在太陽能功率設施中的輔助蒸汽供應系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本公開涉及使用水-蒸汽功率塔式接收器的太陽能熱功率設施。
【背景技術】
[0002]在功率設施中使用的某些蒸汽發(fā)生器或鍋爐經(jīng)受頻繁的停機和起動。例如，使用功率塔技術的集中式太陽能熱功率設施在白天期間依靠太陽能來運行，而在夜晚停機(稱為停機期間)。
[0003]這種集中式太陽能功率設施使用放置在塔的頂部的太陽能鍋爐來產(chǎn)生蒸汽，蒸汽用于運行蒸汽渦輪，從而用于使用發(fā)電機發(fā)電。一般而言，除了各種其它構件，太陽能鍋爐還可包括蒸發(fā)器區(qū)段和高溫構件，諸如過熱器區(qū)段和/或再熱器區(qū)段。蒸發(fā)器區(qū)段產(chǎn)生蒸汽且將其供應至高溫構件，諸如過熱器區(qū)段，過熱器區(qū)段使蒸汽過熱以供應相對高溫的過熱蒸汽用于運行蒸汽渦輪。蒸發(fā)器區(qū)段或過熱器區(qū)段中的每一個包括各種在流體方面連接的面板，其通過將來自定日鏡場的陽光集中到其上來加熱，由此加熱用于發(fā)電的流體。
[0004]在正常運行期間，高溫構件(諸如過熱器區(qū)段的面板)達到其運行溫度，且在停機期間，其由于外界對流冷卻和輻射冷卻而損失熱量至相比在早晨起動功率設施所要求的溫度相對較低或較高的殘余溫度。因此，在沒有任何準備的情況下起動功率設施可導致各種問題，諸如由于在來自蒸發(fā)器區(qū)段的蒸汽的溫度與過熱器構件的金屬溫度之間的相當大的差而導致的過熱器面板的疲勞損害。在蒸汽和過熱器構件之間的該溫度差可在其中生成通過壁的溫度梯度，從而導致熱應力。
[0005]為了平衡這種熱應力且改進壽命/降低過熱器面板或構件的疲勞，傳統(tǒng)上，輔助蒸汽循環(huán)通過其中，以便預熱或預冷過熱器構件。相比太陽能接收器的總體蒸汽生成容量，所要求的輔助蒸汽的量非常小。功率設施中的傳統(tǒng)輔助蒸汽源是來自燃燒化石燃料的鍋爐或來自電鍋爐。然而，與這種化石燃料鍋爐相關聯(lián)的問題是使用化石燃料以及基于化石燃料的使用的可變運營成本。化石燃料的使用增加了功率設施的碳排放物。電鍋爐的使用增加了寄生功率的使用。太陽能熱功率設施對于化石燃料或寄生功率的使用具有最大上限。而且，相當大的成本和熱慣性與所安裝的從塔的底部延伸到頂部的管道相關聯(lián)。此外，在多云季節(jié)，太陽能接收器以相對高的壓力運行，通常使得輔助蒸汽的引入很困難。這是因為，在這種情形下，太陽能鍋爐以比化石燃料或電鍋爐的壓力更高的壓力運行。太陽能鍋爐的降壓可導致其后續(xù)起動的顯著延遲。而且，如果蒸發(fā)器區(qū)段與過熱器區(qū)段隔離，且在其間的壓力不同，則可難以在其間建立連接。
[0006]因此，需要排除生成輔助蒸汽以預熱和預冷過熱器區(qū)段的傳統(tǒng)技術，從而不依賴于燃燒化石燃料的鍋爐或電鍋爐用于供應輔助蒸汽。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本公開在以下簡化的
【發(fā)明內(nèi)容】
中描述了在太陽能功率設施中的使用熱能存儲組件的輔助蒸汽供應系統(tǒng)，以提供對本公開的一個或多個方面的基本理解，本公開預期克服上文中所討論的缺點，且包括其所有優(yōu)點，以及提供一些額外的優(yōu)點。本
【發(fā)明內(nèi)容】
不是本公開的全面概述。其既不預期確定本公開的關鍵或決定性的元素，也不刻畫本公開的范圍。而是，本
【發(fā)明內(nèi)容】
的唯一目的是以作為對下文中示出的更詳細描述的前序的簡化形式示出本公開的一些概念、其方面以及優(yōu)點。
[0008]本公開的目的是描述一種在太陽能功率設施中的使用熱能存儲組件的輔助蒸汽供應系統(tǒng)，其構造成排除了生成輔助蒸汽的傳統(tǒng)技術，諸如，使用燃燒化石燃料的鍋爐或電鍋爐，以便以方便的方式預熱和/或預冷過熱器區(qū)段。本公開的各種其它目的和特征將根據(jù)以下詳細描述和權利要求中顯而易見。
