太阳能热功率系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及太阳能热功率系统(100)，其包括太阳能接收器(110)和热能存储组件(120)，热能存储组件包括循环通过太阳能接收器(110)的热能存储流体以存储热能。系统(100)包括多级蒸汽涡轮(130)，其可用一级和二级组件(140，150)利用所述流体产生的可变压力蒸汽来运行。一级组件(140)产生高压蒸汽且将高压蒸汽供应到高压涡轮入口(132a)，且高压蒸汽从高压涡轮出口(132b)离开。二级组件(150)具有再热器组件(158)，以用通过再热器组件接收自存储组件(120)的流体产生中压蒸汽。中压蒸汽和从高压涡轮出口释放的蒸汽在再热器组件中混合和再加热，以供应到中压涡轮入口(134a)。
【专利说明】太阳能热功率系统
【技术领域】
[0001]本公开大体涉及集中式太阳能的领域，并且更具体而言，涉及具有熔盐热存储器的集中式太阳能热功率装置，其利用集中的太阳能来存储热能，以及利用存储的热能来发电。
【背景技术】
[0002]基于直接蒸汽中心接收器(DSCR)的太阳能热功率装置包括大的日光反射装置场和太阳能接收器，太阳能接收器置于很高的塔架上。日光反射装置将直射太阳光引导到太阳能接收器上，以产生蒸汽，蒸汽用来运行蒸汽涡轮以发电。典型地，太阳能热功率装置在日常循环中在有晴朗的太阳光的时间运行，而在夜晚或在多云季节停机。但是，如果太阳能热功率装置要满足不断增加的电量需要，它需要不管太阳光是否可用，即不管在晚上还是在多云季节都可运行。这种太阳能热功率装置的实现导致在白天需要存储太阳能热能，并且在晚上或在多云季节使用它。对于这种需要，大体使用了中心接收器，其包括太阳能存储流体，诸如熔盐。具有熔盐的中心接收器大体称为熔盐中心接收器(MSCR)。
[0003]典型的MSCR系统10在图1中显而易见。系统10包括MSCR 12、热存储罐14和冷存储罐16以及熔盐蒸汽发生器(MSSG)循环18。在MSCR 12处加热的熔盐流体存储在热存储罐14中，处于大约565°C的温度，并且在其热能被MSSG循环18利用之后，其存储在冷存储罐16中，处于大约290°C的温度，其进一步从冷存储罐16发送到MSCR 12，以再加热。MSSG循环18包括蒸汽发生器组件20、再热器22和涡轮24。蒸汽发生器组件20利用热的熔盐的热量并且将来自给水罐26的给水转换成蒸汽，并且将其发送到涡轮24的高压涡轮入口，以通过发电机‘G’将热量转换成电力。另外，来自涡轮24的高压涡轮出口的蒸汽被再热器20利用热的熔盐而再加热。这个经再加热的蒸汽供应到涡轮24的中压涡轮入口，以将热量转换成电力。
[0004]MSSG循环18中的蒸汽的温度和压力大体分别受到典型地处于545°C的热的熔盐温度的限制，并且受到MSSG循环18中的典型地处于115巴或低于115巴的夹点限制(pinchlimitation)的限制。MSSG循环18中的夹点限制取决于两个重要因素。第一，转换成蒸汽的给水温度应当需要保持高于240°C，以避免熔盐的冻结。第二，在来自涡轮24的高压涡轮出口的蒸汽被再热器20利用热的熔盐而再加热之后，这种经使用的热的熔盐的温度仍然高于它可被发送到冷存储罐14的温度，即高于290°C。避免从再热器20发送这种热的熔盐的可行解决方案是在蒸汽发生器组件20的任何级处(即在节热器、过热器和蒸发器中的任何两个之间)对其进行混合。由于这两个夹点限制的要求，得到了所提到的低蒸汽压力，其对太阳能热功率装置的效率具有各种不利影响，包括但不限于，降低功率装置的效率，形成冷点/滞点(这又导致熔盐的冻结)，堵塞蒸汽发生器组件20和损害蒸汽发生器组件20的热交换。
