CN102439304B - 结合太阳能运行的燃气-蒸汽发电厂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种结合太阳能运行的燃气-蒸汽发电厂(1)，带有太阳能装置，燃气透平装置和蒸汽透平装置，其中，所述太阳能装置具有接收器(3)，所述燃气透平装置具有带有连接在下游的废热锅炉(14)的燃气透平(7)，以及所述蒸汽透平具有带有供水预热器(15)的蒸汽透平(13)。还设置用于传递太阳能热量的载热体循环(2)，其中，所述载热体循环(2)通过燃气透平传热器(4)与所述燃气透平装置耦连并通过太阳能锅炉(8)与所述蒸汽透平装置耦连。替代燃气透平装置和蒸汽透平装置，结合太阳能运行的燃气-蒸汽发电厂(1)具有带有连接在下游的废热锅炉(14)的一体式燃气-蒸汽透平(31)，其中，所述载热体循环(2)通过燃气透平传热器(4)和通过太阳能锅炉(8)与所述一体式燃气-蒸汽透平(31)耦连。本发明还涉及一种结合太阳能运行的、带有燃气和蒸汽透平过程的燃气-蒸汽联合循环发电厂(1)的运行方法，其中，借助于载热体循环(2)通过燃气透平传热器(4)和太阳能锅炉(8)将太阳能的热量既耦合到燃气透平过程中也耦合到蒸汽透平过程中。

Description

结合太阳能运行的燃气-蒸汽发电厂
本发明涉及一种结合太阳能运行的燃气-蒸汽发电厂，该发电厂具有太阳能装置、带有废热锅炉的燃气透平装置和蒸汽透平装置以及用于利用太阳能热量的载热体循环。此外，本发明还涉及一种结合太阳能运行的具有燃气透平过程和蒸汽透平过程的燃气和蒸汽发电厂的运行方法，在所述方法中借助于载热体循环将太阳能的热量耦合入所述过程中。
全世界日渐增加的环境问题，日益升高的能量需求和资源枯竭需要发电站设备的新技术，通过所述新技术一方面不断提升可再生能量的份额，另一方面保证持续的供应。新技术还包括混合的发电站，这种发电站的运行基于各种可相互组合和替换的能量载体。
传统的发电厂有蒸汽发电厂、燃气透平发电厂以及组合的燃气-蒸汽发电厂，在组合的燃气-蒸汽发电厂中组合有燃气透平发电站和蒸汽透平发电站的原理。这些发电厂被用于由化石燃料进行常规地发电。在蒸汽发电厂中，化石燃料被用于燃烧蒸发水，其中借助于驱动发电机的蒸汽透平将水蒸汽的热能转化为电能。在燃气透平发电厂中，燃气透平用液态或气态的烃基的燃料，例如天然气运行。燃气透平也同样驱动用于发电的发电机。燃气透平的废气具有高的温度并因此可以用于额外地加热组合的燃气-蒸汽发电厂中的废热锅炉。在组合的燃气-蒸汽发电厂中，燃气透平除了直接利用化石燃料来发电之外还用作连接在下游的废热锅炉的热源，该废热锅炉起到用于蒸汽透平的蒸汽发生器的作用。蒸汽接着通过传统的蒸汽透平过程膨胀。
除了利用燃气透平的废气热量之外，可以通过额外地为蒸汽锅炉燃烧加热来提高蒸汽功率并因此提高蒸汽透平的电功率。替代额外地燃烧加热，另一种可能的方式是利用太阳能的热量产生蒸汽。在与一个燃气-蒸汽联合循环发电厂，一个燃烧化石燃料的蒸汽发电厂的所述组合中，这种基于利用太阳能产生蒸汽的方式可以通过将太阳能热量耦入或作为自给自足的太阳能热电站实现。在太阳能热电站中，太阳的辐射能量通过接收器(也称为吸收器或者收集器)耦合在发电厂过程中并因此用作原始的能量源。在此，太阳的辐射能量被通过用反射器将来自太阳的直接照射射线集束到太阳能接收器上来获取能量。反射器具有集中射入的太阳光的表面。接收器或者反射器大多跟踪太阳。在作为专门设计的太阳能热量发电厂的太阳能塔式发电厂和抛物面槽式发电厂中，太阳的辐射被通过反射器集中。
太阳能塔式发电厂大多涉及带有太阳能蒸汽发生器的蒸汽发电厂。在传统的蒸汽发电厂中燃烧化石燃料，如石油、天然气或碳来加热的蒸汽发生器被通过塔上用于太阳能产生蒸汽的单元、接收器或吸收器替代。在阳光下，自动定位的镜子，所谓的日光反射装置这样地定向，使得太阳光被反射到中央接收器上。在此，形式为热量的辐射能量被传递到载热介质上，如空气、液态的盐或者过程介质水/蒸汽上。然后，被加热的热载体例如被用于在蒸汽透平发电厂中产生蒸汽并接着借助于耦连在透平上的发电机发电。
