CN103299138B - 具有多管接收器的太阳能集热器,使用所述集热器的太阳能热电站以及用于运行所述电站的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具有多管接收器的太阳能集热器,所述集热器用于太阳能热电站以及所述电站的运行方法中,其中多管接收器具有由两条连续对称参数曲线形成的主反射器(5),辅助再聚热器(6)和包括多个具有圆形横截面的连接管(7)的接收器,集热器的中心布置成非常接近集热器本身的旋转轴,并且聚热比率C/Cmax大于0.63,具有100%的集热效率并且对两条太阳射线(8)具有最大的反射。采用所述多管接收器的太阳能热电站同样结合有柱状或具有管状接收器的抛物槽集热器并且能够用于直接产生蒸汽(在饱和和过热区域中)或者间接产生蒸汽(在集热器串联的情况下)。
Description
技术领域
本发明包括在太阳热能技术领域中,更具体地,包括在圆柱状集热器领域以及安装有所述集热器的电站的领域中,无论这些电站是直接蒸汽生成电站还是使用载热流体在连续的换热器中产生蒸汽的电站。
背景技术
太阳热能技术的总体原理基于集中太阳辐射以加热载热流体并且产生电能的构思。太阳能的收集和聚集在太阳热能电站的发展过程中是最大的挑战之一。现在有两种主要类型的聚集器技术:点聚集和线聚集。线聚集技术由于具有较少的自由度因此更容易安装,但是其聚集系数较低并且因此可能达到的温度比点聚集技术低。
在点聚集器的范畴中,抛物面聚集器以及中心塔都是很著名的。在线聚集技术范畴中,抛物线槽型太阳能聚光器(PTC)是最成熟的聚集系统但是一些新的菲涅尔类型的线聚集器(FLC)现在也开始出现。
菲涅尔集热器包括主要和辅助系统。主要系统由一系列平面或轻微弯曲的反射镜的平行线形成,其具有用于发射并指引太阳辐射朝向辅助系统的移动结构。辐射到达辅助系统的开口并且被一些反射镜改变方向朝向假想的聚焦“管”,在假象的聚焦“管”处安装有吸收器管。
辅助系统被升高数米位于反射镜的区域上方并且用于聚集由主要系统发射的太阳辐射,使其朝向吸收管。
吸收管在独立于集热器的空间中保持不动,集热器作用于跟踪太阳。再聚热器具有两个积极的效果:它使得集热表面增加,防止射线逃离并且促进了主要区域中聚热的提高。此外,由于这些线非常接近,这种类型的集热器有利于更加紧凑地使用土地。
最终,位于反射镜区域下方的土地可以用于除了发电以外的其它用途。这些线与参数圆柱状集热器相比很小,由此风力载荷更低并且结构更轻。
抛物槽技术与菲涅尔集热器技术相比更加成熟并且具有深远的历史以证明其能够大规模地安装。这种技术从1980年代开始就已经进行商业安装并且具有优越的性能。从那时开始,已经证明其在成本和产出上都具有显著的优点。当前,有300MWs的在运行,400MWs的在建造并且在全球范围内正在推进大约6GWs的技术。
抛物槽技术基于太阳跟踪并且通过位于抛物槽集热器焦线上的高热效率接收管聚集太阳射线而运行。
太阳能领域的抛物槽技术的主要部件如下:
抛物槽反射器:抛物槽反射器的用途是反射并聚集落在表面上,落到吸收管的直接太阳辐射。镜状表面上具有通过放置在为其提供足够的刚度的支撑体上的银膜或铝膜。当前,支撑装置经常采用金属板,玻璃以及塑料。抛物槽反射器被认为是主要反射器。
管状吸收管:通常,吸收管被描述为包括两个同心管的管状物,被真空层分开或不分开。内管中流通有被加热流体,其由金属制造而成并且外管由玻璃制作而成。
太阳跟踪系统:最常见的跟踪系统包括围绕纵向轴以如下方式旋转集热器的抛物槽反射器的装置,即太阳射线总是垂直落在纵向轴上并且平行于抛物槽的光轴。
金属结构:集热器的结构用于为组成集热器的各个部件的集合体提供刚性。
传统上,载热流体或热传递流体,通常为合成油,流动通过吸收管,通过聚集的太阳射线被加热到大约400摄氏度。油被泵送通过一系列处于高温的热交换器以产生过热蒸汽。
然而,在最近几年,采用抛物槽集热器直接产生蒸汽的技术已经在不断发展。这种技术(被称为DSG)取消了在太阳能阵列中对中间热传递流体的需要。水被引导直接通过接收管的内部并且吸收由集热器反射的能量,将水从液体状态转变成饱和水蒸汽并且随后变成过热蒸汽。