[0005]并不是到今天为止还没有花费足够的努力来解决这些夹点限制的要求。一个特定努力在图2中可为显然的，其中移除了图1中显示的再热器20，从而消除再加热从涡轮24的高压涡轮出口离开的蒸汽的需要。这种组件可避免在蒸汽发生器组件20的任何级处混合仍然热的熔盐，从而排除夹点限制的要求。但是，在这个情况下，在涡轮24的高压涡轮入口处提供的蒸汽压力应当被增加到足够高，以补偿不执行再加热带来的效率损失。但是由于低蒸汽压力的原因，这种组件可在低压蒸汽涡轮的出口处引起非常高的湿度，不利地影响最后级叶片的效率和腐蚀最后级叶片。
【发明内容】
[0006]本公开公开一种太阳能热功率系统，将在以下简要概述中介绍它，以提供对本公开的一个或多个方面的基本理解，该一个或多个方面意图克服所论述的缺点，但是包括其所有优点，以及提供一些额外的优点。这个概述不是对本公开的广泛的概括。其不意图标识本公开的关键或要害元件，也不意图描绘本公开的范围。实际上，这个概述的唯一目的是以简化的形式提供本公开的一些概念、其各方面和优点，作为后面提供的更详细描述的前序。
[0007]本公开的目标是描述一种太阳能热功率系统，其能够用无夹点限制的变量运行(特别地，夹点限制变量需要按顺序混合从再热器释放到高压线路的热的熔盐)，并且仍然能够获得发送到中压级涡轮的足够压力的蒸汽，以增加这种装置的总效率。
[0008]本公开的另一个目标是公开一种太阳能热功率系统，其能够排除低压蒸汽涡轮的出口处的湿度问题。
[0009]在本公开的一方面，描述一种实现本公开的一个或多个目标的太阳能热功率系统。太阳能热功率系统包括太阳能接收器、热能存储组件、多级蒸汽涡轮以及一级蒸汽发生器组件和二级蒸汽发生器组件。热能存储组件包括循环通过太阳能接收器的热能存储流体，以存储热能。另外，多级蒸汽涡轮可用热能存储流体产生的可变压力蒸汽来运行，以驱动发电机来产生电功率。多级蒸汽涡轮可用一级和二级蒸汽发生器组件产生的可变压力蒸汽来运行。一级蒸汽发生器组件用来将用热能存储流体产生的期望压力的高压蒸汽供应到多级蒸汽涡轮的高压涡轮入口。蒸汽从高压涡轮出口下游的涡轮级离开。另外，具有再热器组件的二级蒸汽发生器组件适于产生中压蒸汽，中压蒸汽由通过再热器组件接收自热能存储组件的热能存储流体产生。中压蒸汽和从高压涡轮出口下游的涡轮级离开的蒸汽两者被混合且供应到再热器组件，以再加热且然后供应到多级蒸汽涡轮的中压涡轮入口。
[0010]在本公开的一个实施例中，太阳能热功率系统的热能存储组件包括第一和第二存储罐。第一存储罐适于存储热的热能存储流体。第二存储罐适于存储冷的热能存储流体。热能存储组件将冷的热能存储流体从第二存储罐供应到太阳能接收器，以再加热。
[0011]在一个实施例中，一级蒸汽发生器组件适于接收来自第一存储罐的热的热能存储流体，以产生供应到多级蒸汽涡轮的高压涡轮入口的期望压力的高压蒸汽。热的热能存储流体在其热量被一级蒸汽发生器组件利用来产生高压蒸汽之后得到冷的热能存储流体。这个得到的冷的热能存储流体从一级蒸汽发生器组件直接供应到第二存储罐。在一个示例性形式中，一级蒸汽发生器组件可包括高压节热器、高压蒸发器和过热器，它们连通性地构造成利用接收自第一存储罐的热的热能存储流体的热量来产生期望压力的高压蒸汽。
[0012]在一个实施例中，二级蒸汽发生器组件适于通过再热器组件接收来自第一存储罐的热的热能存储流体，以产生中压蒸汽。热的热能存储流体在其热量被二级蒸汽发生器组件利用来产生中压蒸汽之后得到冷的热能存储流体。这个得到的冷的热能存储流体从二级蒸汽发生器组件直接供应到第二存储罐。在一个示例性形式中，二级蒸汽发生器组件还可包括中压节热器、中压蒸发器和过热器，它们连通性地构造成利用通过再热器组件接收自第一存储罐的热的热能存储流体的热量来产生中压蒸汽。
