CN101384819A - 调整太阳能热电站内太阳能产量的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种调整太阳能热电站(1)内太阳能产量的方法，电站(1)包括至少一个有太阳能板(2)的第一太阳能电站部分(8)和一个第二电站部分(9)，其中，太阳能板(2)产生具有太阳能产量的太阳能，在太阳能板(2)与电站部分(9)之间的能量通过载热介质(3)输送，第二电站部分(9)针对最大允许的输入能量设计，以及，在第一太阳能电站部分(8)中超过第二电站部分(9)最大允许输入能量的能量称为剩余能量，在产生剩余能量的情况下，载热介质(3)的至少一个分流绕行第二电站部分(9)。本发明同样还涉及一种实施此方法的设备。

Description

调整太阳能热电站内太阳能产量的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种调整太阳能热电站内太阳能产量的方法，电站包括至少一个有太阳能板的第一太阳能电站部分和一个第二电站部分，其中，太阳能板产生具有太阳能产量的太阳能。在太阳能板与第二电站部分之间的能量，在这里通过载热介质输送。第二电站部分针对最大允许的太阳能输入量设计。此外，本发明还涉及一种调整太阳能热电站内太阳能产量的设备，电站包括至少一个有太阳能板的第一太阳能电站部分和一个第二电站部分，其中，第一太阳能电站部分和第二电站部分在热学技术上互相耦合连接。
背景技术
太阳能热电站可利用太阳辐射能生产电能。它由用于吸收太阳能的太阳能电站部分和通常传统的第二电站部分组成。太阳能电站部分包括借助太阳能板的太阳能板循环，也就是说包括几何形状不同的收集器的聚焦系统。这些聚焦的收集器是太阳能电站的主要组成部分。已知的收集器是抛物线槽式收集器、菲涅耳收集器、太阳能塔和抛物面反射镜。抛物线槽式收集器将太阳射线聚焦到一个定位在聚焦线内的吸收管中。在那里吸收太阳能并作为热量进一步传给载热介质。根据载热介质的类型，它在加热后直接泵向传统的电站部分。在这里作为载热介质可以采用热油、水、空气或盐水。传统的电站部分大多包括水汽循环，该水汽循环具有蒸汽轮机或/和燃气轮机以及发电机及凝汽器。若传统的电站部分包括蒸汽轮机，则加热量通过锅炉产生，以取代通过太阳能板产生加热量。
若在太阳能板内不是用水作为载热介质，则在第一太阳能电站部分、与之相关的太阳能板循环与传统的具有与之相关的水汽循环的电站部分之间中间连接换热器，以便将在太阳能板内产生的能量由太阳能板循环的载热介质传给水汽循环。
因此，太阳能热电站的电功率，一方面通过载热介质的热力学特性确定，另一方面在很大程度上通过选择透平的功率范围确定。为了达到最大功率，有必要在水汽循环内加入最大的热量。若在太阳能板内产生比规定在传统的电站部分中的最大加热更多的太阳能，则通过太阳能板减少加入的能量。这通常这样实现，即，太阳能板的至少一些太阳能收集器从太阳光中转开。然而这意味着能量损失。
为了克服这种缺点和在飘过云层并因而太阳辐射较小时补偿能量损失，可以在太阳能板循环中装入传统的附加燃烧装置(石油、天然气)，或在太阳能板循环中装入蓄热器(存储器)，例如盐水存储器、蒸汽存储器或固体存储器。不过若蓄热器利用不同于太阳能板循环的载热介质工作，则存储器需要一个附加的换热器，它针对载热介质合理的质量流量范围设计。在这方面目前正在研究和试验不同类型的存储器。但是几乎所有的都还需要有更大的发展步骤，才能将它们有效地使用于太阳能热电站。因此值得追求一种基本上不同的问题解决方案。
发明内容
因此，本发明有关方法方面所要解决的技术问题是，提供一种用于调整太阳能热电站的方法，它的特点在于，即使在例如由于飘过云层使太阳辐射中断并因而使太阳辐射较少时，也能利用太阳能基本上恒定地最大程度地发电，以及能基本上完全吸纳太阳能。本发明所要解决的另一个技术问题是，提供一种用于调整无存储器的太阳能热电站的设备，它尤其可以实施上述方法。
上述有关方法的技术问题，通过一种调整太阳能热电站内太阳能产量的方法得以解决，电站包括至少一个有太阳能板的第一太阳能发电站部分和一个第二电站部分，其中，太阳能板产生具有太阳能产量的太阳能，在太阳能板与第二电站部分之间的能量通过载热介质输送，第二电站部分针对最大允许的输入能量设计，以及，在第一太阳能电站部分中超过第二发电站部分最大允许输入能量的能量称为剩余能量，以及，在产生剩余能量的情况下，载热介质的至少一个分流绕行第二电站部分以及将该分流输入所述载热介质的流回太阳能板的质量流中。