[0009]上述和其它目的可通過在太陽能運行式功率設施中具有輔助蒸汽供應系統(tǒng)(下文中還稱為‘系統(tǒng)’)而實現(xiàn)。系統(tǒng)包括太陽能接收器、渦輪、蒸汽回路、熱能存儲組件和輔助蒸汽回路。太陽能接收器包括過熱器區(qū)段，其具有多個過熱器面板組件。太陽能接收器適于生成蒸汽及加熱流過其中的蒸汽。而且，渦輪可使用從太陽能接收器接收的流過多個過熱器面板組件的蒸汽而運行。蒸汽回路構造成使得蒸汽能夠從太陽能接收器通過多個過熱器面板組件流至渦輪，用于渦輪運行。而且，熱能存儲組件具有熱能存儲介質(zhì)，且構造成通到蒸汽回路以從接收器蒸汽回路接收蒸汽的預定部分，以對熱能存儲介質(zhì)進行加熱/充能。熱能存儲組件能夠從多個過熱器面板組件上的任意期望位置(諸如從出口位置或在面板之間的位置)接收蒸汽以加熱熱能存儲介質(zhì)。通過熱能存儲組件從在正常運行狀況期間在太陽能接收器中生產(chǎn)的總蒸汽接收的蒸汽的預定部分是大約0%到大約10%，而蒸汽余下的主要部分進入蒸汽渦輪。熱能存儲組件可不包括流過其中的蒸汽的冷凝。此外，輔助蒸汽回路構造成使輔助蒸汽流循環(huán)，且與熱能存儲組件處于熱連通，以使得輔助蒸汽流能夠被熱能存儲介質(zhì)加熱且引入多個過熱器面板組件以達到其預定狀況。輔助蒸汽流因此使熱能存儲組件放能。從熱能存儲組件出來的經(jīng)加熱的輔助蒸汽流適于在多個過熱器面板組件上的任意期望位置處引入，諸如在出口位置或在面板之間的位置。
[0010]在一個實施例中，熱能存儲組件的容量構造成在輔助蒸汽供應系統(tǒng)中使用，相對于太陽能接收器的容量，其可相對小。在這種實施例中，相對小的熱能存儲組件可與太陽能接收器一起放置在太陽能塔的頂部。
[0011]在本公開的一個實施例中，輔助蒸汽回路能夠:在接收器蒸汽回路的激勵之前被激勵預定時間，作為太陽能運行式功率設施的起動前準備，以及，在接收器蒸汽中止后被激勵預定時間，作為太陽能運行式功率設施的停機后準備。在本文中，蒸汽回路還可被稱為“接收器蒸汽回路”，且在太陽能接收器中產(chǎn)生的蒸汽可稱為“接收器蒸汽”，且貫穿說明書，它們可互換地引用。
[0012]在本公開的一個實施例中，太陽能接收器包括與過熱器區(qū)段處于熱連通的蒸汽鼓和蒸發(fā)器區(qū)段，以生成蒸汽，蒸汽在過熱器區(qū)段中加熱。在該實施例中，蒸汽回路使得蒸汽能夠從太陽能接收器流到過熱器，從而從蒸汽鼓流到過熱器，且然后流到渦輪。進一步在本實施例中，在輔助蒸汽回路中的輔助蒸汽流構造成從接收器的蒸汽鼓生成。在該實施例中，蒸汽鼓適于使用蒸發(fā)器區(qū)段的熱通量，以生成用作輔助蒸汽的飽和蒸汽流，輔助蒸汽用于在熱能存儲組件中加熱。此外，在本實施例的一個方面，輔助蒸汽回路包括閥組件，其適于使蒸汽鼓降壓，以產(chǎn)生用于在熱能存儲組件中加熱的輔助蒸汽流。在該實施例中，熱能存儲組件可不生成輔助蒸汽，而是可僅使供應到其的飽和蒸汽過熱。
[0013]在本公開的另一實施例中，系統(tǒng)可包括給水加熱組件，其適于在流體方面連通至熱能存儲組件，以在熱能存儲組件中加熱時產(chǎn)生輔助蒸汽流。
[0014]在本公開的另一實施例中，系統(tǒng)可包括蒸汽儲蓄器，其適于在流體方面連通至熱能存儲組件，以在熱能存儲組件中加熱時產(chǎn)生輔助蒸汽流。
[0015]在本公開的一個實施例中，熱能存儲組件包括構造成兩個分離的存儲罐的組件，即，第一和第二存儲罐，以及換熱器。第一和第二存儲罐適于存儲熱能存儲介質(zhì)。具體地，第一存儲罐適于存儲相對熱的熱能存儲介質(zhì)，而第二存儲罐適于存儲相對冷的熱能存儲介質(zhì)。而且，換熱器適于布置在第一和第二存儲罐之間。在熱能存儲組件的充能期間，相對冷的熱能存儲介質(zhì)適于從引入熱能存儲組件的充能性蒸汽吸收熱量，由此變成相對熱的熱能存儲介質(zhì)。相對熱的熱能存儲介質(zhì)存儲到第一存儲罐中。在放能期間，來自第一存儲罐的相對熱的熱能存儲介質(zhì)適于在換熱器中供應熱量到輔助蒸汽流且后續(xù)存儲在第二存儲罐中。泵用于使熱能存儲介質(zhì)從一個罐通過換熱器流到另一個罐中。
[0016]在本公開的另一實施例中，熱能存儲組件包括單個存儲罐和換熱器。該實施例的單個存儲罐適于使用分隔壁來分成第一和第二區(qū)段，以存儲熱能存儲介質(zhì)。第一區(qū)段適于存儲相對熱的熱能存儲介質(zhì)，而第二區(qū)段適于存儲相對冷的熱能存儲介質(zhì)。而且，換熱器在流體方面構造成通到存儲罐。如上所述，在熱能存儲組件的充能期間，相對冷的熱能存儲介質(zhì)適于從引入熱能存儲組件的蒸汽吸收熱量，由此變成相對熱的熱能存儲介質(zhì)。相對熱的熱能存儲介質(zhì)存儲到存儲罐的第一區(qū)段中。在放能期間，來自罐的熱區(qū)段的相對熱的熱能存儲介質(zhì)在換熱器中供應熱量到輔助蒸汽流且存儲在第二區(qū)段中。類似于上述實施例，泵用于使熱能存儲介質(zhì)從第一區(qū)段通過換熱器流到第二區(qū)段。