CN103899503A

CN103899503A - 热电站

Info

Publication number: CN103899503A
Application number: CN201210584071.1A
Authority: CN
Inventors: I.克罗伊泽; A.戈德曼; L.阿弗雷莫夫; J.巴拉克
Original assignee: Source Industry (israel) Co Ltd Of Light
Current assignee: Source Industry (israel) Co Ltd Of Light
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2014-07-02

Abstract

本发明公开一种热电站，其包括：蒸汽动力区块，其包括被配置以用于从工作流体中提取热能以驱动发电机的涡轮机；太阳能热力系统，其被配置以用于从冲击太阳辐射中捕获热能并且加热所述工作流体；燃气动力区块，其包括两个或更多个燃气涡轮机，每一个燃气涡轮机均与废热回收系统相关联，所述废热回收系统被配置以用于通过运行各自的燃气涡轮机而捕获废热；热回收蒸汽发生器，其被配置以利用所述废热的热能来加热所述工作流体；和控制器，其被配置来指导所述热电站的运行。所述燃气动力区块的总容量等于所述热电站的总容量。所述控制器被配置来运行所述燃气动力区块以提供最低量的电力，加上等于由所述太阳能热力系统在低于其全容量的情况下产生的电力量的电力。

Description

热电站

技术领域

本发明涉及太阳能热电站，更具体来说涉及包括太阳能蒸汽涡轮机和与太阳能蒸汽涡轮机联合循环运行的燃气涡轮机的热电站。

背景技术

能源供应商日益寻求替代性主要能源。一种这样的能源为太阳能，且一种利用太阳能的方式为采用中央塔式发电站。

可以由太阳能接收器系统利用日照来产生过热蒸汽或超临界蒸汽，或者用来加热熔盐。太阳能接收器系统可以包括太阳能塔，该太阳能塔接收从定日镜的太阳能场反射回来的聚集太阳光。定日镜可以对准太阳能接收器系统。定日镜可以调整其定向以随着太阳横越天空而追踪太阳，从而将太阳光持续反射到与接收器系统相关联的一个或多个对准点。太阳能接收器可以被构造来使用从定日镜接收到的日照来加热水或蒸汽或超临界蒸汽或者任何其它类型的太阳能流体。

发明内容

根据目前所公开的主题的一个方面，提供一种热电站，其包括：

蒸汽动力区块，其包括被配置以用于从工作流体中提取热能以驱动发电机的涡轮机；

太阳能热力系统，其被配置以用于从冲击太阳辐射中捕获热能并且加热工作流体；

燃气动力区块，其包括两个或更多个燃气涡轮机，每一个燃气涡轮机均与废热回收系统相关联，废热回收系统被配置以用于通过运行各自的燃气涡轮机而捕获废热；

热回收蒸汽发生器（HRSG），其被配置以利用废热的热能来加热工作流体；和

控制器，其被配置来指导热电站的运行；

其中，燃气动力区块的总容量等于热电站的总容量，且其中，控制器被配置来运行燃气动力区块以提供最低量的电力，加上等于由太阳能热力系统在低于其全容量的情况下产生的电力量的电力。

可通过在全容量情况下运行一个燃气涡轮机并且利用其废热的热能来加热工作流体而产生最低量的电力。

燃气动力区块可以包括三个燃气涡轮机。

燃气涡轮机全部被配置来产生等量的电力。

HRSG可以被配置来向工作流体提供一定量的热能，该热能的量足以产生介于由燃气涡轮机直接产生的电力量的30%至50%之间的电力。

太阳能热力系统可以包括定日镜阵列，该定日镜阵列被配置来将冲击太阳辐射反射到收集塔。可以在收集塔内加热工作流体。

HRSG包括一个或多个热交换器。该热交换器可以包括省煤器、蒸发器和过热器。

控制器被配置来在全太阳能模式、全燃气模式和部分太阳能模式中的一个模式下运行热电站。

在全太阳能模式下，太阳能热力系统可以在其全容量情况下产生热能，且燃气动力区块产生最低量的电力。

在全燃气模式下，太阳能热力系统可以不产生热能，且燃气动力区块在其全容量情况下产生电力。

在部分太阳能模式下，太阳能热力系统可以在低于其全容量的情况下产生热能，且燃气动力区块产生介于最低量与其全容量之间的电力。

根据目前所公开的主题的另一个方面，提供一种产生电力的方法，该方法包括提供一种热电站，该热电站包括：

控制器，其被配置来指导热电站的运行；

其中，燃气动力区块的总容量等于热电站的总容量，且其中，方法包括运行燃气动力区块以提供最低量的电力，加上等于由太阳能热力系统在低于其全容量的情况下产生的电力量的电力。