[0013]在一个实施例中，来自中压涡轮出口的蒸汽被供应到多级蒸汽涡轮的低压涡轮入□。
[0014]在一个实施例中，太阳能热功率系统可进一步包括调节组件，用于调节从多级蒸汽涡轮离开的蒸汽。调节组件包括冷凝器、低压加热器组件和高压加热器组件以及给水供应。冷凝器适于使从多级涡轮离开的蒸汽冷凝，以获得水。另外，低压加热器组件和高压加热器组件构造成加热从冷凝器接收的水。此外，给水供应构造成将高压给水供应到一级和二级蒸汽发生器组件。
[0015]一级和二级蒸汽发生器组件排除混合释放自再热器的热的熔盐需要，以便获得高压或期望压力的流通蒸汽，以增加这种装置的总效率。这样的一级和二级蒸汽发生器组件还可使得太阳能热功率系统能够用至少无夹点限制的变量来运行。另外，由于从高压涡轮出口下游的涡轮级离开的蒸汽通过再热器组件再加热以将蒸汽供应到中压涡轮入口，排除了在低压蒸汽涡轮的出口处的湿度问题。
[0016]在本公开特别地指出了本公开的这些以及其它方面，以及刻画本公开的各种新颖性特征。为了更好地理解本公开、其运行优点和其用途，应当参照附图和其中示出了本公开的示例性实施例的描述性内容。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]参照结合附图得到的以下详细描述和权利要求，将更好地理解本公开的优点和特征，其中，相同元件以相同符号来标识，并且其中:
图1示出已知的太阳能热功率系统的示意图；
图2示出另一个已知的太阳能热功率系统的示意图；以及 图3示出根据本公开的示例性实施例的太阳能热功率系统的示意图。
[0018]在若干附图的描述中，相同参考标号表不相同兀件。
[0019]参考标号:
10典型的MSCR系统 12MSCR
14、16热存储罐和冷存储罐 18熔盐蒸汽发生器(MSSG)循环 20蒸汽发生器组件 22再热器 24涡轮 26给水罐 G发电机
100太阳能热功率系统；系统
110太阳能接收器
120热能存储组件；热存储组件 122、124第一存储罐和第二存储罐
130多级蒸汽涡轮
132高压蒸汽涡轮
132a高压涡轮入口
132b高压涡轮出口
134中压涡轮
134a中压涡轮入口
134b中压涡轮出口
136低压涡轮
136a低压涡轮入口
136b低压涡轮出口
140 一级蒸汽发生器组件
142高压节热器
144高压蒸发器
146过热器
150 二级蒸汽发生器组件
152高压节热器
154高压蒸发器
156过热器
158再热器组件
160发电机
170给水供应
180降压组件
190调节组件
192冷凝器
194、196低压加热器组件和高压加热器组件。
【具体实施方式】
[0020]为了全面理解本公开，结合上面描述的图参照以下详细描述，包括所附权利要求。在以下描述中，为了进行解释，阐述了许多具体细节，以便对本公开提供全面的理解。但是对本领域技术人员将显而易见的是，可在没有这些具体细节的情况下实践本公开。在其它情况下，结构和装置仅以框图形式显示，以便避免使本公开模糊。在这个说明书中参照了“一个实施例”、“实施例”、“另一个实施例”、“各种实施例”表示结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本公开的至少一个实施例中。出现在说明书的各种地方的词语“在一个实施例中”不一定始终参照同一实施例，也不一定是与其它实施例相互排斥的单独的或备选的实施例。此外，描述了可能由一些实施例展示而未由其它实施例展示的各种特征。类似地，描述了各种要求，这可能是一些实施例的要求，但可能不是其它实施例的要求。