在这两种情况下,蒸汽中的热量通过传统的蒸汽机和交流发电机被转换成电能。
在采用合成油的情形下,DSG技术具有如下特征:
a)用油代替水
b)它使得太阳能阵列的最大温度提高,在使用油的情形下,通过油的降解(400℃)推动由此使其能够在更有效的能量循环中运行。
c)当前太阳能阵列更高的性能归因于集热器的平均运行温度稍微低于采用油的系统,此外在油/水换热器中必需的温度跃变被消除。
d)换热器系列,膨胀罐以及涉及油的使用的其它系统的投资成本减少
e)自身消耗减少。
f)由于热油在12℃冻结,避免了在冬天油发生冻结的问题。
依据关注的DGS设备,在太阳能阵列中产生的蒸汽在压力条件为60到100bar并且温度条件为400℃到525℃的情况下,直接供应蒸汽机而不需要换热器。在这种类型的电站,太阳能阵列被分成两部分。一部分(大概80%的阵列)用于产生温度大约为300℃的饱和蒸汽并且阵列的其余部分(大约是剩余的20%)用于产生过热蒸汽。此外,进入太阳能阵列的水的温度被降低到大约240℃。
DSG发电站的平均工作温度由此低于使用合成油的情况。这限制了辐射损失并且使得具有非真空接收器或其它类型的接收器从而使对流损失最小化的集热器至少在工作在较低温度的太阳能阵列的区域中被使用。
从光学的角度来看,依据当前所关注的抛物槽集热器,到达凹槽且位于设计的入射角范围之内的全部射线被反射射向吸收管。这种聚热器的收集效率被定义为位于主要系统接收角度范围之内,到达吸收管的入射功率的分数,其为100%。通过检查发现当前的抛物槽集热器的聚热性能大约是26个太阳,同时热力学第二定律能够确定的是通过保持当前的接收角度能够达到83个太阳。换句话说,当前的集热器的聚热性能能够在理论上提高3.2倍。
在最近的历史中,已经有各种采用辅助再聚集器用以提高抛物槽集热器的聚集性能的尝试:
-在采用单个管状接收器的情况下,已经证明借助辅助抛物槽CPC(复合抛物槽聚热器)类型的聚热器能够达到集热效率为100%的最大的聚热性能。然而,从实际角度来看,这种聚热器表现出数个限制其使用的明显缺点。在一些情况下,辅助反射器必须与吸收管一起从主要抛物槽移开;并且在其它情况下,存在复杂和难以生产的辅助几何形状。另一个缺点在于再聚热器必须与吸收管保持接触或非常接近,这迫使设计者将聚热器设置在玻璃管内部,玻璃管保持真空或者充注有溶液而不是真空,这些设想已经在一些菲涅尔类型的聚热器中进行尝试。
-另一种可能是使用TERC(定制边缘光纤聚热器)类型的再聚热器。这种类型的聚热器和接收器已经在菲涅尔集热器中广泛使用,如Mills,DavidR以及PhillipSchramek的专利WO2009023063(A2)中所公开的,但并没有用于发电站采用抛物槽集热器的情况。与抛物槽集热器相比,菲涅尔集热器的缺点在于产生线投射阴影,它们在光学上彼此妨碍并且在横向和纵向上存在减弱总的光学性能的余弦效应。菲涅尔集热器仍然要面对的挑战在于成本必须比抛物槽集热器的成本低以补偿这些光学损失。
现有技术中还有另外一种方法,其不存在前述的缺点并且能够提高集热器的聚热性能。这种方法包括采用已知的由Benítez等人提出的被称为“同步多表面(SMS)”的光学设计方法设计的聚热器。该方法在美国专利文件US6,639,733B2和其它的公开文件中进行了很好的描述,并且其实现了对已经不再是抛物面的主要和辅助反射器表面的设计并且将落在集热器上位于设计的接收范围之内的光线的收集效率维持在100%,同时,促进了对聚热比率C/Cmax的最优化。在这这种情况下,反射的太阳光线的数量为两个。
由此,本发明致力于新型集热器的发展,基于SMS光学设计方法,能够显著提高集热器效率但是在这种情况下被应用到非真空的多管接收器上并且推进了集热器形状的改善,由此通过如下方法控制对流损失而克服了在现有技术中遇到的难题,即这些集热器可以在低温下使用,由此与辐射相关的对流损失被控制。
此外,本发明开发了一种聚热太阳热能发电站,其包括要求保护的集热器,与集热器组合在一起的管状接收器,其为抛物槽或者参数圆柱状集热器。这种电站,具有两种类型集热器的组合,由于采用两种技术的组合,与现有的电站相比效率提高,每种类型的集热器的操作被优化并且对流损失最小化。