抛物面槽式发电厂已经被应用在主要的再生能源发电厂和所谓的ISCC(集成太阳能发电的联合循环)发电厂中，抛物面槽式发电厂的发展对于太阳能热电厂是最先进的。抛物面槽式发电厂由于较低的温度水平具有易于实现热量存储，以保证数小时的过程的优点。但是，另一方面有限的上限过程温度对于效率和成本是不利的。
在现有技术中已知联合蒸汽循环过程的太阳能运行设备。
在DE19627425A1中公开了一种混合太阳能组合设备，其由燃气涡轮组、蒸汽涡轮组、废热蒸汽发生器和太阳能蒸汽发生器组成。该设备针对混合太阳能组合运行、纯太阳能运行和组合运行设计。在混合太阳能组合运行中，除了废热蒸汽发生器之外，太阳能蒸汽发生器还用作额外的蒸汽发生器。在纯太阳能运行和在组合运行中，蒸汽要么在太阳能蒸汽发生器中提供，要么在废热蒸汽发生器中提供。所产生的蒸汽分别用于运行蒸汽透平。太阳能产生的热量仅仅耦合在蒸汽过程中。
US5444972A公开了带有燃气和蒸汽透平的、太阳能运行的设备的类似设计。除了燃气透平的废热之外，通过太阳能接收器耦合到载热介质循环中的太阳能热量在废热锅炉中额外地用于产生蒸汽。在这种设备中也仅在蒸汽过程中使用太阳能热量。
还由DE4126036A1，DE4126037A1和DE4126038A1公开了带有利用太阳能产生蒸汽的附加设备的燃气和蒸汽透平发电厂，所述附加设备分别连接在蒸汽透平发电厂的供水装置上。按照DE4126037A1所述的利用太阳能产生蒸汽的设备汇入从废热蒸汽发生器通向蒸汽透平的高压蒸汽管道中，因此，在废热蒸汽发生器的高压过热面上产生的蒸汽与太阳能蒸汽发生器产生的蒸汽混合并且被通向蒸汽透平。
在DE4126037A1和DE4126038A1中公开的发电厂中，用于太阳能产生蒸汽的设备直接连接在废热蒸汽发生器的高压过热面上。由DE4126037A1公开的发电厂还具有高压、中压和低压蒸汽透平。在此，太阳能蒸汽发生器额外连接在蒸汽透平过程的中压蒸汽系统上。在所谓的燃气和蒸汽透平发电厂中，太阳能产生的热量仅仅被供入蒸汽透平过程。
在DE202008002599U1中公开了一种太阳能热混合发电厂，带有太阳能热加热的载热介质回路和通过蒸汽发生级与该载热介质回路热耦合的、透平级的蒸汽/水回路。在蒸汽/水回路中设置有连接在太阳能热的过热器下游的、与载热体循环脱耦的过热器。该载热体循环是封闭的。使用热油或水作为载热介质，其热量在传热器中被传递到原本的蒸汽透平过程中。这种带有供入的太阳能热量的发电厂是纯蒸汽发电厂。
此外，在现有技术中公开了一种带有耦合到过程中的太阳能热量的燃气透平装置。这种太阳能混合-燃气透平装置是一种带有修改的直升机-驱动机构(Helikopter-Triebwerk)的试验设备，该驱动机构位于太阳能塔中并且其中，在压缩机出口和燃烧室入口之间用太阳能加热燃烧空气。燃气透平在塔中设置在接收器附近并因此对于较大的设备而言有问题。
由US5417052A公开了一种将太阳能热量耦合到燃气透平装置中的燃气和蒸汽透平发电厂。借助于太阳能接收器转化为热量的太阳辐射能量通过载热介质从接收器输送到设计用于加热压缩的燃烧空气的传热器。用太阳能加热的空气接着被输送到燃烧室。在此，太阳能产生的热量仅仅被耦合到燃气过程中。
尽管在现有技术中已知有与蒸汽透平装置组合或者与燃气透平装置组合的太阳能热发电厂，但是都具有各种各样的缺点。因此，高的过程温度并因此在与各原始能量的联合作用中高太阳能份额的热量馈送迄今仅有限地实现。此外，希望的高过程温度也抑制了热量存储的可能性，因此在太阳辐射低的时候大多必须用化石燃料加热。另一方面，低过程温度导致低效率。但是在高过程温度下又仅能在混合发电厂中实现太阳能份额低的热量输入。由于所述的原因，迄今不利地在高过程温度、热量输入的太阳能份额和供电可靠性或者供电品质之间进行折衷。
