具有改进的操作的聚光太阳能发电站的制作方法_3

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下部分中,将不再进行这种区分,Tl和T2将用作各种组件的端口处的温度。
[0084]将使用相同的附图标记来表示相同的元件或者在各个实施例中具有相同功能的元件。
[0085]图1示出了包括用于生成热流体的太阳能场SF的太阳能发电站的实施例,其中太阳能场包括用于供给冷流体的进口 2和用于排出热流体的出口 4。设施还包括涡轮机TU,该涡轮机TU包括用于供给的进口 6和用于排出的出口 8。太阳能发电站包括蓄热系统,有利地,该系统是包括温变箱TTH的、更优选地混合介质温变箱的、感应能量形式的蓄热系统。发电站还包括用于提供流体的循环的装置。例如,用于使流体进入循环的这些装置包括至少两个栗,以便为将要在下文的描述中描述的所有循环模式做准备,例如一个栗位于太阳能场的进口或者出口处,另一个栗位于蓄热系统的进口或者出口处。
[0086]温变箱TTH包括具有上孔口 10和下孔口 12的箱,上孔口 10用于在蓄热阶段给箱供给热流体以及用于在非蓄热阶段排出热流体,下孔口 12用于在蓄热阶段排出冷流体以及用于在非蓄热阶段供给冷流体。为了简单起见,将分别仅用“上孔口”和“下孔口 ”来指代这些孔口。
[0087]在混合介质温变箱的情况下,箱优选地包括岩石类型的固体蓄热材料和诸如油之类的在设施中循环的液体。
[0088]由于这样的箱对于本领域技术人员而言是公知的,因此在这里将不作进一步详细的描述。
[0089]蓄热系统可以是任何类型的蓄热系统,例如,可以包括两个熔融盐的箱,一个热箱、一个冷箱,而不是温变箱,或者是借助相变材料的蓄热系统。还可以考虑热化学蓄热。
[0090]太阳能场SF的排出口 4连接到涡轮机TU的用于供给的进口 6和温变箱TTH的上孔口 10。
[0091]涡轮机TU的出口 8和下孔口 12连接到太阳能场SF的进口 4。
[0092]在该实施例中,包含相变材料的第一交换器TPCMl以下述方式被放置于太阳能场的出口 2的下游以及涡轮机TU的进口 6和温变箱TTH的上孔口 10的上游,该方式为从太阳能场SF离开的所有热流体在提供给涡轮机和/或温变箱之前流经包含相变材料的第一交换器TPCMl。
[0093]设施还包括温变箱TTH的上孔口 10与第一交换器TPCMl的上游区域之间的直接连接14。
[0094]用于控制流体流动的第一装置16(例如阀)设置在连接14中。
[0095]用于控制流体流动的第二装置18 (例如阀)以下述方式设置在第一交换器TPCMl的下游与温变箱的上孔口之间,该方式为在加载阶段只允许或者中断从第一交换器TPCMl到温变箱TTH的流动,在卸载阶段迫使传热流体流经交换器TPCMl。
[0096]用于控制流体流动的第三装置20 (例如阀)以下述方式设置在交换器TPCMl与涡轮机TU之间,该方式为只允许或者中断从第一交换器TPCMl到涡轮机TU的流动。
[0097]例如,交换器TPCMl包括密封球状的包含相变材料的腔。优选地,球具有I cm到2cm之间的直径,这使得热量到相变材料的球的中心非常高效地传递。从固态转变成液态的相变材料仍然被封含在球形包封中。可替选地,可以考虑微封装类型的封装,即具有大约1_到几_的直径的球。热流体经过包含一堆球的交换器。
[0098]可替选地,交换器可以包括充满相变材料的排管和安装在排管中并且与相变材料接触的管道。然后传热液体在管道中循环流动。
[0099]根据另一替选方案,可以考虑板式交换器,其中两个板中的一个板充满相变材料,而两个板中的另一个板用于传热流体的流动。
[0100]可以考虑内部结构是蜂巢状的交换器。在这种情况下,蜂巢的单元中的一部分单元,通常是一半单元充满相变材料,而在蜂巢的其余单元中进行传热流体的流动。
[0101]要理解的是,仅仅出于说明而非限制的目的来提供这些交换器的示例,可以使用能提供相变材料与流体之间高效的热交换的任何交换器结构。