发明内容
本发明涉及具有非真空多管接收器的集热器的设计,以及将所述集热器与具有管状接收器的集热器组合在一起的太阳能热电站,所述管状接收器为真空或非真空的,用于直接或间接产生蒸汽。
本发明的目标为具有非真空多管接收器的参数圆柱状集热器,其为一个对称的集热器,由具有光学优化形状以最大化总体聚热性能的主要反射器,优化的辅助再聚热器,以及包括多个具有圆形横截面的管的接收器构成,每个特征描述如下:
主反射器的形状为两条连续并且对称的曲线,其使得聚热比率C/Cmax提高到0.63以上,同时作用于减小风力载荷。结构被优化以承受集热器所承受的不同载荷并且此外,集热器的重心非常靠近于集热器自身的旋转轴。
辅助再聚热器的形状被优化并且集热器的集热效率为100%。取决于选取的方法,全部光线或大部分光线在到达接收器之前在辅助反射器上被反射(反射的太阳光线的数量小于或等于两条)。
为了设计集热器的主要和辅助反射器,采用已知的由Benítez等人提出的被称为“同步多表面(SMS)”的技术。该方法在专利文件US6,639,733B2和其它公开文件中很好地进行了描述,并且其能够实现不再是抛物面的主要和辅助反射器的表面的设计,并且将落在集热器上位于设计的接收范围之内的光线的集热效率保持在100%,同时使聚热比率C/Cmax得到优化。
载热流体在其中流通的接收器由具有圆形横截面的多个管组成,以如下方式来考虑使对流损失受控的几种设计选项,即集热器可以在低温下使用,由此对流损失得到控制。
-接收器由一组金属管形成,金属管通常由钢制作而成,在相同的水平平面上彼此相邻且平行放置。这些管由热绝缘基座支撑。
-接收器由一组金属管形成,金属管通常由钢制作而成,被放置成三部分:其中两部分在端点倾斜并且在中间具有一个水平平面部分。每个部分由多个平行的管形成。两个端点相对于水平平面具有相同的倾角。中间的水平部分支撑在热绝缘基座上。
-接收器由一组金属管形成,金属管通常由钢制作而成,被放置成三部分:其中两部分在端点倾斜并且在中间具有一个水平平面部分。中间部分由多个管形成并且端部仅由一个管形成,该管与水平部分最远端的管相接触。倾斜平面的其余部分没有管而是由自由悬片形成。两个端点关于水平平面具有相同的倾斜角。中间水平部分支撑在热绝缘基座上。
-接收器由一组通常由钢制作的金属管构成,金属管放置成三部分:其中两个部分在端点倾斜并且在中间具有水平平面。中间部分由多个管形成并且端部仅由一个管形成,该管位于平面的中间点。倾斜平面位于管两侧的其余部分没有管而是由两个自由悬片形成,其中一个通过其端点接合到水平平面。两个端点关于水平平面具有相同的倾斜角。中间水平部分支撑在热绝缘基座上。
在前面任意的结构中,管之间具有或不具有附加悬片,通过焊接或者在所有情形中采用夹具彼此接合,包含夹具这种构件则必须允许管在纵向上发生膨胀。
简而言之,本发明所提出的多管集热器的形状能将参数柱状管的聚热比率C/Cmax优化到大于0.63,集热效率为100%并且太阳光线在到达接收器之前的反射数量小于或等于2。此外,其能够控制对流损失使集热器可以在低温下使用。
本发明所提出的集热器与当前传统的抛物槽形状不同,但是保持了结构需要并且具有类似或更少的成本。
关于具有所述多管集热器的电站,需要考虑两种选择:状态发生改变用于直接产生蒸汽的电站以及状态不发生改变的电站。
直接蒸汽产生电站使用的流体在其沿电站流动的过程中状态发生改变直到其以蒸汽形式到达蒸汽机。这种类型的电站最常用的流体为水。
要求保护的电站设计成将太阳能阵列分隔成两部分:太阳能阵列的一个区域用于产生温度大约为300℃的饱和蒸汽,并且太阳能阵列的其它区域用于产生温度大约为500℃的过热蒸汽。
在处于低温的饱和区域中工作的集热器为管状抛物槽类型集热器,其为真空或非真空或者为具有非真空多管接收器的参数类型并且由处于低温的水循环供应提供流体。蒸汽被加热并且从一个集热器流向下一个直到其温度达到300℃以上。
为了提高循环的效率,在较高的温度工作是有利的。为此,处于过热区域中的集热器为抛物槽或具有真空管状接收器的参数柱状类型。处于升高温度(500℃以上)的过热蒸汽在这些集热器的出口处获得。位于该温度的流体被直接送到蒸汽机以用发电。