此外，带有耦合到过程中的太阳能热量的燃气透平装置限于在小型设备中使用，因为燃气透平必须定位在接收器附近。
本发明所要解决的技术问题是，提供一种设备和方法，所述设备和方法能实现热量输送和太阳能热量到燃气-蒸汽发电厂的过程中的耦合，其中，接收太阳能热量的地点和将该热量耦合到过程中的地点在空间上相互分离。过程所需热量的高份额由太阳能提供，以便减少化石能量源的消耗。
按照本发明，该技术问题通过一种结合太阳能运行的燃气-蒸汽发电厂解决，该发电厂具有带有接收器的太阳能装置，带有压缩机、燃烧室和具有连接在下游的废热锅炉的燃气透平的燃气透平装置以及带有蒸汽透平和供水预热器的蒸汽透平装置。燃气透平装置和蒸汽透平装置通过废热锅炉和设置在其中的供水预热器相互耦连。燃气透平以液态或气态的烃基燃料运行。水蒸汽在蒸汽透平中膨胀。除了供水预热器之外，还可以在废热锅炉中设置燃料节省器，蒸发器、过热器以及用于热脱耦的其它传热器。
按照本发明的设计方案，通过额外一体式载热体循环将太阳能产生的热量传递到发电厂过程中，其中，载热体循环通过燃气透平传热器与燃气透平装置耦连，并通过太阳能锅炉与蒸汽透平装置耦连。
按照本发明的一种可选的设计构造，结合太阳能运行的燃气-蒸汽发电厂具有带有接收器的太阳能装置，并且替代带有燃气透平的燃气透平装置和带有蒸汽透平的蒸汽透平装置而具有一个带有连接在下游的废热锅炉的一体式燃气蒸汽透平。通过额外一体式载热体循环传递太阳能产生的热量，其中，载热体循环通过燃气透平传热器和太阳能锅炉与所述一体式燃气-蒸汽透平耦连。
燃气透平过程通过一体式燃气-蒸汽透平作为一体式燃气-蒸汽过程运行。在此，燃气透平过程的燃气在进入一体式燃气-蒸汽透平之前与过热的蒸汽混合或者用水蒸汽使压缩空气饱和。
按照本发明，透平驱动至少一个发电机，其中，与一个发电机连接的所述透平可以设计为单轴的装置，与多个发电机连接的透平可以设计为多轴的装置。在单轴装置中优选可使用恰当的联轴器，该联轴器能实现透平的单独运行模式以及单独启动和停止。单轴的装置由于仅使用一个发电机还与较少的投资成本相关联。
燃气透平装置的废热锅炉和载热体循环的太阳能锅炉既可以有利地相互串联，也可以相互并联地集成在蒸汽透平装置中。
按照本发明的一种优选的设计构造，载热介质在封闭设计的载热体循环内部流动。按照本发明，可使用气体，如空气、二氧化碳、氦气或者氮气作为载热介质。有利的是，压力加载气态的载热介质，也就是说载热体循环中的压力超过环境压力。此外，压力水平可通过压力调节系统在1至20bar之间调节。压力越高，气体单位容积的热容量和密度越大。在较高压力下运行的优点是可以使用例如比在环境压力下运行时明显更小直径的输送管。
已知的装置例如用具有高热容量的、熔化的盐来运行。然而，盐一方面会不利地导致腐蚀，另一方面存在在输送管道中凝固的危险。在使用气态的载热介质时就不会出现这种缺点。
按照本发明，载热体循化具有至少一个离心式鼓风机，该离心式鼓风机可以设置在循环中的各个位置上。
载热体循环的接收器优选设计为塔式接收器，在该塔式接收器中，太阳能被传递到载热介质上。因此，热量可以在能够通过塔式发电厂实现的、有利的高温下连接到燃气-蒸汽发电厂的传统过程中。
作为载热体循环和燃气透平装置之间的热连接的燃气透平传热器优选设置在压缩机和燃气透平装置的燃烧室之间并且沿流动方向直接设置在载热体循环的接收器之后。
按照本发明的一种设计构造，载热体循环在塔式接收器和燃气透平传热器之间的高温区段中还具有用于补偿太阳能辐射短时间内的变化的短时蓄热器。由于明显减小的温度梯度，使用短时蓄热器例如可以积极地影响燃气透平的调节性能和装置部件的寿命。
优选在载热体循环的内部还集成有带有额外的离心式鼓风机的高温蓄热器。在高温蓄热器中可有利地存储在塔式接收器中由载热介质吸收的热量。
通过蓄热器的能量可以补偿地调节整个装置从太阳能吸收的热量的波动，方式是通过存储的热量补偿从太阳能转化来的热量的缺少部分。此外，热量的短缺额也通过输送燃料到燃气透平过程中替代。