本发明从下列认识出发：在太阳能板内载热介质的质量流受吸收管内允许的最大和最小质量流(避免在飘过云层时局部过热)的影响。因此在第一太阳能电站部分内的载热介质自动确定通过它如此调整的温度以及载热介质的最大允许温度。然而载热介质的已调整的温度直接影响在第二电站部分内产生的能量。为了达到利用太阳能基本上产生恒定的能量，在本发明中可以得知，应在大范围运行时保持载热介质最大允许温度。为此，在产生剩余能量时，也就是说在第一太阳能电站部分中的能量值超过容许输入第二电站部分内的允许能量时，至少部分剩余能量绕行第二电站部分。由此避免第二电站部分，例如蒸汽轮机，经历过高的能量产量。由此同样避免为了降低能量产量而实施的通过例如转开太阳能收集器来减少太阳辐射。从而吸纳太阳辐射的全部能量。此外，防止例如由于来回旋转太阳能板内的收集器使第二电站部分内的发电量下降。由此可以实现借助太阳能产生基本上恒定的电量。
优选地，绕行的分流根据在第一太阳能电站部分中的剩余能量调整。在这里将所述分流调整为，它准确地等于所述能量差，亦即剩余能量减去第二电站部分允许的能量。这就是说，向第二电站部分输入基本上最大允许的能量并因而进行基本上最大程度以太阳能为基础的发电。
按优选的设计，绕行的分流输入到流回太阳能板的载热介质质量流内。将这种有相应温合温度的混合物导入太阳能板。因此，在总体上提高太阳能板产物的平均温度并因而也提高了焓，也就是说，太阳能暂时储存在载热介质内(短时存储器)。由此可以补偿短时中断太阳能输入(例如飘过云层时)。从而有效防止第二电站部分发电量的降低。此外，在这里还避免提前将太阳收集器从太阳光中转开。因此可以改善太阳能的吸收。优选地在这里正好使用能量差、亦即剩余能量减去第二发电站部分允许的能量，作为分流。然后，所述能量差再与向太阳能板回流的载热介质质量流混合，并使载热介质的能量增大了所述的能量差。
优选地，在第一太阳能电厂部分与第二电站部分之间设有换热器。由此在具有太阳能板循环的第一太阳能电站部分内可以采用与在第二电站部分中不同的载热介质。第一太阳能电站部分的能量通过该换热器传递给第二电站部分。这种传递可例如通过对流实现。
在这种情况下，在产生剩余能量时，优选地载热介质的至少一个分流绕行换热器。由此避免将载热介质的所述分流中的能量传给第二电站部分。
按优选的设计，由太阳能板产生的太阳能至少部分被中间储存起来。在这里为了储存，在第一太阳能电站部分和/或第二电站部分内例如装入蓄热器。若蓄热器利用与例如太阳能板循环/水汽循环不同的载热介质工作，则蓄热器需要一个附加的换热器，该换热器针对合理的质量流量范围设计。
优选地，所述借助换热器和存储器的方法具有下列步骤：
第一步，在第一太阳能电站部分中产生有太阳能产量的太阳能。
第二步，将太阳能供给第二电站部分或换热器。因此通过供给换热器将能量供给第二电站部分。
第三步，在产生剩余能量的情况下，实施全部或部分储存太阳能。
优选地，在产生具有能量产量的太阳能，以及此能量产量超过存储器的储存能力与第二电站部分最大允许的输入能量之和时，太阳能的至少一个分流借助载热介质绕行第二电站部分。
在这里，载热介质的质量流将最大允许能量供入第二电站部分。这也可以通过换热器完成。然后在第二电站部分内由太阳能发电。当产生剩余能量时，它首先至少部分导向存储器并将热量传入存储器内。若存储器由于已经完全充满或通过对设备作其他不同的调整不再能接纳剩余的能量，则具有其他剩余能量的载热介质的分流，既绕行存储器也绕行第二电站部分，并在晚些时候重新搀入载热介质的已经冷却的回流到太阳能板内的质量流。因此，在总体上提高了向太阳能板回流的载热介质流的平均温度并因而也提高了焓，也就是说，太阳能暂时储存在载热介质内(短时存储器)。由此可以补偿短时中断加入太阳能(例如飘过云层时)。
按有利的设计，在第一太阳能电站部分中载热介质达到最大允许的温度时，实施减小在太阳能板内的太阳能辐射。由此防止超过载热介质最大允件的温度。
优选地，在第一太阳能电站部分和/或第二电站部分内实施一次或多次附加燃烧。这样做能补偿太阳辐射的波动以及延长在早晨和晚上时段内的运行时间。这在存在固定的用电合同时是特别有利的。
