生成電能的方法和系統(tǒng)、存儲日射熱量的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本公開大體上涉及使用太陽日射(solar insolat1n)的能量生產，并且更具體而言，涉及使用熱貯水池來存儲太陽能。
【背景技術】
[0002]針對于用在存儲熱量并且從存儲的熱量來生成電能(比如通過汽輪機)，日射可以被用于加熱接收器中的水和蒸汽。過熱蒸汽中的焓可以被傳送到用于后續(xù)使用的液相感熱存儲介質?？梢詫⒋鎯橘|以不同的溫度存儲在不同的熱絕緣容器中，例如，一個容器可以以更接近存儲介質的凝固點的更冷溫度來存儲存儲介質，并且另一個容器可以以更接近液相材料在空氣或者任意其它所選氣體中的穩(wěn)定性的上限的更熱溫度來存儲存儲介質。術語“容器”可以被用于代表適于存儲存儲介質的任意蓄水池，其可以是諸如洞穴的天然蓄水池，或者可以是諸如儲罐的制造出的蓄水池。

【發(fā)明內容】

[0003]在接收器中生成的一小部分蒸汽可以被用于執(zhí)行諸如驅動蒸汽驅動泵的機械工作。除了這部分之外，在接收器中生成的所有過熱蒸汽可以被遞送到熱交換器，在該熱交換器中，過熱蒸汽中的一些焓可以被傳送到液相感熱存儲介質以用于后續(xù)使用。
[0004]在一些實施例中，蒸汽在熱交換器中從過熱降溫(de-superheated)至高于其相應冷凝溫度的溫度并且隨后以再過熱的氣態(tài)形式被返回到接收器。再過熱蒸汽可以被遞送到第二熱交換器，在該第二熱交換器中，過熱蒸汽中的焓可以被傳送到用于后續(xù)使用的液相感熱存儲介質。其中，多個熱交換器在本公開中被描述，應該理解的是，單個熱交換器可以被設計為在不同部分以不同壓力或溫度來操作，或者在不同部分以相反流動來操作，并且因此代表單獨熱交換器的術語可以被理解為表示在不同時間執(zhí)行不同功能的、或者在同一時間在不同蒸汽壓處執(zhí)行相同功能的、或者在相同時間在不同溫度處執(zhí)行相同功能的、或者上述任意組合的單個熱交換器或一小部分熱交換器。
[0005]來自液相感熱存儲介質的焓可以被傳送到水以產生可以被用于在蒸汽輪機中產生電能的過熱蒸汽。通過從存儲在存儲介質中的焓生成的蒸汽來生成電能可以是連續(xù)的或者可以是按需的，并且可以發(fā)生在白天或夜晚的任何時候，只要存在適于生成用于產生電能的蒸汽的溫度處在容器中存儲足夠的焓即可。電能的生成并不取決于在此時存在可利用的日射。
[0006]在一些實施例中，一種用于生成電能的方法，可以包括:在第一時間處:使用由多個定日鏡反射到接收器表面上的日射以至少100巴的壓力來加熱接收器中的水以生成第一蒸汽流；將所述第一蒸汽流的第一部分遞送到第一熱交換器并且在其內將焓從所述蒸汽傳送到感熱存儲介質，以使得所述感熱存儲介質從第一熱絕緣容器流到第二熱絕緣容器；以及使用來自所述第一蒸汽流的第二部分的能量來執(zhí)行機械功，其中所述第一部分和第二部分共同包括本質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過熱蒸汽；以及在第二時間處:使用由所述感熱存儲介質傳送的焓來在第二熱交換器中生成第二蒸汽流，以使得所述感熱存儲介質從所述第二熱絕緣容器流到所述第一熱絕緣容器；以及將所述第二蒸汽流遞送到渦輪以生成電能。