根据运行情况以常见的方式通过阀和旁路影响所述载热体循环。按照本发明的一种优选的设计构造，载热体循环具有绕过燃气透平传热器的旁路，由此使得尤其是载热介质沿流动方向在燃气透平传热器之后的温度可被调节。视载热介质的质量流和燃气透平传热器的传热效率而定，尽管放热，载热介质的温度高于燃气透平的压缩机出口温度。绕过燃气透平传热器的旁路一方面可以再次加热载热介质被冷却的质量流，或者另一方面也可以单独利用，例如用于过热水蒸汽。载热介质到太阳能锅炉中的、有利地在500℃以上的高入流温度现在可以在沿流动方向设置在后面的太阳能锅炉中用于产生蒸汽。太阳能锅炉在此设计为带有传热器的完整锅炉，该传热器由载热体循环内部的载热介质流过并且在该传热器中将热量从载热介质传递到水蒸汽循环或者蒸汽过程中。
为了蒸汽透平过程稳定地运行，也就是维持到太阳能锅炉中的载热介质稳定的入流温度和稳定的质量流量，可以根据太阳的照射情况通过燃气透平传热器向燃气透平过程传递热量。变化的太阳辐射通过燃气透平过程中的燃料输送来补偿。
按照一种优选的设计构造，在按本发明结合太阳能运行的燃气-蒸汽发电厂中，在废热锅炉和太阳能锅炉中分别设置一个燃料节省器，蒸汽透平过程的供水在所述燃料节省器中被预热。
按照本发明的一种可选的设计构造，仅在废热锅炉中设置燃料节省器，蒸汽过程的供水在所述燃料节省器中被预热并且接着被分配到太阳能锅炉中的蒸发器和废热锅炉中。在此，供水的全部质量流量在去往太阳能锅炉的蒸发器的导管和去往废热锅炉的蒸发器的导管之间的分配可无级变化地调节。
在流向废热锅炉的质量流量几乎保持不变时，到太阳能锅炉的质量流量可以是零至到废热锅炉的质量流量的数倍。通过锅炉供应泵可实现总质量流量的这一改变。
按照本发明的一种优选的设计构造，蒸汽透平过程还具有中间过热器，该中间过热器既可以集成在太阳能锅炉或者载热体循环内部，也可以集成在废热锅炉内部。中间过热器按照设计可分别与过热器串联或并联连接。在中间过热器中，例如在载热体循环的中间过热器中有利地向蒸汽透平已经部分膨胀的蒸汽馈送额外的热量。中间过热器使得循环过程作功或者发电量显著提高并同样导致燃料比热耗减小。结合太阳能锅炉，这还导致用于发电的太阳能热量份额的显著上升。
按本发明的一种结合太阳能运行的具有燃气和蒸汽透平过程的燃气-蒸汽联合循环发电站的运行方法，具有这样的特征，即，借助于载热体循环并通过燃气透平传热器和太阳能锅炉将太阳能热量既耦合到燃气透平过程中也耦合到蒸汽透平过程中。
此外，如在组合的燃气-蒸汽发电厂应用的一样，燃气和蒸汽透平过程理解为组合的燃气和蒸汽透平过程，或者理解为带有一体式燃气-蒸汽透平的一体式燃气-蒸汽过程。
按照设计，在燃气透平过程中运行燃气透平，而在蒸汽透平过程中运行蒸汽透平，其中所述透平驱动至少一个发电机。
按照本发明的一种可选的设计构造，燃气透平过程作为一体式燃气-蒸汽过程运行，例如作为STIG(注蒸汽的燃气透平)-过程，HAT(湿空气透平)-过程或者带用蒸发燃气透平的EVGT(蒸发式燃气透平)-过程运行。在此，在太阳能锅炉或在废热锅炉中产生和过热的蒸汽有利地与燃气要么沿流动方向在压缩机和燃气透平传热器之间，要么在燃气透平传热器和燃烧室之间，要么在燃烧室之后混合。由于较小的投资成本，本发明的这种可选的设计构造首先对于在小或中等功率范围内的装置中使用是优选的。因为在废热锅炉中可产生的蒸汽量是有限的，所以即便在一体式燃气-蒸汽线路中也有利地提高了通过太阳能热量产生的蒸汽。
共同利用供水预热器和燃料节省器的另一个优点是低的废气温度。因为包含在废气中的水是昂贵的去离子水并因此不应随废气从过程排出，而低的废气温度节约了大部分用于冷凝去离子水所需的冷却开销。
气态的载热介质在封闭的载热体循环内部流动并且有利地处于显著的过压之下，其中，气态的载热介质的压力水平优选在1至20bar之间，并且可从外面通过压力调节系统调节。
按照本发明有利地借助于在载热体循环中绕过燃气透平传热器布置的旁路中流过的质量流量，将沿流动方向在燃气透平传热器之后和太阳能锅炉之前的载热介质的温度调节在500℃到600℃之间。
