701中可能蒸汽量不足(如果存在任何蒸汽)。此时，通过使热储存流体从热储罐710经由热交换器706流动到冷储罐708对热储存系统进行放能来产生蒸汽，其中焓从热储存流体(例如，盐)传递到太阳能流体(例如，水)以产生蒸汽。接着可以经由一个ISH来引导蒸汽712，其中该蒸汽被进一步加热到一个高温并且流动到一个蒸汽轮机704用于发电。
[0067]图7C展示用于产生电的系统700C，其中平均可用日照水平处于第二最高水平。根据图7C，在太阳能收集系统701中产生的蒸汽由一个ISH712进一步加热到一个高温、并且流动到一个蒸汽轮机704用于发电。任选地，可以将在ISH712中产生或退出该ISH的蒸汽的一部分引导到一个热交换器706，其中通过在热储存流体从冷储罐708流动到热储罐710时从被加热的蒸汽转移焓而对该流体进行加热来对该热储存流体进行充能。
[0068]图7D展示用于产生电的系统700D，其中平均可用日照水平处于第三最高平均日照水平。根据图7D，在太阳能收集系统701中产生的蒸汽与由热储存系统产生的蒸汽进行组合(例如，经由热交换器706)、并且被引导到ISH712，其中该蒸汽被进一步加热到一个高温、并且流动到一个蒸汽轮机704用于发电。
[0069]在图7A到7D的全部四种情形中，流动到蒸汽轮机704的蒸汽可以处于近似相同的温度。
[0070]将了解，上文说明的模块、过程、系统和部分可以用硬件、由软件编程的硬件、软件、存储在一种非暂时性计算机可读媒介上的指令或者以上各项的组合来实施。用于控制热储存系统、太阳能收集系统和/或电产生系统的系统可以例如使用一个处理器来实施，该处理器被配置成执行存储在一个非暂时性计算机可读媒介上的经编程指令序列。该处理器可以包括但不限于一个个人计算机或工作站或其他此类计算系统，该系统包括一个处理器、微处理器、微控制器装置或由包括例如专用集成电路(ASIC)等集成电路的控制逻辑组成。指令可以从根据例如Java、C++、C#.net或类似语言等编程语言提供的源代码指令而编译。指令还可以包括根据例如Visual Basic?语言或另一种结构化或面向对象的编程语言提供的代码和数据对象。经编程指令序列和与其相关联的数据可以存储在一种非暂时性计算机可读媒介中，例如一个计算机存储器或存储装置，它可以是任何合适的存储器设备，例如但不限于只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM ),随机存取存储器(RAM)、快闪存储器、磁盘驱动器等等。
[0071]此外，模块、过程、系统和部分可以被实施为单个处理器或一个分布式处理器。此外应当了解，本文讨论的步骤可以在单个或分布式处理器(单核和/或多核)上执行。而且，在以上实施例的各图中说明的过程、模块和子模块可以分布在多个计算机或系统之间，或者可以共同位于单个处理器或系统中。适合于实施本文说明的模块、部分、系统、装置或过程的示例性结构实施例替代方案在下面提供，但不限于此。本文说明的模块、处理器或系统可以实施为例如一个经编程的通用计算机、用微码编程的一个电子装置、一个硬连线模拟逻辑电路、存储在一个计算机可读媒介或信号上的软件、一个光学计算装置、电子和/或光学装置的一个联网系统、一个专用计算装置、一个集成电路装置、一个半导体芯片，以及存储在一个计算机可读媒介或信号上的软件模块或对象。而且，所披露的方法、系统和计算机程序产品的实施例可以用在一个经编程通用计算机、一个专用计算机、一个微处理器或类似物上执行的软件来实施。
[0072]方法和系统(或它们的子组件或模块)的实施例可以实施于以下各者上:一个通用计算机、一个专用计算机、一个经编程微处理器或微控制器和外围集成电路元件、一个ASIC或其他集成电路、一个数字信号处理器、一个硬连线电子或逻辑电路，例如一个离散元件电路、一个经编程逻辑电路，该经编程逻辑电路例如为一个可编程逻辑装置(PLD)、可编程逻辑阵列(PLA)、现场可编程门阵列(FPGA)、可编程阵列逻辑(PAL)装置等等。总体上，能够实施本文说明的功能或步骤的任何过程都可以用来实施方法、系统或计算机程序产品(存储在一个非暂时性计算机可读媒介上的软件程序)的实施例。
