具有改进的操作的聚光太阳能发电站的制作方法_2

文档序号:9438374阅读:来源:国知局
[0045].在仅通过太阳能场直接供给能量转换系统的阶段(操作模式被称作C)中,相变材料使供给能量转换系统的流体的温度平滑;
[0046].在通过蓄热系统和太阳能场供给转换系统时(操作模式被称作D),相变材料还使供给转换系统的流体的温度平滑。
[0047].在蓄热和涡轮机的供给阶段(操作模式被称作E)中,相变材料使离开太阳能场的流体的温度平滑波动,并且因此使供给蓄热系统和能量转换系统的流体的温度平滑。
[0048]换言之,在用于使用由太阳能场产生的热量并且应用温变来发电的系统的情况下,相变材料以下述方式放置在设施中,该方式使得在太阳能场、温变箱和转换系统(例如,涡轮机)之间循环的流体循环流经相变材料并且与相变材料交换热量,由此提供对该流体的温度的平滑化。
[0049]本发明使得能够增加这些温度水平的稳定性,并且由此使太阳能发电站的总体操作稳定,这使得能够增加太阳能发电站的总体输出和使用寿命。
[0050]然后,由于进口处的流体的温度基本上被维持恒定,因此可以优化转换系统的操作。由于温变箱的进口处的温度也是基本上恒定的,因此蓄热被优化。
[0051]相变材料有利地是易于存取的相变材料,以便在维护的情况下被替换或者以便适于安装在不同温度下的操作条件中,例如以便从冬季操作模式切换到夏季操作模式,反之亦然。
[0052]非常有利地,包含相变材料的第二交换器被放置在转换系统的下游、太阳能场的上游以及蓄热系统与太阳能场的进口之间。于是,它也使得:
[0053].在非蓄热阶段(操作模式B和D)期间进入蓄热系统的冷流体的温度平滑。
[0054]?太阳能场中冷流体的进口温度平滑。于是太阳能场经受较小的热应力。增加了太阳能场的使用寿命。此外,更恒定的太阳能场的进口温度导致更少的命令控制请求,并且由此导致更恒定的太阳能场的出口处的温度。
[0055]放置在太阳能场的上游和下游的相变材料交换器参与通过减少波动来使系统的高温和低温维持恒定。这些波动可能来自:云的飘过、调节、电力转换系统的瞬间操作等。
[0056]在一实施例中,用于发电的设施包括具有不同的标称工作温度的两个涡轮机。例如,一个涡轮机意图在冬季工作而另一个涡轮机意图在夏季工作,两个相变材料第一交换器朝着给蓄热系统提供热流体的方向放置在蓄热系统的上游,相变材料具有不同的相变温度并且适于冬季操作和夏季操作。
[0057]本发明的主题为一种太阳能发电站,所述太阳能发电站包括:能够输送热流体的至少一个太阳能场、至少一个热转换系统、蓄热系统,所述热转换系统和所述蓄热系统连接到所述太阳能场的出口处,使得被提供以热流体,并且所述太阳能场连接到所述热转换系统和所述蓄热系统的出口处,使得所述太阳能场通过所述热转换系统和/或所述蓄热系统被提供以冷流体,其中,所述太阳能发电站还包括放置在所述太阳能场的出口的下游、所述热转换系统的上游以及所述太阳能场的出口与所述蓄热系统之间的至少一个第一热交换器,使得离开所述太阳能场的所有热流体在提供给所述热转换系统和/或所述蓄热系统之前在所述至少一个第一热交换器中循环,所述第一热交换器包括相变材料,所述相变材料的相变温度为略低于所述太阳能场的出口处的标称工作温度的温度。
[0058]非常有利地,所述至少一个第一热交换器被放置在所述太阳能发电站的回路中,使得意图提供给所述热转换系统和所述蓄热系统的热流体流经所述至少一个第一热交换器。
[0059]在有利的示例中,所述发电站包括:具有不同的标称工作温度的η个热转换系统、并联的η个第一热交换器和用于允许或者禁止热流体在所述η个第一热交换器中的一个第一热交换器中循环的装置,其中,所述η个第一热交换器的相变材料具有不同的相变温度,其中,η为大于或者等于2的整数。
[0060]在另一特别有利的实施例中,所述发电站包括放置在所述太阳能场的进口的上游、所述热转换系统的下游以及所述蓄热系统与所述太阳能场的进口之间的至少一个第二热交换器,使得意图在所述太阳能场中循环的所有冷流体预先流经所述第二热交换器,所述第二热交换器包括相变材料,所述相变材料的相变温度为略高于所述太阳能场的进口处的标称工作温度的温度。
