生成电能的方法和系统、存储日射热量的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开大体上涉及使用太阳日射(solar insolat1n)的能量生产，并且更具体而言，涉及使用热贮水池来存储太阳能。
【背景技术】
[0002]针对于用在存储热量并且从存储的热量来生成电能(比如通过汽轮机)，日射可以被用于加热接收器中的水和蒸汽。过热蒸汽中的焓可以被传送到用于后续使用的液相感热存储介质。可以将存储介质以不同的温度存储在不同的热绝缘容器中，例如，一个容器可以以更接近存储介质的凝固点的更冷温度来存储存储介质，并且另一个容器可以以更接近液相材料在空气或者任意其它所选气体中的稳定性的上限的更热温度来存储存储介质。术语“容器”可以被用于代表适于存储存储介质的任意蓄水池，其可以是诸如洞穴的天然蓄水池，或者可以是诸如储罐的制造出的蓄水池。
【发明内容】
[0003]在接收器中生成的一小部分蒸汽可以被用于执行诸如驱动蒸汽驱动泵的机械工作。除了这部分之外，在接收器中生成的所有过热蒸汽可以被递送到热交换器，在该热交换器中，过热蒸汽中的一些焓可以被传送到液相感热存储介质以用于后续使用。
[0004]在一些实施例中，蒸汽在热交换器中从过热降温(de-superheated)至高于其相应冷凝温度的温度并且随后以再过热的气态形式被返回到接收器。再过热蒸汽可以被递送到第二热交换器，在该第二热交换器中，过热蒸汽中的焓可以被传送到用于后续使用的液相感热存储介质。其中，多个热交换器在本公开中被描述，应该理解的是，单个热交换器可以被设计为在不同部分以不同压力或温度来操作，或者在不同部分以相反流动来操作，并且因此代表单独热交换器的术语可以被理解为表示在不同时间执行不同功能的、或者在同一时间在不同蒸汽压处执行相同功能的、或者在相同时间在不同温度处执行相同功能的、或者上述任意组合的单个热交换器或一小部分热交换器。
[0005]来自液相感热存储介质的焓可以被传送到水以产生可以被用于在蒸汽轮机中产生电能的过热蒸汽。通过从存储在存储介质中的焓生成的蒸汽来生成电能可以是连续的或者可以是按需的，并且可以发生在白天或夜晚的任何时候，只要存在适于生成用于产生电能的蒸汽的温度处在容器中存储足够的焓即可。电能的生成并不取决于在此时存在可利用的日射。
[0006]在一些实施例中，一种用于生成电能的方法，可以包括:在第一时间处:使用由多个定日镜反射到接收器表面上的日射以至少100巴的压力来加热接收器中的水以生成第一蒸汽流；将所述第一蒸汽流的第一部分递送到第一热交换器并且在其内将焓从所述蒸汽传送到感热存储介质，以使得所述感热存储介质从第一热绝缘容器流到第二热绝缘容器；以及使用来自所述第一蒸汽流的第二部分的能量来执行机械功，其中所述第一部分和第二部分共同包括本质上所有所述第一蒸汽流，并且其中所述第一蒸汽流包括在所述接收器中生成的所有过热蒸汽；以及在第二时间处:使用由所述感热存储介质传送的焓来在第二热交换器中生成第二蒸汽流，以使得所述感热存储介质从所述第二热绝缘容器流到所述第一热绝缘容器；以及将所述第二蒸汽流递送到涡轮以生成电能。
[0007]所述方法在所述第一时间处还可以包括:将第三蒸汽流从所述第一热交换器的出口递送到所述接收器，其中所述蒸汽在第一温度处为本质上的气态形式；使用所述日射将所述蒸汽的温度提升到第二温度；以及将处于所述第二温度的所述蒸汽递送到第三热交换器并且在其内将焓从所述蒸汽传送到感热存储介质，以使得所述感热存储介质从第一热绝缘容器流到第二热绝缘容器；其中所述第一蒸汽流和第三蒸汽流共同包括在所述接收器中生成的所有过热蒸汽。
[0008]在摄氏度下的所述第二温度可以位于所述第一蒸汽流的温度的2%之内或5%之内或10%之内。所述第三蒸汽流的压力可以在所述第一蒸汽流的压力的5%之内或10%之内或20%之内。从反射的日射在所述接收器中吸收的能量的至少50%，或者至少55%或者至少60%被指向所述过热蒸汽。
[0009]在一些实施例中，所述第二时间和所述第一时间是相同的。在这种情形下，所述方法还可以包括:通过冷却装置将第四蒸汽流从所述涡轮的出口递送到第四热交换器，在所述冷却装置中，所述第四蒸汽流被冷凝以创建第一水流；将从蒸汽冷凝的第二水流从所述第一热交换器的出口递送到所述第四热交换器；以及在所述第四热交换器中，将焓从所述第二水流传送到所述第一水流。在这种情形下，所述方法还可以包括:通过冷却装置将第四蒸汽流从所述涡轮的出口递送到第五热交换器，在所述冷却装置中，所述第四蒸汽流被冷凝以创建第一水流；将第五蒸汽流从所述第一热交换器的出口递送到所述第五热交换器；以及在所述第五热交换器中，将焓从所述第五蒸汽流传送到所述第一水流。
[0010]在这些实施例的任意一个中，所述第一蒸汽流的第二部分可以为0%并且所述第一蒸汽流的第一部分可以为100%。在一些实施例中，机械功可以包括对蒸汽进行泵送。在一些实施例中，所述感热存储介质可以包括熔盐或者熔融金属。