[0007]所述方法在所述第一時間處還可以包括:將第三蒸汽流從所述第一熱交換器的出口遞送到所述接收器，其中所述蒸汽在第一溫度處為本質上的氣態(tài)形式；使用所述日射將所述蒸汽的溫度提升到第二溫度；以及將處于所述第二溫度的所述蒸汽遞送到第三熱交換器并且在其內將焓從所述蒸汽傳送到感熱存儲介質，以使得所述感熱存儲介質從第一熱絕緣容器流到第二熱絕緣容器；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過熱蒸汽。
[0008]在攝氏度下的所述第二溫度可以位于所述第一蒸汽流的溫度的2%之內或5%之內或10%之內。所述第三蒸汽流的壓力可以在所述第一蒸汽流的壓力的5%之內或10%之內或20%之內。從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%被指向所述過熱蒸汽。
[0009]在一些實施例中，所述第二時間和所述第一時間是相同的。在這種情形下，所述方法還可以包括:通過冷卻裝置將第四蒸汽流從所述渦輪的出口遞送到第四熱交換器，在所述冷卻裝置中，所述第四蒸汽流被冷凝以創(chuàng)建第一水流；將從蒸汽冷凝的第二水流從所述第一熱交換器的出口遞送到所述第四熱交換器；以及在所述第四熱交換器中，將焓從所述第二水流傳送到所述第一水流。在這種情形下，所述方法還可以包括:通過冷卻裝置將第四蒸汽流從所述渦輪的出口遞送到第五熱交換器，在所述冷卻裝置中，所述第四蒸汽流被冷凝以創(chuàng)建第一水流；將第五蒸汽流從所述第一熱交換器的出口遞送到所述第五熱交換器；以及在所述第五熱交換器中，將焓從所述第五蒸汽流傳送到所述第一水流。
[0010]在這些實施例的任意一個中，所述第一蒸汽流的第二部分可以為0%并且所述第一蒸汽流的第一部分可以為100%。在一些實施例中，機械功可以包括對蒸汽進行泵送。在一些實施例中，所述感熱存儲介質可以包括熔鹽或者熔融金屬。
[0011]在實施例中，蒸汽被過熱超過一次，過熱可以發(fā)生兩次或者多于兩次。因此蒸汽的額外流可以被從所述第三熱交換器的出口遞送到所述接收器，其中所述蒸汽在第一溫度處為本質上氣態(tài)形式；使用日射所述蒸汽的溫度可以被提升到第二溫度；處于所述第二溫度的所述蒸汽可以被遞送到額外的熱交換器并且在其內將熱量從所述蒸汽傳送到感熱存儲介質，以使得所述感熱存儲介質從第一熱絕緣容器流到第二熱絕緣容器；并且額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過熱蒸汽。
[0012]在上述方法的任意一種方法中，所述第一過熱蒸汽流的壓力可以大于150巴或大于170巴，在第一熱絕緣容器中的所述存儲介質的溫度范圍可以為270攝氏度至290攝氏度，并且在第二熱絕緣容器中的所述存儲介質的溫度可以為至少460攝氏度或至少470攝氏度或至少480攝氏度。
[0013]在一些實施例中，一種用于在感熱存儲介質中存儲來自日射的熱量的方法，包括:使用由定日鏡的場反射到接收器表面上的日射以至少100巴的壓力來加熱接收器中的水以生成第一蒸汽流；將所述第一蒸汽流的第一部分遞送到第一熱交換器并且在其內將熱量從所述蒸汽傳送到感熱存儲介質，以使得所述感熱存儲介質從第一熱絕緣容器流到第二熱絕緣容器；以及使用來自于所述第一蒸汽流的第二部分的能量來執(zhí)行機械功，將第二蒸汽流在第一溫度處以本質上氣態(tài)的形式從所述第一熱交換器的出口遞送到所述接收器；使用日射將所述第二蒸汽流的溫度提升到第二溫度；以及將處于所述第二溫度的所述蒸汽遞送到第二熱交換器并且在其內將熱量從所述蒸汽傳送到感熱存儲介質，以使得所述感熱存儲介質從第一熱絕緣容器流到第二熱絕緣容器，其中所述第一部分和所述第二部分共同包括本質上的所有第一蒸汽流。