可通过在其全容量情况下运行一个燃气涡轮机并且利用其废热的热能来加热工作流体而产生最低量的电力。

燃气动力区块可以包括三个燃气涡轮机。

燃气涡轮机全部被配置来产生等量的电力。

附图说明

为了理解本发明并且知道在实践中可以如何执行本发明，现在将参照附图通过非限制性实例来描述实施方案，其中：

图1是根据目前所公开的主题的热电站的示意图；

图2A和图2B是图1中示出的热电站的太阳能热力系统的各种实例的示意图；

图3是图1中示出的热电站的燃气动力区块的示意图；

图4是图1中示出的热电站的热回收蒸汽发生器的示意图；和

图5A至图5C是表示在各种模式下运行的热电站的一个实例的示意图。

具体实施方式

如图1中示意性地示出，提供了一种热电站（统一用10表示）。热电站10被设计来提供电力，因此包括大量元件，其中许多元件在本发明中并未描述，在这种发电站中通常提供这些元件，而且为精通本领域的技术人员所熟知；然而，为简洁起见，本发明省略了这些不必描述的元件以便理解本发明。

热电站10包括蒸汽动力区块12、太阳能热力系统14、燃气动力区块16和热回收蒸汽发生器（HRSG）18。另外，提供控制器20来指导热电站10的运行。应了解，虽然在图1中将控制器20示出为单个元件，但在实践中，可以提供若干个一起工作的控制器以指导热电站10的运行。

蒸汽动力区块12被配置来利用热量以产生电力。同样地，蒸汽动力区块12包括一个或多个蒸汽涡轮机22，蒸汽涡轮机22被配置以利用工作流体（通常是水）的热能以驱动连接到这些蒸汽涡轮机的发电机24，从而产生电力。蒸汽动力区块12还包括用于将工作流体载运至蒸汽涡轮机22以及从蒸汽涡轮机22载运工作流体的管道26。应了解，虽然在图1中示出一个蒸汽涡轮机22，但蒸汽动力区块12可以包括若干个涡轮机，例如以串联方式设置（即，从一个涡轮机输出的工作流体用来作为对另一个涡轮机的输入）并且在不同压力下运行的若干涡轮机。若干蒸汽涡轮机22可以具有共同的传动轴来驱动单个发电机24，或者它们可以各自驱动单独的发电机。另外，蒸汽动力区块12可以包括冷凝器、给水加热器、泵和图1中未示出的各种其它元件。

在热电站10的运行期间，由太阳能热力系统14和HRSG18产生蒸汽（利用蒸汽动力区块16产生的热量，如下文所描述）。该蒸汽用来驱动蒸汽涡轮机22，蒸汽涡轮机22转而驱动发电机24，从而产生电力，该电力可以被供应到电网。

太阳能热力系统14被配置以用于从冲击太阳辐射捕获热能。如图2A中所示出，太阳能热力系统包括中央塔发电站（统一用28表示）。中央塔发电站28包括多个定日镜30，定日镜30被配置以追踪太阳并且将冲击太阳辐射反射到收集塔34的加热区32，进而将冲击太阳辐射聚集在加热区上，由此聚集冲击太阳辐射。提供一个或多个管道36以将未被加热的水带到加热区32，由所聚集的太阳辐射进行加热。

根据图2B所示出的另一个实例，太阳能热力系统14可以包括线聚焦太阳能集热器（统一用35表示）。线聚焦太阳能集热器包括多个槽式集热器37，于其焦点处安置了管状辐射吸收器38。槽式集热器37被配置来追踪太阳并且将冲击太阳辐射聚集到管状辐射吸收器38。

根据参照图2A和图2B所描述的实例中的任何一个，热电站10被设计来促使太阳能热力系统14将热能供应至蒸汽动力区块12。

太阳能热力系统14在运行时连接到蒸汽动力区块12，以便向蒸汽动力区块12供应经过加热的工作流体。为了达到这一目的，根据参照图2A所描述的实例的太阳能热力系统14的管道36（或者根据参照图2B所描述的实施例的管状辐射吸收器38；在本描述中，虽然将全部参考参照图2A所描述的实施例，但应了解，也同样可以参考参照图2B所描述的实施例，必要时加以修订）连接到蒸汽动力区块12的管道26。蒸汽动力区块12的工作流体从其管道26流到太阳能热力系统14的管道36，在管道处，通过冲击太阳辐射来加热工作流体。接着，经过加热的工作流体被载运至动力区块12，在此处，工作流体被用来驱动动力区块的蒸汽涡轮机22，随后，工作流体被返回至太阳能热力系统14以重新加热。