上述有关设备的技术问题，通过一种调整太阳能热电站内太阳能产量的设备得以解决，电站包括至少一个有太阳能板的第一太阳能电站部分和一个第二电站部分，以及，第一太阳能电站部分和第二电站部分在热技术上互相连接，其中，为了避免供入第二电站部分的能量超过最大的能量产量，设一个或多个旁路管道，用于使在第一太阳能电站部分中产生的至少部分能量绕行第二电站部分。
此设备尤其适用于实施上述方法。因此方法的优点也是设备的优点。
由下面对优选实施例及附图的说明中以及由从属权利要求中，提供本发明其他优点、特征和详情。
附图说明
下面借助附图作为范例详细说明本发明。附图简化和未按尺寸比例地表示，其中：
图1示意表示按现有技术的太阳能热电站的结构；
图2表示按本发明用于调整没有存储器的太阳能热电站的方法；
图3表示按本发明用于调整没有存储器的太阳能热电站的设备；
图4表示按本发明用于调整有存储器的太阳能热电站的设备。
在所有的附图中相同的部分采用同一附图标记。
具体实施方式
图1示意表示按现有技术的太阳能热电站1的结构。它由一个有太阳板2的太阳能部分8组成，在太阳能板2内聚焦光线并转换为热能。在这里，太阳能板2例如由抛物线槽式收集器、太阳能塔和抛物面反射镜或菲涅尔反射镜收集器组成。它们将太阳光线聚束在一个定位在焦点内的接收器/吸收器(未表示)上。在接收器/吸收器内，聚焦的太阳光线转换成热量，以及传给在管道4内的循环载热介质3。在这里，载热介质3可以是水蒸汽、热油、空气、盐水。在图中表示的按现有技术的太阳能热电站1由两个循环组成：一个太阳能板循环5和一个传统的电站循环，后者在这里设计为水汽循环6。此外，太阳能板循环5由所产生太阳能的一种可能的存储器7，例如盐水存储器、蒸汽存储器或固体存储器，以及一个附加的例如石油、天然气燃烧装置14组成，以保证更均匀和更多地输入热量。此外，太阳能热电站1的组成部分还包括一个用于生产电能的具有水汽循环6的传统电站部分9。在太阳能板循环5与水汽循环6之间，中间连接换热器10，以便将太阳能板载热介质的能量传递给水汽循环6内的水。传统的电站部分9由蒸汽轮机或/和燃气轮机11、发电机12和凝汽器13组成。
水在水汽循环6中蒸发并被过热。蒸汽在驱动发电机12的透平内膨胀，然后被凝汽器液化并送回水汽循环6中。水汽循环6也可以有附加燃烧装置14。
在仅利用太阳能运行时，全部辐射能量用于生产电能。但是，若产生的太阳能大于存储器7的储存能力，以及，最大允许输入的太阳能又超过了传统的电站部分9最大允许的太阳能输入，则通常减少被利用的太阳辐射，也就是说，太阳能板2的部分太阳能收集器从太阳光中转开。因此不可能充分利用太阳能。
图2和图3表示按本发明用于调整有换热器10而没有存储器的太阳能热电站1的方法(图2)和按本发明的设备(图3)。在太阳能板2内产生的太阳能，主要通过太阳辐射并与吸收器管(未表示)内最小和最大允许的质量流量相结合确定。若质量流量大于吸收体管内最小允许的质量流量(图2：S1)，则它由吸收器传给载热介质3。若通过太阳能板2在导管4内产生的质量流量小于传统的电站部分9最大允许加入的能量，以及低于载热介质3最大允许的温度(图2：S2)，则质量流量优选地完全通过换热器10输入传统的电站部分9(图2：S3)。因此将太阳能板循环5的能量传给水汽循环6。若通过太阳能板2在导管4内产生的质量流量大于传统的电站部分9最大允许输入的能量，然而小于载热介质3最大允许的质量流量(图2：S4)，则载热介质3的至少部分通过太阳能板2产生的质量流量绕行传统的电站部分9或在这里绕行换热器10(图2：S5)。为此，在换热器10之前连接一个或多个旁路管道20，用于部分质量流量的绕行。优选地，在当前实际的质量流量与相应于传统的电站部分9最大允许输入能量的质量流量之间的质量流量差，通过这些旁路管道20绕行换热器10。接着，绕行换热器10的质量流量在混合点22重新与来自旁路管道20的质量流量混合。具有相应的混合温度的混合物被导入太阳能板2内。现在混合温度高于在传统的电站部分9额定运行时的混合温度。因此，在总体上提高太阳能板产物的平均温度并因而也提高了焓，也就是说，太阳能暂时储存在管道4中的载热介质内(短时存储器)。由此可以补偿短时中断加入太阳能(例如飘过云层时)。若通过太阳能板2产生的太阳能在载热介质3内达到一个高于载热介质3允许的最大温度的温度，则减小利用的太阳辐射，也就是说，将部分太阳能收集器从太阳光中转开(图2：S6)。
在这里所描述的方法及设备原则上也可以使用于设计方案类似的电站，例如在太阳能和/或传统的电站部分9中有/没有存储器7以及在太阳能和/或传统的电站部分9中有/没有附加燃烧装置14的太阳能热电站1。图4举例表示了一种用于调整有存储器的太阳能热电站的设备。