[0021]虽然以下描述包含用于进行说明的许多细节，但是本领域任何技术人员将理解对这些细节的许多变型和/或修改在本公开的范围内。类似地，虽然本公开的许多特征参照彼此或结合彼此进行描述，但是本领域技术人员将理解这些特征中的许多可独立于其它特征来提供。因此，阐述了本公开的这个描述而不失去任何一般性，并且不对本公开施加限制。另外，相关用语，诸如“一级”、“二级”、“第一”、“第二”等在本文不表示任何顺序、高度或重要性，而是用来使一个元件与另一个元件区别开。另外，用语“一个”、“一种”和“多个”在本文不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所参照的项目。
[0022]参照图3，示出了根据本公开的示例性实施例的太阳能热功率系统100的示例示意图。太阳能热功率系统100(下文称为‘系统100’ )包括太阳能接收器110，太阳能接收器110可置于很高的塔架上，并且被大的日光反射装置场包围。太阳能接收器110接收来自日光反射装置的太阳能，以被加热。系统100进一步包括热能存储组件120 (下文称为‘热存储组件120’)(虚线)，热能存储组件120具有循环通过太阳能接收器110的热能存储流体(下文称为‘热存储流体’)，以将热能存储在其中。热存储流体可大体为熔盐，即硝酸钠和硝酸钾(NaN03和KN03)的混合物。但是，在不脱离本公开的范围的情况下，发现适合的任何其它热存储流体都可用于所述目的。热存储组件120可包括第一存储罐122和第二存储罐124。在白天，当太阳能通过日光反射装置入射到太阳能接收器110上时，流过其中的热存储流体被加热。来自太阳能接收器110的经加热的热存储流体可存储在第一存储罐122中。而在晚上，第一存储罐122中存储的经加热的热存储流体被用来产生电功率，并且得到的冷的热存储流体可存储在第二存储罐124中。另外不时地，来自第二存储罐124的冷的热存储流体被供应到太阳能接收器110，以再加热。
[0023]系统100包括多级蒸汽涡轮130以及一级蒸汽发生器组件140和二级蒸汽发生器组件150，以利用热存储组件120的热存储流体的热量来驱动发电机150来产生电功率。多级蒸汽涡轮130包括高压蒸汽涡轮132、中压涡轮134和低压涡轮136，它们适于可用一级蒸汽发生器组件140和二级蒸汽发生器组件150利用来自热存储组件120的热存储流体产生的可变压力蒸汽来运行。
[0024]一级蒸汽发生器组件140 (下文称为‘一级组件140’ )适于接收通过泵来自给水供应170的处于高压的给水。高压给水通过来自热存储组件120的热存储流体转换成期望压力(优选170巴(bar))和温度(优选545°C )的高压蒸汽。在示例中，一级组件140包括高压节热器142、高压蒸发器144和过热器146，它们连通性地构造成利用接收自第一存储罐122的热的热存储流体的热量来产生所述高压蒸汽。热的热存储流体在其热量被一级组件140利用之后得到冷的热存储流体，并且得到的冷的热能存储流体从一级组件140直接供应到第二存储罐124，以存储在其中。
[0025]所述高压蒸汽被供应到多级蒸汽涡轮130的高压涡轮132的高压涡轮入口 132a，以对其进行驱动。在供应其能量之后，蒸汽被从高压涡轮出口 132b下游的涡轮级释放。
[0026]另外，二级蒸汽发生器组件150 (在下文称为‘二级组件150’ )与一级组件140同时工作。二级组件150还适于接收通过泵来自给水供应170的给水。二级组件150可包括降压组件180，以降低从给水供应170供应的经加热的高压水的压力。经加热的给水然后通过来自热存储组件120的热存储流体转换成中压蒸汽。在示例中，二级组件150包括高压节热器152、高压蒸发器154和过热器156，它们连通性地构造成利用接收自第一存储罐122的热的热存储流体的热量来产生所述中压蒸汽。热的热存储流体在其热量被二级组件150利用之后得到冷的热存储流体，并且得到的冷的热能存储流体从二级组件150直接供应到第二存储罐124。