聚热电站的第二种类型,其流体和工作温度不会造成状态改变,被设计成具有多个串联连接的集热器的回路。
第一集热器,也就是说工作在低温下的集热器,为真空或非真空的抛物槽集热器或具有多管接收器的参数集热器。串联连接的全部集热器中的第一个由处于低温的水循环供应提供流体。该流体被加热并且从一个集热器流向下一个直到其温度达到300℃以上。
抛物槽或具有真空管状接收器的参数集热器与这些集热器串联连接以在较高的温度下工作。在这些集热器的出口,流体温度高于500℃,压力达到200bar,其中载热流体为CO2。位于该温度下的该流体循环通过热交换器以产生温度大约为500℃或更高的蒸汽。该蒸汽被送到蒸汽机用以发电。
附图说明
为了使说明书完整并且实现帮助更好理解本发明的目的,在后面附上一组以说明为目的而不是以限制为目的的附图:
图1:流体和温度范围不会造成状态改变的电站的示意图。
图2:具有非真空多管接收器的参数柱状集热器。
图3:根据结构1的多管接收器。
图4:根据结构1的集热器的变形。
图5:根据结构1的完整集热器。
图6:根据结构2的多管接收器。
图7:根据结构2的完整集热器。
图8:根据结构3的多管接收器。
图9:根据结构4的多管接收器。
图10:通过焊接连接具有或没有悬片的管的示意图。
图11:连接具有悬片的管的示意图。
图12:状态不发生改变的电站太阳能阵列的总体结构。
图13:状态发生改变的电站太阳能阵列的总体结构。
参考标记为:
1.多管接收器。
1’.非真空多管接收器的第一种结构。
1”.非真空多管接收器的第二种结构。
1”’.非真空多管接收器的第三种结构。
1iv.非真空多管接收器的第四种结构。
2.具有真空管状接收器的集热器。
3.处于低温下的供应流体。
3’.大约为300℃的流体。
4.处于升高温度下的出口蒸汽。
5.主反射镜或反射器(聚热器)。
6.辅助再聚热器。
7.管。
7’.单个管。
7”.端管。
8.太阳光线。
9.热绝缘基座。
10.端点。
11.中间水平部分。
12.没有管的自由悬片
13.焊接
14.连接悬片
15.夹具
16.透明盖板
17.太阳能阵列
18.饱和阵列(多管集热器)。
19.过热阵列(抛物槽或具有真空管状接收器的参数集热器)。
20.能源模块。
具体实施方式
为了更好地理解本发明,太阳能热电站,本发明的目的以及多管集热器,将根据下面描述的优选实施例进行描述。
首先如图1所示,对于太阳能热电站,其流体和工作温度范围不会造成状态改变,要求保护的太阳能热电站设计成下面由串联连接的多个集热器形成的回路。
第一集热器,也就是那些在低温下工作的集热器,为具有管状接收器的抛物槽聚热器类型,具有真空或非真空或参数聚热类型多管接收器1,它们当中的第一个由处于低温的流体供应管路3供液。该流体被加热并且从第一集热器流动到下一个,直到其达到高于300℃的温度。
一组抛物槽或具有真空管状接收器的参数集热器2串联连接到多管集热器以在较高的温度工作。在这些集热器的出口,流体4的温度被提升到高于500℃。由于热交换器,处于该温度下的流体产生大约500℃或更高温度的蒸汽。
在这种类型的电站中流通的状态不发生改变的流体可以是CO2。
图12示出状态不发生改变的传统电站的太阳能阵列17的总体结构。不同的集热器模块,例如图1所示的,在这里被示出并且供应有低温流体3并且加热流体,引导流体使其以蒸汽形式通过出口管4到达能源模块20。
其次,对于采用状态发生变化的流体例如水的太阳能热电站,为了直接产生蒸汽并且如图13所示的结构,要求保护的太阳能热电站被设计成将太阳能阵列17分割成两部分:太阳能阵列的一个区域饱和阵列18产生温度大约为300℃的饱和蒸汽3’,并且太阳能阵列的另一个区域过热阵列19用于产生温度大约为500℃的过热蒸汽。在处于低温的饱和区域18中工作的集热器为抛物槽类型集热器,具有真空或非真空的管状接收器,或者具有参数类型多管接收器1并且被由处于低温(大约240℃)的回路3提供供应水。该部分蒸汽3’被加热并且通过集热器到达下一个直到其达到大约300℃的饱和温度。该部分饱和蒸汽3’被送到过热区域19。