Claims (21)

1.一种调整太阳能热电站(1)内太阳能产量的方法，电站(1)包括至少一个有太阳能板(2)的第一太阳能电站部分(8)和一个第二电站部分(9)，其中，太阳能板(2)产生具有太阳能产量的太阳能，在太阳能板(2)与电站部分(9)之间的能量通过载热介质(3)输送，第二电站部分(9)针对最大允许的输入能量设计，以及，在第一太阳能电站部分(8)中超过第二电站部分(9)最大允许输入能量的能量称为剩余能量，其特征为:在产生剩余能量的情况下，载热介质(3)的至少一个分流绕行第二电站部分(9)。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征为，根据在第一太阳能电站部分(8)中的剩余能量来调整绕行的分流。
3.按照前列诸权利要求之一所述的方法，其特征为，将绕行的分流输入载热介质(3)的向太阳能板(2)流回的质量流内。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征为，在第一太阳能电站部分(8)与第二电站部分(9)之间设有换热器(10)。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征为，在产生剩余能量的情况下，载热介质(3)的至少一个分流绕行换热器(10)。
6.按照前列诸权利要求之一所述的方法，其特征为，由太阳能板(2)产生的太阳能至少部分被中间储存起来。
7.按照权利要求6所述的方法，其特征为，由太阳能板(2)产生的太阳能至少部分中间储存在太阳能板(2)与换热器(10)之间。
8.按照权利要求6或7所述的方法，其特征在于下列步骤:
-在第一太阳能电站部分(8)中产生有太阳能产量的太阳能，
-将太阳能供给第二电站部分(9)或换热器(10)，
-在产生剩余能量的情况下，全部或部分储存太阳能。
9.按照权利要求8所述的方法，其特征为，在产生具有太阳能产量的太阳能以及此太阳能产量超过存储器(7)的储存容量和第二太阳能电站部分(9)最大允件的输入能量之和时，太阳能的至少一个分流借助载热介质(3)绕行第二电站部分(9)。
10.按照前列诸权利要求之一所述的方法，其特征为，在达到载热介质(3)最大允许的温度时，实施减小在太阳能板(2)内的太阳辐射。
11.按照前列诸权利要求之一所述的方法，其特征为，在第一太阳能电站部分(8)和/或第二电站部分(9)内实施一次或多次附加燃烧(14)。
12.按照前列诸权利要求之一所述的方法，其特征为，在第二电站部分(9)内产生电流。
13.一种调整太阳能热电站(1)内太阳能产量的设备，电站(1)包括至少一个有太阳能板(2)的第一太阳能电站部分(8)和一个传统的第二电站部分(9)，其中，第一太阳能电站部分(8)和第二电站部分(9)在热技术上相互连接，其特征为:为了避免供入第二电站部分(9)中的能量超过最大的能量产量，设一个或多个旁路管道(20)，用于使在第一太阳能电站部分(8)中产生的至少部分能量绕行第二电站部分(9)。
14.按照权利要求13所述的设备，其特征为，在太阳能板(2)与第二电站部分(9)之间设一个或多个换热器(10)。
15.按照权利要求14所述的设备，其特征为，在换热器(10)之前连接一个或多个旁路管道(20)。
16.按照权利要求13-15之一所述的设备，其特征为，通过热油和/或空气和/或水蒸汽和/或盐水建立第一太阳能电站部分(8)与第二电站部分(9)的连接。
17.按照权利要求13至16中任一项所述的设备，其特征为，为了增大加热量，规定在第一太阳能电站部分(8)中借助石油或/和天然气一次或多次附加燃烧(14)。
18.按照权利要求13至17中任一项所述的设备，其特征为，为了增大加热量，规定在第二电站部分(9)中借助石油或/和天然气一次或多次附加燃烧(14)。
19.按照权利要求13至18中任一项所述的设备，其特征为，第二电站部分(9)是传统的电站部分(9)。
20.按照权利要求19所述的设备，其特征为，传统的电站部分包括蒸汽轮机和/或燃气轮机(11)。
21.按照权利要求19至20中任一项所述的设备，其特征为，传统的电站部分(9)包括用于产生电能的发电机(12)。
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