[0014]在這個方法中，在攝氏度下的所述第二溫度可以位于所述第一蒸汽流的溫度的2%之內或5%之內或10%之內，并且所述第三蒸汽流的壓力在所述第一蒸汽流的壓力的5%之內或10%之內或20%之內。所述第一蒸汽流的第二部分可以為0%并且所述第一蒸汽流的第一部分可以為100%。
[0015]在一些實施例中，一種用于在感熱存儲介質中存儲來自日射的熱量的系統(tǒng)，可以包括:接收器，在該接收器中，通過反射的日射來對水加熱以生成蒸汽，并且在該接收器中，通過反射的日射來加熱所述蒸汽以同時生成在多個壓力下的過熱蒸汽，所述多個壓力的每個均大于100巴；多個定日鏡，其在所述接收器周圍定位以將日射反射到所述接收器的表面上；多個蒸汽運輸工具，其連接到所述接收器以使得每個運輸工具以所述多個壓力中的相應一個來遞送相應蒸汽流；熱能存儲系統(tǒng)，其包括液相感熱存儲介質，所述液相感熱存儲介質具有熔鹽或者熔融金屬中的至少一個；多個熱絕緣容器，其用于以相應的多個溫度來容納所述存儲介質；以及多個熱交換器，所述多個熱交換器的每個與所述多個熱絕緣容器中的每個熱絕緣容器流體連通以能夠使所述存儲介質通過其流動，并且所述多個熱交換器的每個與所述多個蒸汽運輸工具中的至少一個蒸汽運輸工具流體連通以能夠使所述蒸汽流通過其流動，從而能夠將焓從所述蒸汽傳送到所述存儲介質；以及蒸汽運輸工具，其連接到所述多個熱交換器中的第一熱交換器以使得所述蒸汽運輸工具將蒸汽流遞送到所述接收器。在這樣的系統(tǒng)中，所述多個壓力中的第一壓力在所述多個壓力中的第二壓力的5%之內，或者10%之內或者20%之內。
[0016]在一些實施例中，一種用于生成電能的系統(tǒng)，可以包括:接收器，在該接收器中，通過反射的日射來對水加熱以生成蒸汽，并且在該接收器中，通過反射的日射來加熱蒸汽以生成處于大于100巴的壓力下的第一過熱蒸汽流；多個定日鏡，其在所述接收器周圍定位以將日射反射到所述接收器的表面上；第一蒸汽運輸工具，其連接到所述接收器以使得所述第一蒸汽運輸工具將100%的所述第一過熱蒸汽流遞送到熱能存儲系統(tǒng)；所述熱能存儲系統(tǒng)包括:液相感熱存儲介質，其包括熔鹽或者熔融金屬中的至少一個；多個熱絕緣容器，其用于以相應多個溫度來容納所述存儲介質；第一熱交換器，其與所述第一蒸汽運輸工具流體連通，在該第一熱交換器中，通過所述第一蒸汽運輸工具而從所述多個熱絕緣容器中的第一熱絕緣容器遞送到第二熱絕緣容器的存儲介質流的溫度通過將焓從所述過熱蒸汽傳送到所述存儲介質來提升；以及電能生成系統(tǒng)包括:第二熱交換器，在該第二熱交換器中，使用以下熱量來生成處于大于100巴的壓力的第二過熱蒸汽流，其中所述熱量由從所述第二熱絕緣容器遞送到所述第一熱絕緣容器的存儲介質流體流來傳送；第二蒸汽運輸工具，其連接到所述第二熱交換器以使得所述第二蒸汽運輸工具將所述第二過熱蒸汽流從所述第二熱交換器遞送到蒸汽輪機；以及所述蒸汽輪機，其被構造為從所述第二過熱蒸汽流來生成電能。
[0017]在這種系統(tǒng)中，第一蒸汽流的一小部分可以被用于使用其內包含的能量來執(zhí)行機械功并且所述第一蒸汽流的剩余物被遞送到所述第一熱交換器。
[0018]在一些實施例中，這種系統(tǒng)