[0073]此外，所披露的方法、系统和计算机程序产品的实施例可以使用例如对象或面向对象的软件开发环境来完全地或部分地用软件来容易地实施，这些开发环境提供可以在多种计算机平台上使用的便携式源代码。可替代地，所披露的方法、系统和计算机程序产品的实施例可以使用例如标准逻辑电路或超大规模集成(VLSI)设计来部分地或完全地用硬件实施。取决于系统的速度和/或效率要求、特定功能和/或正在利用的特定软件或硬件系统、微处理器或微计算机，可以使用其他硬件或软件来实施实施例。本领域的普通技术人员从本文提供的功能说明并且用太阳能收集、热储存、发电和/或计算机编程领域的总体基本知识，可以使用任何已知或后来开发的系统或结构、装置和/或软件而用硬件和/或软件实施方法、系统和计算机程序产品的实施例。
[0074]所披露实施例的特征可以在本发明的范围内被组合、重新安排、省略等等，从而产生额外实施例。此外，某些特征有时可以用来提供优点而不需要相应使用其他特征。[0075]因此显然，根据本披露提供了用于在太阳能系统中提升蒸汽温度的系统、方法和装置。本披露实现了许多替代方案、修改和变化。虽然已经详细展示并说明了特定实施例以展示本发明的原理的应用，但将了解，在不脱离这些原理的情况下可以用另外的方式实施本发明。因此， 申请人:希望涵盖属于本发明的精神和范围内的所有这些替代方案、修改、等效物和变化。
【权利要求】
1.一种使用日照来产生电的系统，包括: 一个太阳能收集系统，该太阳能收集系统被构造成将太阳能日照转换成热能、并且将该热能传递到被递送通过该太阳能收集系统的水或水蒸汽以产生过热蒸汽； 一个热能储存系统，该热能储存系统包括至少第一和第二热储存储集器，这些储集器被配置成用于储存包含一种熔盐和一种熔融金属中的至少一者的一种热能储存流体、并且从该热能储存流体将焓传递到来自一个水或水蒸汽供应源的水或蒸汽； 一个电产生系统，该电产生系统包括一个涡轮机，该涡轮机被配置成使用被递送到该润轮机的蒸汽来产生电； 一个热交换器，该热交换器连接到该太阳能收集系统、该热能储存系统以及该电产生系统上，该热交换器被配置成使得可以选择性地传递焓: 从由该太阳能收集系统产生的该过热蒸汽传递到由该第一和第二储存储集器储存的该热能储存流体，或 直接传递到从所述供应源流出的水或蒸汽以产生蒸汽或过热蒸汽； 一个燃气蒸汽过热器；以及 一个控制系统，该控制系统被配置成用于控制该太阳能收集系统、该热能储存系统和该电产生系统以及该热交换器，使得: 在一个第一操作周期，由该太阳能收集系统产生的蒸汽单独地使用从日照转换而来的热能由此被进一步加热到一个电产生温度、并且被递送到该电产生系统；并且 在一个第二操作周期，借助于从该热储存流体传递的焓所产生的蒸汽由该燃气过热器进一步加热到实 质上与所述电产生温度相同的一个较高温度、并且随后被递送到该电产生系统； 其中所述第一和第二操作周期的特征在于以下各项中的至少一者:一个日照水平、一天中的一个时刻、或一个操作过程中的一个阶段。
2.如权利要求1所述的系统，其中: 该控制系统进一步被配置成用于控制该太阳能收集系统、该热能储存系统和该电产生系统以及该热交换器，使得在一个第三操作周期，由该太阳能收集系统产生的蒸汽由该燃气过热器进一步加热到实质上与所述电产生温度相同的一个较高温度、并且随后被递送到该电产生系统；并且 所述第三操作周期同样地特征在于以下各项中的至少一者:该日照水平、一天中的该时刻、或该操作过程中的该阶段。
3.如权利要求1所述的系统，其中: 该控制系统进一步被配置成用于控制该太阳能收集系统、该热能储存系统和该电产生系统以及该热交换器，使得在一个第四操作周期，由该太阳能收集系统产生的蒸汽与由来自该热储存流体的该焓传递产生的蒸汽的一种混合物由该燃气过热器进一步加热到实质上与所述电产生温度相同的一个较高温度、并且被递送到该电产生系统；并且 所述第四操作周期同样地特征在于以下各项中的至少一者:该日照水平、一天中的该时刻、或该操作过程中的该阶段。