按照本发明的一种可选的设计构造，其中仅在废热锅炉中设置燃料节省器，并且将蒸汽过程在该燃料节省器中预热的供水分配到太阳能锅炉中的蒸发器和废热锅炉中的蒸发器，供水质量流量在各个蒸发器之间的分配可有利地无级调节。
按照本发明的另一种设计构造，可以沿载热体循环中的载热介质的流动方向，在太阳能锅炉的燃料节省器后面设置额外的发电过程或者属于该发电过程的传热器。这种一体式发电过程可以有利地例如按照有机朗肯循环(ORC)原理运行。ORC-发电站是蒸汽发电站，这种ORC-发电站为利用在低温过程中积聚的废热以有机的工作介质替代水运行。
除了额外的一体式发电过程，按照本发明同样可在载热体循环中布置用于吸收冷却装置、过程蒸汽产生装置或供热装置的传热器。
按照本发明的一种优选的设计构造，废热锅炉中的压力水平通过在发电厂运行中常见的滑压运行方式根据太阳能热量调节。
蒸汽过程可以有利地设计为多压过程，其中，太阳能锅炉和废热锅炉可构造为多压锅炉。对于3-压-过程的各个压力级而言，通常第一压力级中的压力在130到140bar之间，第二压力级中的压力在50到60bar之间以及第三压力级中的压力约为10bar。按本发明的结合太阳能运行的燃气-蒸汽发电厂作为多压系统的运行方法也使得仅太阳能锅炉以高压加载，而废热锅炉以较低或者以多个压力级运行。
概括来说，按本发明结合太阳能运行的燃气-蒸汽发电厂以及用于运行所述发电厂的方法相比现有技术具有显著的优点。本发明使得能够明显提高由太阳能转化的热量份额并与此相关地相比迄今已知的装置和方法有利地节约化石燃料。通过各个蓄热器和变化地输送燃料到燃气透平装置的燃烧室中可以非常有效并且节约能源地调节变化的太阳能热量供应。因此，也在长时间内保证了发电厂设备的完全可用性，并且相比属于现有技术的、基于利用太阳能的发电厂实现了更高的年效率。
通过工作流体在透平，尤其是燃气透平的入口的高温和与此相关的、载热介质从通过塔式接收器实现的太阳辐射接收器的高流出温度可以实现发电站的高效率。
在封闭的载热体循环中导引的气态载热介质在设备停止时不会凝固并且不会由于管道内部的沉积妨碍流动。通过循环封闭的设计也使脏污得以最小化。
本发明的方案基于借助于载热体循环的热传递实现了发电站组成部分，尤其是透平装置优选靠近地面的设置。
此外，可以有利地这样设计太阳能循环或载热体循环的部件，使得当今的技术和将来的机器设备都能以简单的方式集成到发电厂过程中，因为载热体循环与其余的发电厂过程无关。
本发明其它的细节、特征和优点由参照附图的以下说明得出，在附图中示出了带有原始的太阳能载热体循环的结合太阳能运行的发电厂的简化的线路图。在附图中示出：
图1示出了分别在太阳能锅炉和废热锅炉中带有一个燃料节省器的燃气和蒸汽发电厂；
图2示出了仅仅在废热锅炉中带有燃料节省器的燃气和蒸汽发电厂；
图3示出了分别在太阳能锅炉和废热锅炉中带有一个燃料节省器以及在太阳能锅炉中带有用于蒸汽过程的蒸汽的中间过热器的燃气和蒸汽发电厂；
图4示出了仅在废热锅炉中带有燃料节省器以及在太阳能锅炉中带有用于蒸汽过程的蒸汽的中间过热器的燃气和蒸汽发电厂；
图5示出了分别在太阳能锅炉和废热锅炉中带有一个燃料节省器的一体式燃气-蒸汽发电厂；
图6示出了仅仅在废热锅炉中带有燃料节省器的一体式燃气-蒸汽发电厂。
在图1中示出了结合太阳能运行的燃气-蒸汽发电厂1的简化的线路图，该燃气和蒸汽发电厂带有原始的太阳能载热体循环2，所述载热体循环包括分别一个在太阳能锅炉8和废热锅炉14中的燃料节省器11，16，蒸汽透平装置的供水在所述燃料节省器中被预热。该发电厂主要由带有压缩机5、燃烧室6和带有连接在下游的废热锅炉14的燃气透平7组成，该废热锅炉也是蒸汽透平装置的组成部分。燃气透平7的热废气在废热锅炉14中被用于产生过热的蒸汽。与此并行地，也可以在太阳能锅炉8中提供蒸汽。在过热器10，18中向经蒸发器9，17在饱和温度下蒸发的水输送另外的热量。通过对蒸汽的进一步加热使之过热提高了蒸汽的温度和比容。