[0061]优选地,所述至少一个第二热交换器被放置在所述太阳能发电站的回路中,使得从所述热转换系统和所述蓄热系统离开的冷流体流经所述至少一个第二热交换器。
[0062]在一实施例中,所述发电站可以包括:并联的η个第二热交换器和用于允许或者禁止热流体在所述η个第二热交换器中的一个第二热交换器中循环的装置,其中,所述η个第二热交换器的相变材料具有不同的相变温度。
[0063]在有利的实施例中,所述发电站包括用于使所述第一热交换器和/或所述第二热交换器流体隔离的装置。
[0064]优选地,所述太阳能场的出口处的标称工作温度与所述第一热交换器的相变材料的相变温度之间的差优选在1°C到15°C之间。
[0065]优选地,所述太阳能场的进口处的标称工作温度与所述第二热交换器的相变材料的相变温度之间的差在1°C到15°C之间。
[0066]所述第一热交换器的相变材料的体积和/或所述第二热交换器的相变材料的体积与所述蓄热系统的体积之间的比率优选为蓄热箱的体积的1%到10%之间。
[0067]优选地,所述蓄热系统为温变箱,所述温变箱包括上孔口和下孔口,并且包括所述上孔口与所述第一热交换器的上游之间的流体连接。进一步优选地,所述温变箱为混合介质温变箱。
[0068]所述太阳能发电站可以包括所述下孔口与所述第二热交换器的下游之间的流体连接。
[0069]在实施例中,所述第一热交换器和/或所述第二热交换器包括球形密封的相变材料。在另一实施例中,所述第一热交换器和/或所述第二热交换器包括充满相变材料的排管和流体在其中循环的管道。
[0070]所述热转换系统可以是用于发电的系统,例如涡轮机。可替选地,所述热转换系统可以是例如吸收式冷冻机、实施使用热量的工业过程的设施等。
[0071 ] 所述太阳能发电站有利地是聚光太阳能发电站。
【附图说明】
[0072]利用以下描述和附图将更好的理解本发明,其中:
[0073]-图1图解性地示出了聚光太阳能发电站的实施例,
[0074]-图2图形化地示出了在温变箱的上游有相变材料交换器的情况下和没有相变材料交换器的情况下温变箱的进口处的热流体的温度相对于时间的变化,
[0075]-图3图解性地且图形化地示出了在根据本发明的设施中和在没有相变材料的设施中在非蓄热期间温变箱的出口处的热流体的温度相对于时间的变化,
[0076]-图4图解性地示出了聚光太阳能发电站的另一有利示例,
[0077]-图5图解性地示出了包括多个涡轮机的聚光太阳能发电站的另一示例,
[0078]-图6A是温变箱中的温度分布曲线的图示,
[0079]-图6B是集成在根据本发明的包括带有相变材料的热交换器的太阳能发电站中的温变箱在卸载结束时沿着其竖直方向的温度分布曲线的图示,
[0080]-图6C是集成在现有技术的太阳能发电站中的温变箱在卸载结束时沿着竖直方向的温度分布曲线的图示。
【具体实施方式】
[0081]在以下的描述中,“热流体”表示离开太阳能场且意图储存或者转变成能量的流体。“冷流体”指的是离开涡轮机和/或蓄热系统且意图提供给太阳能场的流体。传热流体可以是例如液体(例如导热油或者熔融盐)或者气体。
[0082]在以下的描述中,聚光太阳能发电站将被认为是用来发电的,其包括一个或多个太阳能场、经由热力循环来发电的涡轮机。
[0083]Tl和T2表示在电力转换系统的进口处和出口处的标称工作温度。因此,Tl是涡轮机的进口处期望的热流体的温度,T2是电力转换系统的出口处冷流体的温度。在本发明中,相变材料交换器的使用导致太阳能场的出口处的温度与Tl以及太阳能场进口处的温度与T2分别略有不同。太阳能场的出口处的温度与Tl之间的差异等于下述值,该值是针对Tl和位于太阳能场的出口与电力转换系统的进口之间的相变材料的熔化温度之间的差异而选择的,T2与太阳能场的进口处的温度之间的差异等于下述值,该值是在提供相变材料的情况下针对T2和位于电力转换系统的出口与太阳能场的进口之间的相变材料的熔化温度之间的差异而选择的。为了简单起见,在本文的余
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