[0102]认为涡轮机的出口处的标称工作温度等于变温的管中的热量损耗。包含在第一交换器TPCMl中的相变材料的相变温度略低于涡轮机TU的标称工作温度,并且略低于太阳能场的标称出口温度,使得当离开太阳能场的热流体的温度高于涡轮机的标称温度时,使得相变材料熔化,熔化后的相变材料照这样来蓄热,当热流体的温度低于涡轮机的标称温度时可以恢复热量。
[0103]“相变温度略低于标称工作温度”意味着相变温度使得相变温度与标称工作温度之间的差在大约1°C到15°C之间,并且优选地在1°C到5°C之间。这样的温度差足够低到不会使太阳能场的出口温度降低,并且足够高到在流体与相变材料之间提供高效的热交换。
[0104]有利地,可以在第一交换器TPCMl的终端处设置阀以便能够容易地移除和替换第一交换器TPCMl。
[0105]图4示出了根据本发明的太阳能发电站的另一优选实施例。太阳能发电站使用图1的太阳能发电站的结构,并且还包括包含相变材料的第二交换器TPCM2,其中相变材料的相变温度与第一交换器TPCMl的相变材料的相变温度不同。该温度低于第一交换器TPCMl的材料的相变温度。
[0106]第二交换器TPCM2放置于太阳能场的进口 4的上游和涡轮机TU的出口 8的下游,并且在温变箱TTH的下孔口 12与太阳能场的进口 4之间,使得出口的要在太阳能场SF中循环的全部冷流体预先流经第二交换器TPCM2。
[0107]第二交换器TPCM2的材料的相变温度略高于温度T2。如同第一交换器TPCMl的材料那样,TPCM2的相变材料的相变温度比太阳能场的标称工作温度T2高大约1°C到15°C并且优选地高1°C到5°C。
[0108]在所示的示例中,设施还包括第二交换器TPCM2的下游区域与温变箱TTH的下孔口 12之间的直接连接22。
[0109]用于控制流体的流动的装置24(例如阀)设置在连接22中。
[0110]用于控制流体的流动的装置26 (例如阀)设置在第二交换器TPCM2与太阳能场进口之间,以使得仅允许或者中断向太阳能场SF的流动。然后,太阳能发电站的操作仅涉及温变箱TTH和涡轮机TU (非蓄热模式)。
[0111]用于控制流体的流动的装置28 (例如阀)设置在蓄热箱TTH与第二交换器TPCM2之间,以迫使传热流体流经交换器TPCM2。在温变箱的加载阶段,阀28打开,从温变箱离开的流体朝着太阳能场的进口的方向流经阀28和交换器TPCM2,而在卸载阶段,阀28关闭,来自涡轮机TU的流体在进入到温变箱之前流经交换器TPCM2,阀26也是关闭的。
[0112]有利地,可以在第二交换器TPCM2的终端上设置阀以便能够容易地移除和替换第二交换器TPCM2。
[0113]阀16、18、20、24、26、28被控制成使得能够更改设施的操作模式。优选地,阀是由中央处理单元控制的电磁阀形成的。
[0114]作为示例,Tl等于300°C并且T2等于150°C。
[0115]相对于蓄热箱的体积,所应用的相变材料的体积很小,这使得相变材料不会替代蓄热系统。优选地,相变材料的体积是温变箱的体积的大约10%。可以优选考虑体积是温变箱的I %到10 %的相变材料。
[0116]现在将描述图1和图4的太阳能发电站的操作。可以根据以下从A到E标注的五个可能的操作模式来具体实现:
[0117]-模式A:仅太阳能场到蓄热箱的蓄热阶段;
[0118]-模式B:仅从蓄热箱到涡轮机的非蓄热阶段;
[0119]-模式C:从太阳能场到涡轮机的单一直接供给阶段;
[0120]-模式D:从太阳能场和从蓄热箱到涡轮机的供给阶段(非蓄热阶段与直接供给相结合);
[0121]-模式E:从太阳能场到涡轮机的供给阶段和蓄热阶段(蓄热阶段与从太阳能场到涡轮机的直接供给相结合)。
[0122]在非蓄热阶段(模式B),阀18、28和26关闭,而阀20、16和24打开,温变箱TTH仅连接到涡轮机TU。流体的流动按照箭头III。发电站处于仅使用由温变箱TTH非蓄热的热流体来发电的阶段,例如在傍晚或者在夜里。
[0123]图6A图解性地示出了沿着温变箱的纵轴X(位置X单位为米)的典型温度分布曲线(单位为。C)。温变箱中的流体包括沿着箱的纵轴X叠加的温变的三个区域。上部是热区域ZH,下部是冷区域ZC,在热
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