蒸汽通过导管从太阳能锅炉8和废热锅炉14流入蒸汽透平13，在蒸汽透平中，蒸汽的流体能量(Fluidmenge)由于释放出机械功而减小。来自太阳能锅炉8和废热锅炉14的蒸汽质量流在进入蒸汽透平13之前被混合。与燃气透平7一样，蒸汽透平13同样与将机械功率转化为电功率的发电机19耦连。之后，膨胀并且冷却的蒸汽流入蒸汽透平冷凝器20中，蒸汽在该蒸汽透平冷凝器中通过向周围环境传递热量而冷凝。冷凝的水通过冷凝液抽吸泵28并接着导引经过燃气透平7的废热锅炉14中的供水预热器15并且在此被预热。此外，燃气透平的废气温度被减小。因此有利地提高了发电厂的效率。加热的供水被临时存储在供水容器22中。接着，水通过供应泵21，29重新输送到太阳能锅炉8和废热锅炉14中。
传递到封闭的载热体循环2上的太阳能按照本发明通过燃气透平传热器4传递到燃气透平过程以及通过太阳能锅炉8的蒸发器9和过热器10传递到蒸汽透平过程上。按照本发明的设计方案，气态的载热介质，如空气、二氧化碳、氦气或氮气在过压之下流动，该过压从外部借助于一个压力保持系统施加。离心式鼓风机12造成压力差并因此导致载热介质的流动。在需要并相应接通载热体循环2时，用于截止或调节的其它离心式鼓风机和阀可定位在载热体循环2的其它位置上。所述离心式鼓风机12由于最小的比能耗和保护材料的温度有利地布置在载热体循环2最冷的位置上。
按照本发明的一种有利的设计构造，太阳能在接收器内部，尤其在塔式接收器3中作为热量传递到载热介质上。由载热介质在塔式接收器3中吸收的热量的一部分在设置在燃气透平装置的压缩机5和燃烧室6之间并且沿流动方向设置在载热体循环2的塔式接收器3之后的燃气透平传热器4传递到燃气透平装置上。在此，载热介质流经阀26，其中，阀25和27是关闭的。由压缩机5压缩的燃烧用空气有利地在燃气透平传热器4中被加热并且在加热的状态被输送到燃烧室6。以这种方式减小燃气透平过程中的单位燃料热量消耗。
在阀26封闭时，热的载热介质按照设计通过阀25和27直接流向太阳能锅炉8。有利的是，借助于旁路并因此借助于通过阀26或阀25和27的质量流量的份额可以调节沿流动方向在燃气透平传热器4之后的载热介质温度。
在燃气透平传热器4建立载热体循环2和燃气透平装置之间的连接的过程中，所述集成有蒸发器9和过热器10的太阳能锅炉8将载热体循环2与蒸汽透平装置连接。按照本发明的设计方案，在过热器10中热量从热的载热介质传递到蒸汽上，蒸汽在此被有利地过热。载热介质在此被冷却。在另外的流动路径上，热量从蒸发器9和燃料节省器11内部的载热介质传递到蒸汽。
为了更好地调节载热体循环2中的温度，由载热介质在塔式接收器3内吸收的太阳能热量被存储在高温蓄热器23的内部。通过存储的能量有利地通过调节补偿来自太阳能的热量的波动。如果载热介质流过高温蓄热器23和阀25或27，在需要时可以馈送存储的能量。同时，阀24可以至少部分封闭。
按照本发明的一种可选的设计构造，热量也可以存储在蒸汽透平装置的水蒸汽循环内部。
图2示出了结合太阳能运行的燃气-蒸汽发电厂1的简化线路图，该发电厂带有原始的太阳能载热体循环2，其中，仅仅存在用于预热蒸汽透平装置的供水的燃料节省器16。与图1所示的视图的区别在于，供水仅仅在废热锅炉14中被预热。通过废热锅炉14中公共的燃料节省器16额外地减小了燃气透平装置的废气的温度并因此提高了设备的效率。
按照设计方案，在燃料节省器16中被预热的供水被分配到太阳能锅炉8中的蒸发器9和废热锅炉14中的蒸发器17中，其中，供水总的质量流量在去往太阳能锅炉8的蒸发器9和去往废热锅炉14的蒸发器17的管道之间的分配可以无级地调节。因此可以有利地补偿燃气透平装置废气的变化热量和载热介质的变化热量。
在图3和4中示出了按本发明的结合太阳能运行的燃气-蒸汽发电厂1，带有包括用于中间过热太阳能锅炉8中的蒸汽的有利构造的原始太阳能载热体循环2。中间过热既可以设计带有按图3的、分别在太阳能锅炉8和废热锅炉14中的燃料节省器11，16，也可以设计带有按图4的、在废热锅炉14中的公共燃料节省器16。