工作在较高温度通常能够提高循环的效率。由此,过热区域19的集热器为抛物槽或参数类型,具有真空的管状接收器2。在这些集热器的出口,过热蒸汽4处于高于500℃的高温以蒸汽的形式获得。处于该温度下的流体被直接送到蒸汽机用于发电。
如已经表明的,管状集热器,不论是抛物槽或参数类型的,并且不论是真空或非真空的,在现有技术中都是已知的,因此不需要图示即已包含在内。
真空或多管的用于多管接收器1的新型参数柱状集热器在图2中示出。其为对称太阳能集热器,由主要反射镜5,优化的辅助再聚热器6和接收器1形成,主要反射镜5具有光学优化形状以最大化总体聚热性能,接收器1由多个具有圆形横截面的非真空的管7形成。
如图2所示,主要反射器5的形状由两个连续对称的参数曲线构成,它们能够将聚热比率C/Cmax提高到大于0.63,同时减小风力载荷。
集热器的结构被优化以承受不同的负载并且此外,集热器的重心非常接近于集热器自身的旋转轴。
辅助再聚热器6的形状被优化并且集热器的集热效率为100%。取决于选取的方法,全部或大部分光线8在到达接收器1之前在辅助反射器6上被反射。
多管接收器1由多个具有圆形横截面的非真空管形成,考虑了下面几种设计选择:
-第一种结构:图3示出多管接收器1’由一组通常由钢制成的金属的管7构成,它们在相同的水平平面上彼此相邻且平行放置。这些管由热绝缘基座9所支撑。
图4示出替代的第一种变形,其中倾斜的透明盖板16从热绝缘基座9开始添加用于最小化对流损失。尽管图中仅示出这种类型的结构,下面的任意设计方案都可以被添加到其中。
图5示出具有不连续的第一反射器5,辅助再聚热器6,多管接收器1’以及太阳光线8的完整集热器。
-第二种结构:图6示出多管接收器1’的另一种替代设计,其由一组通常由钢制成的金属的管7构成,它们放置成三个部分:其中两个部分在端点处倾斜并且在中间具有水平平面部分11。每个部分由多个平行的管7构成。两个端点10相对于水平平面11具有相同的倾斜角。中心水平部分11支撑在热绝缘基座9上。
图7示出具有不连续的第一反射镜5,辅助再聚热器6,根据这种结构的多管接收器1”以及太阳光线8的完整集热器。
-第三种结构:图8示出多管接收器1”’由一组通常由钢制成的金属的管7构成,它们放置成三部分:其中两部分在端点10倾斜,并且在中间11具有水平平面部分。中间部分11由多个管7构成并且端点10仅由一个管7’构成,该管与水平部分11最远端的管7”相接触。倾斜平面的剩余部分没有管而是由自由悬片12构成。两个端点10关于水平平面的倾斜角相同。中间水平部分11支撑在热绝缘基座9上。
-图9示出多管接收器1iv由一组通常由钢制成的金属的管7构成,它们放置成三部分:其中两部分在端点10倾斜并且在中间11具有水平平面部分。中间部分11由多个管7构成并且端点10仅由一个管7’构成,位于倾斜平面的中间。位于管7’两端的倾斜平面的其余部分没有管而是由两个自由悬片12形成,其中一个通过其端部连接到水平部分。两个端点10关于水平平面具有相同的倾斜角。中间水平部分11支撑在热绝缘基座9上。
在上述任意一种结构中,管7彼此通过焊接接合到一起。在一些情形里,一个管通过焊接13直接连接到另一个管(参见下面的图10)并且在其它情形里小的悬片14被添加到它们中间(参见上面的图10)或者使用夹具15(参见图11)。
由此,要求保护的太阳能电站设想将两种不同类型的集热器结合到一起,一个新的和一个已知的,这将在太阳能生产部门呈现出显著的进步并且通过使每个集热器工作在最合适的温度范围之内从而大幅度提高效率。
Claims (14)
1.具有多管接收器的太阳能集热器,其特征在于,该太阳能集热器是参数类型的,并且具有:由两条连续对称的参数曲线形成的主要反射器,辅助再聚热器和载热流体在其中流通的接收器,主要反射器和辅助再聚热器根据由Benítez等人创建的“同步多表面(SMS)”方法而进行光学设计,并且由此具有多管接收器(1)的集热器包括多个具有圆形横截面的金属的管(7),所述金属的管彼此相邻且平行放置并且彼此接合,全部被热绝缘基座(9)支撑在相同的水平平面上。
