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_3

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的选择和放置(包括是否完全部署它们)以及它们的特征和功能,可以由本领域技术人员根据标准工程实践来被全部指定并且这种设计考虑优于描述中的泵的描述性部署。在【附图说明】中标记为储罐的元件可以是在尺寸上适合的任意类型的蓄水池或者容器,当设计用于存储高温液相感热存储介质的系统时,材料选择和热绝缘可以被本领域技术人所选择。
[0047]如本领域公知的,由于日射水平的变化或由于太阳能场(即,蒸汽生成)操作可能被暂缓或取消的其它原因,接收器系统和电能生成系统之间的直接连接具有使电能生产遭受包括波动和中断的变化的缺陷。电能生产中的这种变化对于将电能生成太阳能塔式系统集成到周围的电网中可能是有害的,该电网的操作者可能例如对可靠性和可预测性具有需求,并且变化可以在设备项目的平均寿命上具有有害的效果,比如当蒸汽输入落后于预定水平的流动或者压力时,蒸汽轮机可以“绊倒”(脱机)并且随后需要额外的启动程序来继续电能生成操作。
[0048]在本发明的一些实施例中,在接收器中生成的“所有”过热蒸汽中的至少一些焓被传送到液相感热存储介质,其可以包括以下中的至少一个:硝酸盐、盐、亚硝酸盐、氟化盐、诸如钠的金属、以及本领域公知的具有高于200摄氏度或高于300摄氏度或高于500摄氏度或高于600摄氏度或低于700摄氏度的稳定液相的其它任意材料。本领域技术人员知晓选择具有热容、热导率、和粘度的期望组合并且连同液相中的介质工作温度范围一起的存储介质,针对于感热存储,这在技术上以及经济性上产生可接受的解决方案。硝酸钾和硝酸钠的混合物作为存储介质普遍地但非排他地配置在太阳能工业中,但这仅仅是示例并且随着针对热能存储研发熔盐和金属的新的混合物,他们在本实施例中替代当前已知混合物的使用对于本领域技术人员而言是显而易见。
[0049]当我们在此处提及从生成的“所有”蒸汽来传送的焓时,应该理解的是术语“所有”由产生在蒸汽中的或蒸汽本身的焓的正常损耗焓来限定,比如,例如由于从蒸汽传送到任意运输工具的传导热引起的损失,在系统关闭或者启动之前、期间以及之后的损失,或者产生在正常操作中的蒸汽或焓的任意其它轻微损失。
[0050]图4b示出了根据一个或多个实施例的太阳能塔式系统20,该太阳能塔式系统20包括在塔50顶部的接收器系统20,其中使用由定日镜70的太阳能场60反射到接收器20的外表面上的日射来对水加热以及使水蒸发。运输工具75a被构造为将在接收器20中生成的所有过热蒸汽递送到热交换器阵列77,其中,处于第一温度的液相感热存储介质通过运输工具76a从第一贮水池91a递送到该热交换器阵列77。热交换器阵列优选地被构造为保证将焓从过热蒸汽传送到存储介质,以使存储介质升到第二温度并且使蒸汽冷凝成水。水从热交换器阵列77通过运输工具75a返回到塔50和接收器20,并且处于第二温度的存储介质通过运输工具76b被递送到贮水池91b。在贮水池91b中处于第二温度的存储介质可以在任意时间被使用,以例如产生用于在蒸汽轮机中生成电能的过热蒸汽,如本领域公知的那样。
[0051]焓从过热蒸汽到热交换器中的或一系列热交换器中的感热存储介质的传送使该存储介质的温度上升。图5示出了根据一些实施例的当焓被传送到存储介质时蒸汽中对应的温度下降。在步骤103,处于最高温度Tl的过热蒸汽被过热降温至温度T2,T2稍微高于冷凝温度(此处与“饱和温度”可互换地使用)。这是感热从蒸汽到存储介质的传送并且将导致存储介质温度的对应上升。Τ2可以小于饱和温度之上的I摄氏度,小于饱和温度之上的5摄氏度,小于饱和温度之上的10摄氏度,或者小于饱和温度之上的10摄氏度。在步骤102,蒸汽被冷凝,并且蒸汽中几乎没有温度下降从T2到T3被看到,这是由于大部分的传热包括了相变的潜伏热。该步骤将导致感热存储介质的温度中的最小化上升。在步骤101,冷凝蒸汽(水)从稍微低于“窄点”温度的T3冷却到低温T4,其中“窄点”温度是针对温度的专门术语,在该温度处,大多数相变发生在给定压力处。这个传热步骤使存储介质从其典型的“寒冷温度“提升到更接近蒸汽窄点温度的温度。本领域技术人员应该理解的是,根据设计的技术以及经济参数,热交换可以发生在单个热交换器中或者一系列热交换器中。在示例中,T4范围为560摄氏度至570摄氏度,T3为340摄氏度至350摄氏度以针对处在145巴的示例性压力处的蒸汽,T2为330摄氏度至340摄氏度,以及Tl为270摄氏度至280摄氏度。在另一示例中,针对处在175巴的描述性压力处的蒸汽,T4为570摄氏度至580摄氏度。