在中间过热器30中，从载热体循环2的载热介质向蒸汽透平13已经部分膨胀的蒸汽输送额外的热量。按照本发明，其加热面例如设计为与过热器10的加热面交错的中间过热器30在载热体循环2中与过热器10并联连接。但是，中间过热器30和过热器10同样可以相互串联连接。
对于没有太阳能热量或存储热量并与此相关地省略中间过热的运行方式，蒸汽有利地流过蒸汽透平13的旁路管道(在图1中没有示出)。
中间过热使得明显提高循环过程功或者电流产出并且同样减小了单位燃料热量消耗。结合太阳能锅炉，这还导致太阳能热量份额在发电中的明显上升。
在图5和6中示出了按本发明的、结合太阳能运行的燃气-蒸汽发电厂1，带有为导引蒸汽或者输送蒸汽到一体式燃气-蒸汽-透平31而优选构造的原始太阳能载热体循环2。如在前面的附图已经描述的那样，图5和6所示的线路图的区别在于燃料节省器11和16的布置。
按照图5和6所示的线路图，原始的燃气透平装置也作为一体式燃气-蒸汽过程运行。在此，在太阳能锅炉8或者在废热锅炉14中产生和过热的蒸汽按照本发明在透平之前混合。省略了单独的蒸汽透平13。按照图5和6，加热的空气和加热的蒸汽按照本发明的设计方案在燃气透平传热器4和燃烧室6之间混合。混合的其它可能的位置在压缩机5和燃气透平传热器4之间以及在燃烧室6之后。
按图6的、以废热锅炉14中的公共燃料节省器16的运行具有其它重要的优点。在一体式燃气-蒸汽-过程中，例如在水-蒸汽循环中使用去离子水，该去离子水在产生时导致非常高的费用。在发电站过程中没有额外的装置的情况下，去离子水与废气流一起流到大气环境中并因此对发电厂过程不利。仅在使用额外的废气侧的冷却装置，如在使用冷凝装置32的情况下可以实现去离子水从废气中的冷凝。然而如果按照本发明，一方面在太阳能锅炉8中产生额外的蒸汽，另一方面通过废热锅炉14中的公共燃料节省器16实现运行，则废气在废热锅炉14中就已经比传统的装置中明显更强烈地冷却。用于从废气中冷凝出去离子水的额外冷却费用因此得以明显减少。
本发明的一种优选的设计构造是带有在能量上非常有效率的燃气透平的发电站，该燃气透平具有高压缩比和低的废气温度。通过低的废气温度没有或者至少仅不明显地限制废热锅炉14中的蒸汽的过热，因为废气的温度水平太低。按照设计方案，废热锅炉14然后仅仅通过燃料节省器16和蒸发器17运行，其中，蒸汽的过热完全或者部分在太阳能锅炉8的过热器10中实现。
本发明的另一种设计构造涉及太阳能锅炉8中的太阳能蒸汽发生装置，如图1至6所示，该太阳能蒸汽发生装置可与废热锅炉14并联。然而，太阳能蒸汽发生装置也可以可选地与废热锅炉14串联。视温度水平而定，蒸汽透平装置的水在废热锅炉14中被蒸发并且在太阳能锅炉8中被过热。
附图标记清单
1结合太阳能运行的燃气-蒸汽发电厂
2载热体循环
3接收器/塔式接收器
4燃气透平传热器
5压缩机
6燃烧室
7燃气透平
8太阳能锅炉
9蒸发器
10过热器
11燃料节省器
12离心式鼓风机
13蒸汽透平
14废热锅炉
15供水预热器
16燃料节省器
17蒸发器
18过热器
19发电机
20蒸汽透平冷凝器
21锅炉供应泵
22供水容器
23高温蓄热器
24，25，26，27阀
28冷凝液抽吸泵
29锅炉供应泵
30中间过热器
31一体式燃气-蒸汽透平
32冷凝装置

Claims (15)

1.一种结合太阳能运行的燃气-蒸汽发电厂(1)，包括太阳能装置、燃气透平装置和蒸汽透平装置，其中，
-所述太阳能装置具有接收器(3)，
-所述燃气透平装置具有带有连接在下游的废热锅炉(14)的燃气透平(7)，以及
-所述蒸汽透平装置具有带有供水预热器(15)的蒸汽透平(13)，
其特征在于，设置用于传递太阳能热量的载热体循环(2)，其中，所述载热体循环(2)通过燃气透平传热器(4)与所述燃气透平装置耦连，并通过太阳能锅炉(8)与所述蒸汽透平装置耦连，其中，所述燃气透平传热器(4)设置在所述燃气透平装置内部而处于压缩机(5)和燃烧室(6)之间，并且在所述载热体循环(2)中沿流动方向设置在所述接收器(3)之后。