2.根据权利要求1的具有多管接收器的太阳能集热器,其特征在于,具有多管接收器(1)的集热器包括有设置于三个部分的多个金属的管(7),其中,三个部分中的两个部分在端点(10)处倾斜,一个水平部分(11)设置于中间,在端点(10)倾斜的两个部分相对于水平部分(11)具有相同的倾斜角。
3.根据权利要求2的具有多管接收器的太阳能集热器,其特征在于,在端点(10)倾斜的所述的两个部分仅由单个管(7’)形成,该单个管(7’)设置成与水平部分(11)端管(7”)接触;倾斜部分的其余区域没有管而是由自由悬片(12)形成。
4.根据权利要求2的具有多管接收器的太阳能集热器,其特征在于,在端点(10)倾斜的所述的两个部分由位于每个倾斜部分的中间的单个管(7’)形成;位于单个管(7’)两侧的倾斜部分的其余区域没有管而是由两个自由悬片(12)形成。
5.根据权利要求1的具有多管接收器的太阳能集热器,其特征在于,倾斜的透明盖板(16)从热绝缘基座(9)开始被添加以最小化对流损失。
6.根据权利要求1的具有多管接收器的太阳能集热器,其特征在于,管(7)通过焊接连接到一起。
7.根据权利要求6的具有多管接收器的太阳能集热器,其特征在于,小的悬片(14)被添加到管(7)之间。
8.根据权利要求1的具有多管接收器的太阳能集热器,其特征在于,管(7)采用夹具(15)连接到一起。
9.设置有如前述权利要求1-8任一权利要求所描述的具有多管接收器的太阳能集热器的太阳能热电站,其流体和工作温度范围不会造成状态改变,其特征在于,其根据如下的回路进行设计,即回路具有多个串联连接的集热器,并且结合有参数太阳能集热器,参数太阳能集热器具有设置有一组抛物槽或参数集热器的多管接收器(1),其中参数集热器具有真空管状接收器(2)。
10.根据权利要求9所描述的设置有具有多管接收器的太阳能集热器的太阳能热电站,其流体和工作温度不会造成状态改变,其特征在于,循环流体为CO2。
11.设置有如前述权利要求1-8任一权利要求所描述的用于直接产生蒸汽的具有多管接收器的太阳能集热器的太阳能热电站,其特征在于,电站设计成将太阳能阵列(17)分隔成两部分;所述太阳能阵列(17)的两部分包含有饱和阵列(18)和过热阵列(19);所述饱和阵列(18)采用具有多管接收器(1)的参数集热器产生饱和蒸汽,并且所述过热阵列(19)采用设置有管状接收器或具有真空管状接收器(2)的抛物槽集热器产生过热蒸汽。
12.根据权利要求11的设置有具有多管接收器的太阳能集热器的太阳能热电站,其流体和工作温度范围造成状态改变,其特征在于,循环流体为水。
13.权利要求9描述的太阳能热电站的运行方法,其特征在于,处于低温的流体被引导进入具有多管接收器(1)的第一参数集热器,并且从一个具有多管接收器(1)的集热器流动到下一个具有多管接收器(1)的集热器从而被加热直到其温度达到300℃以上;在达到所述温度之后,流体开始循环通过一组具有真空管状接收器(2)的抛物槽或参数集热器,在这些具有真空管状接收器(2)的集热器的出口流体的温度达到500℃以上。
14.权利要求11中描述的太阳能热电站的运行方法,其特征在于,处于低温工作在饱和阵列(18)的集热器由处于低温的循环水(3)供应流体并且随着其流动通过集热器,水被加热并且从一个具有多管接收器(1)的集热器流到另一个具有多管接收器(1)的集热器,直到其达到300℃的蒸汽饱和温度,饱和蒸汽被送到过热阵列(19)中的集热器并且在这些集热器的出口,过热蒸汽的温度高于500℃,该蒸汽被直接送到蒸汽机用于发电。
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6639733B2 (en) * | 2000-03-16 | 2003-10-28 | Light Prescriptions Innovators, Llc. | High efficiency non-imaging optics |
WO2005078360A1 (en) * | 2004-02-17 | 2005-08-25 | Solar Heat And Power Pty Ltd | Multi-tube solar collector structure |