[0052]在一些实施例中,如图6所描述的,系统可以构造为使得来自接收器的所有蒸汽被指向热交换部分30以将焓从蒸汽传送到存储介质。该蒸汽优选处于大于100巴、或者大于125巴,或者大于150巴,或者大于175巴的压力处。在不例中,存储介质(未不出)以各自的“冷”和“热”温度被存储在两个储罐95、96中。存储介质通过由带箭头的短划线所表示的运输工具来递送(并且示意性地以箭头的方向)。使用存储介质泵82将存储介质从冷储罐95递送到低温热交换器33。在低温热交换器33中,冷凝蒸汽(水)将存储介质冷却至期望用于存储在冷储罐95中的温度。离开低温热交换器33的存储介质被递送到冷凝热交换器32,其中,焓从处于蒸汽相应压力下的高于蒸汽饱和温度的温度处的蒸汽传送到存储介质,其以比在蒸汽相应压力下的蒸汽的饱和温度更低的温度进入第二热交换器32。该蒸汽实质上在对热交换器32进行冷凝中被冷凝,并且存储介质在其内对应地增加了温度。随后存储介质递送到高温热交换器31,其中,过热蒸汽被过热降温至20摄氏度、或者10摄氏度或者5摄氏度以内,或者小于其饱和温度的I摄氏度,并且存储介质的温度对应地提升到被选择用于存储在热储罐96中的温度。通过高温热交换器31,存储介质被递送到热储罐
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[0053]在太阳能接收器系统20中,水和蒸汽(未示出)通过由带箭头的实线所表示的运输工具所递送(并且示意性地以箭头的方向)。使用给水泵83将冷凝物(比如来自于冷凝蒸汽的水)从低温热交换器33递送到鼓室27 (或者可选地,(未示出)递送到使鼓室27与蒸发器接收部分26相连接的标记为25的运输工具中);在运输工具25中,使用再循环泵81将水从鼓室27递送到蒸发器接收部分26。水进入蒸发器接收部分26 (其也可以被称为蒸汽生成器或者蒸汽生成接收器)并且通过由从蒸发器接收部分26的外表面上集中的反射的日射所吸收的热量来使水蒸发。蒸发器接收部分26优选设计为火管锅炉。具有一些被带着残留水的或不具有被带着残留水的蒸汽被递送到鼓室27,在其中,使用在工业锅炉设计领域中公知的蒸汽分离技术中的一个来使残留水被分离。饱和蒸汽随后被从鼓室27递送到优选设计为管状辐射过热器的过热器28。
[0054]在一些实施例中,离开过热器28的所有蒸汽被递送到高温热交换器31,在其中从存储介质的“视角”来开始进行加热上述的存储介质的工艺。在一些实施例中,少数部分的蒸汽被从过热器28递送到泵24,在泵24中,蒸汽中的能量可以被利用以执行机械工作,比如使用蒸汽驱动泵来泵送蒸汽。
[0055]从蒸汽到感热存储介质的焓的传送在围绕从蒸汽到水的相变的温度范围内损失效率,并因此热存储介质的高温可能不是如逾期的那么高。在一些实施例中,在过热蒸汽到达冷凝温度之前,在总的传热中的感热与潜伏热的比率通过对过热蒸汽增加额外的感热来增加,并且这允许更有效的全部或平均的传热,以及热存储介质的更高温度。这种额外的过热可以发生在接收器中,在其中,至少一些过热管道针对此来分配。用于使蒸汽过热(与加热水或生成蒸汽相反)的反射的日射的部分(就能含量而言)大于所有反射的日射的50%或 55%或 60%。
[0056]在一些实施例中,过热蒸汽被过热降温至小于饱和温度之上的I摄氏度的温度,或者小于饱和温度之上的5摄氏度、或10摄氏度或20摄氏度的温度。参考其中描述这些实施例的图7,过热蒸汽(未示出)从接收器20的第一过热器部分28a被递送到第一高温热交换器31a,在该第一高温热交换器31a中,过热蒸汽在其相应温度处被过热降温到小于饱和温度之上的I摄氏度或5摄氏度、或10摄氏度或20摄氏度的温度。离开第一高温热交换器31a的蒸汽被递送到接收器20的第二过热器部分28b,在该第二过热器部分28b中,蒸汽被过热到实质上与以前在第一过热器部分28a中被过热到的温度相同的温度,或者被过热到在以前在第一过热器部分28a中被过热到的温度的2%、或5%、或10%的温度内。过热蒸汽从第二过热器部分28b被递送到第二高温热交换器31b,在该第二高温热交换器31b中,过热蒸汽在其相应温度处被过热降温到小于饱和温度之上的I摄氏度或5摄氏度或10摄氏度或20摄氏度的温度。在这个额外过热回路中(在该额外回路中,蒸汽可以向塔上被第二次递送到接收器20以用于在第二过热器部分28b中再过热)的机械压力下降将使得进入第二高温热交换器31b的蒸汽的压力能够达至小于进入第一高温热交换器31a的蒸汽的压力的5%或10%或20%。离开第二高温热交换器31b的蒸汽被递送到冷凝热交换器32并且实质上在那里被冷凝。冷凝物被递送到低温热交换器33,在该低温热交换器33中,以感热形式的焓被传送到已通过冷储罐95被递送的存储介质,并且随后使用给水泵83使冷却水要么递送到蒸汽生成回路的鼓室27处要么被递送到蒸汽生成回路的运输工具25处。
[0057]使用存储介质泵82使图7中的存储介质从冷储罐95经由低温热交换器33和冷凝热交换器32的流动已在图6中被详细地描述了。具体参考图7,当离开冷凝热交换器32时,盐在冷凝热交换器32的出口处或者在连接件35处被分为两个独立的平行流动。存储介质的一个流动被递送到第一高温热交换器31a并且第二流动被递送到第二高温热交换器31b。当离开高温热交换器31a、31b时,现在实质上都处于高温(在该高温处存储介质被存储在热储罐96中)的两个各自流动的存储介质,被递送到热储罐96。
[0058]在一些实施例中,将存储介质
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