[0027]二级组件150包括再热器组件158。来自第一存储罐122的热的热存储流体通过再热器组件158供应到二级组件150，以产生所述中压蒸汽。二级组件150产生的中压蒸汽和从高压涡轮出口 132b下游的涡轮级释放的蒸汽两者被混合且供应到再热器组件158，以再加热。经混合和再加热的蒸汽然后供应到中压涡轮入口 134a。另外，来自中压涡轮出口134b的蒸汽被供应到低压涡轮入口 136a，以驱动多级蒸汽涡轮130。从低压涡轮出口 136b下游的涡轮级释放的蒸汽可在调节组件190中进行调节。
[0028]调节组件190构造成调节从多级蒸汽涡轮130释放的蒸汽，并且为了做到这一点，其包括冷凝器192、低压加热器组件194和高压加热器组件196，以及给水供应170。冷凝器192适于使从多级蒸汽涡轮130释放的蒸汽冷凝，以获得水。另外，低压加热器组件194和高压加热器组件196构造成按要求加热接收自冷凝器192的水。此外，上面提到的给水供应170构造成将高压给水供应到一级组件140和二级组件150。
[0029]本公开的系统100在各种范围中是有利的。太阳能热功率系统的一级和二级蒸汽发生器组件排除了对混合从再热器释放的热的熔盐的需要，以便获得高压或期望压力的流通蒸汽，以增加这种装置的总效率。这样的一级和二级蒸汽发生器组件还可使得太阳能热功率系统能够用至少无夹点限制的变量运行。另外，由于从高压涡轮出口的下游的涡轮级离开的蒸汽通过再热器组件再加热以将蒸汽供应到中压涡轮入口，排除了在低压蒸汽涡轮的出口处的湿度问题。
[0030]提供本公开的具体实施例的前述描述来进行示出和描述。它们不意图为详尽的或将本公开限于公开的精确形式，或者根据上面的教导，显然许多修改和变型是可行的。选择和描述实施例，以便最好地阐述本公开的原理和其实际应用，从而使得本领域其它技术人员能够最好地利用本公开，以及具有适于构想到的特定用途的各种修改的各种实施例。要理解，在情况可能允许或方便时，构想到各种等效物的省略和替代，但是它们意图覆盖本申请或实现，而不脱离本公开的权利要求的精神或范围。
【权利要求】
1.一种太阳能热功率系统，包括: 太阳能接收器； 热能存储组件，其包括循环通过所述太阳能接收器的热能存储流体，以存储热能； 多级蒸汽涡轮，其可用所述热能存储流体产生的可变压力蒸汽来运行，以驱动发电机来产生电功率，其中所述多级蒸汽涡轮可用下者产生的可变压力蒸汽来运行: 一级蒸汽发生器组件，其将用所述热能存储流体产生的期望压力的高压蒸汽供应到所述多级蒸汽涡轮的高压涡轮入口 ，蒸汽从高压涡轮出口下游的涡轮级离开；以及 二级蒸汽发生器组件，其具有再热器组件，所述二级蒸汽发生器组件适于供应用通过所述再热器组件接收自所述热能存储组件的所述热能存储流体产生的中压蒸汽，中压蒸汽和从所述高压涡轮出口下游的涡轮级离开的蒸汽两者被混合且供应到所述再热器组件，以再加热且供应到所述多级蒸汽涡轮的中压涡轮入口。
2.根据权利要求1所述的太阳能热功率系统，其特征在于，所述热能存储组件包括: 第一存储罐，其存储热的热能存储流体；以及 第二存储罐，其存储冷的热能存储流体，所述热能存储组件将冷的热能存储流体从所述第二存储罐供应到所述太阳能接收器，以再加热。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能热功率系统，其特征在于，所述一级蒸汽发生器组件适于接收来自所述第一存储罐的热的热能存储流体，以产生供应到所述多级蒸汽涡轮的所述高压涡轮入口的期望压力的高压蒸汽。