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---|---|---|---|---|
US4010732A (en) * | 1974-06-15 | 1977-03-08 | Agency Of Industrial Science & Technology | Multi-stage system for accumulation of heat from solar radiant energy |
US4164123A (en) * | 1976-08-25 | 1979-08-14 | Smith Otto J M | Solar thermal electric power plant |
US4249516A (en) * | 1979-01-24 | 1981-02-10 | North American Utility Construction Corp. | Solar energy collection |
AU534683B2 (en) * | 1979-10-23 | 1984-02-09 | Ahearn Main & Stott Pty. Ltd. | Strip for forming a solar collector |
JPS6028928Y2 (ja) * | 1981-11-10 | 1985-09-02 | シャープ株式会社 | 太陽熱集熱器 |
US4520794A (en) * | 1982-03-05 | 1985-06-04 | North American Utility Construction Corporation | Solar energy concentrating slat arrangement and collector |
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WO2009023063A2 (en) * | 2007-06-13 | 2009-02-19 | Ausra, Inc. | Solar energy receiver having optically inclined aperture |
ES2302485B1 (es) * | 2008-02-19 | 2009-05-04 | Jose Ma. Martinez-Val Peñalosa | Colectores cilindro-parabolicos de energia solar termica con tubo fijo no rotativo. |
US20090260359A1 (en) * | 2008-04-16 | 2009-10-22 | Alstom Technology Ltd. | Solar thermal power plant |
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6639733B2 (en) * | 2000-03-16 | 2003-10-28 | Light Prescriptions Innovators, Llc. | High efficiency non-imaging optics |
WO2005078360A1 (en) * | 2004-02-17 | 2005-08-25 | Solar Heat And Power Pty Ltd | Multi-tube solar collector structure |
CN101839563A (zh) * | 2004-02-17 | 2010-09-22 | 澳斯拉有限公司 | 多管式太阳能收集器结构 |
CN1760602A (zh) * | 2004-10-13 | 2006-04-19 | 黄永年 | 太阳能集热器 |
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