2.一种结合太阳能运行的燃气-蒸汽发电厂(1)，包括太阳能装置和一体式燃气-蒸汽透平(31)，其中，
-所述太阳能装置具有接收器(3)，并且
-所述一体式燃气-蒸汽透平(31)具有连接在下游的废热锅炉(14)，
其特征在于，设置用于传递太阳能热量的载热体循环(2)，其中，所述载热体循环(2)通过燃气透平传热器(4)和太阳能锅炉(8)与所述一体式燃气-蒸汽透平(31)耦连，其中，所述燃气透平传热器(4)设置在所述燃气透平装置内部而处于压缩机(5)和燃烧室(6)之间，并且在所述载热体循环(2)中沿流动方向设置在所述接收器(3)之后。
3.如权利要求1或2所述的结合太阳能运行的燃气-蒸汽发电厂(1)，其特征在于，所述载热体循环(2)构造为封闭的循环并且使用气体作为载热介质。
4.如权利要求1或2所述的结合太阳能运行的燃气-蒸汽发电厂(1)，其特征在于，所述接收器(3)设计为塔式接收器。
5.如权利要求1或2所述的结合太阳能运行的燃气-蒸汽发电厂(1)，其特征在于，所述载热体循环(2)具有绕过所述燃气透平传热器(4)的旁路。
6.如权利要求1或2所述的结合太阳能运行的燃气-蒸汽发电厂(1)，其特征在于，在所述废热锅炉(14)中设置燃料节省器(16)。
7.如权利要求1或2所述的结合太阳能运行的燃气-蒸汽发电厂(1)，其特征在于，在所述太阳能锅炉(8)中设置燃料节省器(11)。
8.如权利要求1或2所述的结合太阳能运行的燃气-蒸汽发电厂(1)，其特征在于，所述蒸汽透平装置具有中间过热器(30)。
9.如权利要求1或2所述的结合太阳能运行的燃气-蒸汽发电厂(1)，其特征在于，所述载热体循环(2)具有高温蓄热器(23)。
10.如权利要求3所述的结合太阳能运行的燃气-蒸汽发电厂(1)，其特征在于，所述作为载热介质的气体是空气、二氧化碳、氦气或者氮气。
11.一种结合太阳能运行的带有燃气和蒸汽透平过程的燃气-蒸汽联合循环发电厂(1)的运行方法，其中，该燃气-蒸汽联合循环发电厂(1)包括具有接收器(3)的太阳能装置，具有带有连接在下游的废热锅炉(14)的燃气透平(7)的燃气透平装置，以及具有带有供水预热器(15)的蒸汽透平(13)的蒸汽透平装置，其中，借助于包括燃气透平传热器(4)和太阳能锅炉(8)的载热体循环(2)将太阳能的热量既耦合到燃气透平过程中也耦合到蒸汽透平过程中，其中，所述燃气透平传热器(4)设置在所述燃气透平装置内部而处于压缩机(5)和燃烧室(6)之间，并且在所述载热体循环(2)中沿流动方向设置在所述接收器(3)之后。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述载热体循环(2)内部的气态载热介质在被施加过压的状态下流动，并且调节所述气态的载热介质的压力水平。
13.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于，通过在所述载热体循环(2)中绕过所述燃气透平传热器(4)布置的旁路调节沿流动方向在所述燃气透平传热器(4)之后的载热介质的温度。
14.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于，蒸汽过程的在所述废热锅炉(14)的燃料节省器(16)中被预热的供水被分配到太阳能锅炉(8)中的第一蒸发器(9)和所述废热锅炉(14)中的第二蒸发器(17)中，其中，无级地调节供水在所述第一和第二蒸发器(9,17)之间的质量流量分配。
15.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于，按照滑压运行原理根据太阳能的热量调节所述废热锅炉(14)中的压力水平。
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