4.根据权利要求1或2所述的太阳能热功率系统，其特征在于，所述二级蒸汽发生器组件适于通过所述再热器组件接收来自所述第一存储罐的热的热能存储流体，以产生中压蒸汽。
5.根据权利要求1或2所述的太阳能热功率系统，其特征在于，热的热能存储流体在其热量被所述一级蒸汽发生器组件利用来产生高压蒸汽之后得到冷的热能存储流体，得到的冷的热能存储流体直接从所述一级蒸汽发生器组件供应到所述第二存储罐。
6.根据权利要求1或2所述的太阳能热功率系统，其特征在于，热的热能存储流体在其热量被所述二级蒸汽发生器组件利用来产生中压蒸汽之后得到冷的热能存储流体，得到的冷的热能存储流体直接从所述二级蒸汽发生器组件供应到所述第二存储罐。
7.根据权利要求1或2所述的太阳能热功率系统，其特征在于，所述一级蒸汽发生器组件包括高压节热器、高压蒸发器和过热器，它们连通性地构造成利用接收自所述第一存储罐的热的热能存储流体的热量来产生期望压力的高压蒸汽。
8.根据权利要求1或2所述的太阳能热功率系统，其特征在于，所述二级蒸汽发生器组件包括中压节热器、中压蒸发器和过热器，它们连通性地构造成利用通过所述再热器组件接收自所述第一存储罐的热的热能存储流体的热量来产生中压蒸汽。
9.根据权利要求1所述的太阳能热功率系统，其特征在于，来自中压涡轮出口的蒸汽被供应到所述多级蒸汽涡轮的低压涡轮入口。
10.根据权利要求1所述的太阳能热功率系统，其特征在于，进一步包括调节组件，用于调节从所述多级蒸汽涡轮离开的蒸汽，其中所述调节组件包括: 冷凝器，其使从所述多级涡轮离开的蒸汽冷凝以获得水； 低压加热器组件和高压加热器组件，其构造成加热接收自所述冷凝器的水；以及给水供应，其构造成将高压给水供应到所述一级和二级蒸汽发生器组件。
11.一种太阳能热功率系统,包括: 太阳能接收器； 热能存储组件，其包括循环通过所述太阳能接收器的热能存储流体，以存储热能，所述热能存储组件具有: 第一存储罐，其存储热的热能存储流体，以及 第二存储罐，其存储冷的热能存储流体，所述热能存储组件将冷的热能存储流体从所述第二存储罐供应到所述太阳能接收器，以再加热； 多级蒸汽涡轮可用所述热能存储流体产生的可变压力蒸汽来运行，以驱动发电机来产生电功率，其中所述多级蒸汽涡轮可用下者产生的可变压力蒸汽来运行: 一级蒸汽发生器组件，其适于接收来自所述第一存储罐的热的热能存储流体，以产生供应到所述多级蒸汽涡轮的高压涡轮入口的期望压力的高压蒸汽，蒸汽从高压涡轮出口下游的涡轮级离开；以及 二级蒸汽发生 器组件，其具有再热器组件，所述二级蒸汽发生器组件适于通过所述再热器组件接收来自所述第一存储罐的热的热能存储流体，以产生中压蒸汽，中压蒸汽和从所述高压涡轮出口下游的涡轮级的离开的蒸汽两者被混合且供应到所述再热器组件，以再加热且从所述再热器组件供应到所述多级蒸汽的中压涡轮入口。
12.根据权利要求11所述的太阳能热功率系统，其特征在于，热的热能存储流体在其热量被所述一级蒸汽发生器组件利用来产生高压蒸汽之后得到冷的热能存储流体，得到的冷的热能存储流体直接从所述一级蒸汽发生器组件供应到所述第二存储罐。
13.根据权利要求11所述的太阳能热功率系统，其特征在于，热的热能存储流体在其热量被所述二级蒸汽发生器组件利用来产生中压蒸汽之后得到冷的热能存储流体，得到的冷的热能存储流体直接从所述二级蒸汽发生器组件供应到所述第二存储罐。
【文档编号】F03G6/06GK103925179SQ201410019199
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年1月16日 优先权日:2013年1月16日
【发明者】E.康特, N.马查 申请人:阿尔斯通技术有限公司