4.如权利要求1到3中任一权利要求所述的系统，其中该第一操作周期具有最高的日照水平，该第三操作周期具有第二高的日照水平，该第四操作周期具有第三高的日照水平，并且该第二操作周期具有最低的日照水平。
5.如权利要求1到3中任一权利要求所述的系统，其中该操作过程的一个阶段是在该太阳能收集系统的启动或关闭过程中。
6.如权利要求1所述的系统，其中该太阳能收集系统包括一个太阳能接收器和多个定日镜，这些定日镜被配置成用于将日照反射到该太阳能接收器上。
7.一种使用日照来产生电的方法，包括: 在一个第一操作周期，使用日照在一个太阳能收集系统中产生处于一个第一温度和大于大气压的一个压力下的蒸汽，并且使用日照将其中的该蒸汽进一步加热到一个第二温度以用于产生电；并且 在一个第二操作周期，用从一种热储存流体传递的焓在一个热交换器中产生处于一个第三温度下的蒸汽，并且在一个燃气过热器中将该蒸汽进一步加热到一个第四温度以用于产生电； 其中该第二和第四温度是实质上相同的温度。
8.如权利要求7所述的方法，进一步包括: 在一个第三操作周期，使用日照在该太阳能收集系统中产生处于一个第五温度和大于大气压的一个压力下的蒸汽，并且在该燃气过热器中将该蒸汽进一步加热到一个第六温度以用于产生电； 其中该第二、第四和第六温度是实质上相同的温度。
9.如权利要求7所述的方法，进一步包括:· 在一个第四操作周期，(i)将使用日照在该太阳能收集系统中产生的处于一个第七温度下的蒸汽与使用从该热储存流体传递的焓在该热交换器中产生的处于一个第八温度下的蒸汽进行组合；并且(ii)在该燃气过热器中将该组合蒸汽进一步加热到一个第九温度； 其中该第二、第四和第九温度是实质上相同的温度。
10.如权利要求7到9中任一权利要求所述的方法，其中该第一到第四操作周期的特征在于以下各项中的至少任一者:一个日照水平、一天中的一个时刻、或该操作过程中的一个阶段。
11.如权利要求10所述的方法，其中该第一操作周期具有最高的日照水平，该第三操作周期具有第二高的日照水平，该第四操作周期具有第三高的日照水平，并且该第二操作周期具有最低的日照水平。
12.如权利要求10所述的方法，其中该操作过程的一个阶段是在该太阳能收集系统的启动或关闭过程中。
13.如权利要求7所述的方法，其中该使用日照在一个太阳能收集系统中产生蒸汽包括使用多个定日镜将日照反射到该太阳能收集系统的一个或多个太阳能接收器上。
14.如权利要求7所述的方法，其中在该第一操作周期，使用日照所产生并且进一步加热的该蒸汽的至少一部分被引导到一个热交换器，在该热交换器处来自该蒸汽的焓被传递到包含一种熔盐和一种熔融金属中的至少一者的一种热储存流体。
15.一种使用日照来产生电的方法，包括: 在一个第一时间，通过使用日照进行顺序的加热而产生处于一个电产生温度下的蒸汽，并且随后通过一个燃气过热器将该产生的蒸汽递送到一个电产生系统并且从该蒸汽产生电；并且 在一个第二时间，通过使用被储存在一个热能储存器中的焓进行顺序的加热而产生处于该电产生温度下的蒸汽，并且随后通过该燃气过热器将该产生的蒸汽递送到一个电产生系统并且从该蒸汽产生电。
16.如权利要求15所述的方法，进一步包括在其他时间，通过使用日照来加热该蒸汽的一个第一部分、通过使用被储存在一个热能储存器中的焓来加热该蒸汽的一个第二部分、并且通过该燃气过热器对该第一和第二部分的后续加热，而产生处于该电产生温度下的蒸汽。
17.如权利要求15所述的方法，进一步包括在其他时间，单独地通过使用日照进行加热而产生处于该电产生温度下的蒸汽。
18.如权利要求17所述的方法，其中该产生的蒸汽的至少一部分被引导到一个热交换器，在该热交换器处来自该产生的蒸汽的该至少一部分的焓被传递到一种热储存流体并且储存在其 中。
【文档编号】F03G6/06GK103850900SQ201310646147
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2012年12月4日
【发明者】伊斯雷尔·克洛伊泽 申请人:亮源工业（以色列）有限公司