[0011]在实施例中，蒸汽被过热超过一次，过热可以发生两次或者多于两次。因此蒸汽的额外流可以被从所述第三热交换器的出口递送到所述接收器，其中所述蒸汽在第一温度处为本质上气态形式；使用日射所述蒸汽的温度可以被提升到第二温度；处于所述第二温度的所述蒸汽可以被递送到额外的热交换器并且在其内将热量从所述蒸汽传送到感热存储介质，以使得所述感热存储介质从第一热绝缘容器流到第二热绝缘容器；并且额外的蒸汽流和所述第一蒸汽流以及第三蒸汽流可以包括在所述接收器中生成的所有过热蒸汽。
[0012]在上述方法的任意一种方法中，所述第一过热蒸汽流的压力可以大于150巴或大于170巴，在第一热绝缘容器中的所述存储介质的温度范围可以为270摄氏度至290摄氏度，并且在第二热绝缘容器中的所述存储介质的温度可以为至少460摄氏度或至少470摄氏度或至少480摄氏度。
[0013]在一些实施例中，一种用于在感热存储介质中存储来自日射的热量的方法，包括:使用由定日镜的场反射到接收器表面上的日射以至少100巴的压力来加热接收器中的水以生成第一蒸汽流；将所述第一蒸汽流的第一部分递送到第一热交换器并且在其内将热量从所述蒸汽传送到感热存储介质，以使得所述感热存储介质从第一热绝缘容器流到第二热绝缘容器；以及使用来自于所述第一蒸汽流的第二部分的能量来执行机械功，将第二蒸汽流在第一温度处以本质上气态的形式从所述第一热交换器的出口递送到所述接收器；使用日射将所述第二蒸汽流的温度提升到第二温度；以及将处于所述第二温度的所述蒸汽递送到第二热交换器并且在其内将热量从所述蒸汽传送到感热存储介质，以使得所述感热存储介质从第一热绝缘容器流到第二热绝缘容器，其中所述第一部分和所述第二部分共同包括本质上的所有第一蒸汽流。
[0014]在这个方法中，在摄氏度下的所述第二温度可以位于所述第一蒸汽流的温度的2%之内或5%之内或10%之内，并且所述第三蒸汽流的压力在所述第一蒸汽流的压力的5%之内或10%之内或20%之内。所述第一蒸汽流的第二部分可以为0%并且所述第一蒸汽流的第一部分可以为100%。
[0015]在一些实施例中，一种用于在感热存储介质中存储来自日射的热量的系统，可以包括:接收器，在该接收器中，通过反射的日射来对水加热以生成蒸汽，并且在该接收器中，通过反射的日射来加热所述蒸汽以同时生成在多个压力下的过热蒸汽，所述多个压力的每个均大于100巴；多个定日镜，其在所述接收器周围定位以将日射反射到所述接收器的表面上；多个蒸汽运输工具，其连接到所述接收器以使得每个运输工具以所述多个压力中的相应一个来递送相应蒸汽流；热能存储系统，其包括液相感热存储介质，所述液相感热存储介质具有熔盐或者熔融金属中的至少一个；多个热绝缘容器，其用于以相应的多个温度来容纳所述存储介质；以及多个热交换器，所述多个热交换器的每个与所述多个热绝缘容器中的每个热绝缘容器流体连通以能够使所述存储介质通过其流动，并且所述多个热交换器的每个与所述多个蒸汽运输工具中的至少一个蒸汽运输工具流体连通以能够使所述蒸汽流通过其流动，从而能够将焓从所述蒸汽传送到所述存储介质；以及蒸汽运输工具，其连接到所述多个热交换器中的第一热交换器以使得所述蒸汽运输工具将蒸汽流递送到所述接收器。在这样的系统中，所述多个压力中的第一压力在所述多个压力中的第二压力的5%之内，或者10%之内或者20%之内。
[0016]在一些实施例中，一种用于生成电能的系统，可以包括:接收器，在该接收器中，通过反射的日射来对水加热以生成蒸汽，并且在该接收器中，通过反射的日射来加热蒸汽以生成处于大于100巴的压力下的第一过热蒸汽流；多个定日镜，其在所述接收器周围定位以将日射反射到所述接收器的表面上；第一蒸汽运输工具，其连接到所述接收器以使得所述第一蒸汽运输工具将100%的所述第一过热蒸汽流递送到热能存储系统；所述热能存储系统包括:液相感热存储介质，其包括熔盐或者熔融金属中的至少一个；多个热绝缘容器，其用于以相应多个温度来容纳所述存储介质；第一热交换器，其与所述第一蒸汽运输工具流体连通，在该第一热交换器中，通过所述第一蒸汽运输工具而从所述多个热绝缘容器中的第一热绝缘容器递送到第二热绝缘容器的存储介质流的温度通过将焓从所述过热蒸汽传送到所述存储介质来提升；以及电能生成系统包括:第二热交换器，在该第二热交换器中，使用以下热量来生成处于大于100巴的压力的第二过热蒸汽流，其中所述热量由从所述第二热绝缘容器递送到所述第一热绝缘容器的存储介质流体流来传送；第二蒸汽运输工具，其连接到所述第二热交换器以使得所述第二蒸汽运输工具将所述第二过热蒸汽流从所述第二热交换器递送到蒸汽轮机；以及所述蒸汽轮机，其被构造为从所述第二过热蒸汽流来生成电能。
[0017]在这种系统中，第一蒸汽流的一小部分可以被用于使用其内包含的能量来执行机械功并且所述第一蒸汽流的剩余物被递送到所述第一热交换器。
[0018]在一些实施例中，这种系统