燃气动力区块16是联合循环的部分。其被配置来利用天然气以产生电力，并且将热力提供给HRSG 18。

燃气动力区块16利用天然气作为其热能的来源。同样地，如图3中所示出，燃气动力区块16可以包括若干个燃气涡轮机40，每一个燃气涡轮机40机械地连接到发电机42。燃气涡轮机40被配置来利用天然气产生旋转运动以驱动发电机42，发电机42被配置以使用由燃气涡轮机产生的旋转运动来产生电力。另外，燃气涡轮机40中的每一个都配有相关联的废热回收系统44。废热回收系统44被配置来通过运行各自的燃气涡轮机40（例如，利用其废气）来捕获废热以供另一过程使用。可以提供通风口46来排放任何过剩的热量和/或废气。燃气动力区块16还包括冷凝器（未示出），和这种系统通常包括的其它元件。

HRSG 18被配置以利用燃气涡轮机40的废热来加热蒸汽动力区块12的工作流体。同样地，HRSG 18包括一个或多个热交换器，该热交换器被配置来将废热回收系统44所捕获的废热的热能转移至蒸汽动力区块12的工作流体。例如，如图4中所示出，HRSG 18可以包括省煤器46、蒸发器48和过热器50。另外，它还包括可能被视为必要的其它组件，如烟道气烟筒（fluegas stack）52等。

热电站10被配置以通过太阳能热力系统14和燃气动力区块16的组合（经由HRSG 18）或者通过两者的组合选择性地加热蒸汽动力区块12的工作流体。另外，热电站被配置以使燃气涡轮机40中的一些或全部同时运行。控制器20被配置以指导如上文的热电站10的运行。

因此，热电站10被设置以使得可以在必要时通过每次一个以上的输入，即通过HRSG 18和太阳能热力系统14来加热蒸汽动力区块12的工作流体。如图1中所示出，这可以通过提供适当的阀54和其它合适的流向设备来实现，以选择性地确定HRSG 18与太阳能热力系统14之间的工作流体的路线。或者，蒸汽涡轮机22可以被配置来接收多个输入。

热电站10可运行以产生预定量的电力，而不用考虑太阳能条件（在下文中，此预定量的电力被称为热电站的“容量”，尽管在特定条件下可以产生的实际电力量会更高）。为支持此观点，热电站的每一个组件也被设计来产生预定量的电力，或者产生可以被蒸汽动力器件12转换成预定量电力的一定量的热能。

具体来说，燃气动力区块16的总容量（包括可以由HRSG 18利用以驱动蒸汽动力区块12的废热的量）可以至少等于热电站10的容量。因此，在没有太阳的时候，所有燃气涡轮机40都是可以运行的，且其废热可以用来驱动蒸汽动力区块12。因此，由燃气涡轮机40和蒸汽涡轮机22产生的总电力可以等于热电站10的容量。

太阳能热力系统14的总容量（即，通过使用太阳能热力系统所提供的热能，蒸汽动力区块12可以产生的电力的量）小于热电站10的容量。燃气涡轮机40中的每一个的总容量（即，燃气涡轮机自身所产生的电力量加上蒸汽动力区块12经由HRSG 18使用废热的热能而可以产生的电力量）使得太阳能热力系统12的总容量与一些燃气涡轮机（例如，其中一个燃气涡轮机）的总容量的组合等于热电站10的总容量。因此，当太阳能热力系统14在全容量情况下运行时，仅需要运行一些燃气涡轮机40来使热电站10能够在全容量情况下运行。

因此，控制器20被配置以在以下三种模式中的一种模式下运行热电站10：全太阳能模式、全燃气模式和部分太阳能模式。

在全太阳能模式下，太阳能热力系统14在其全容量情况下产生热能，该热能被转移至蒸汽动力区块12的工作流体。此情况可能发生在高直射辐照期间（诸如，在晴天时）。可选地，也可以运行一些（例如，一个）燃气涡轮机40来产生额外量的电力。另外，通过HRSG 18将来自燃气涡轮机40的废热转移至蒸汽动力区块12的工作流体。由蒸汽动力区块12通过使用由太阳能热力系统14和HRSG 18转移给它的热能而产生的电力量，加上由一个（或多个）燃气涡轮机40在全太阳能模式下运行时直接产生的电力量，可能等于热电站的总容量。

在全燃气模式下，太阳能热力系统14不产生热能。此情况可能发生在恶劣天气或晚上。所有燃气涡轮机40都运行以产生电力。另外，通过HRSG18将来自燃气涡轮机40的废热转移至蒸汽动力区块12的工作流体。由HRSG 18产生的电力量加上由燃气涡轮机40在全燃气模式下运行时直接产生的电力量，等于热电站的总容量。

在部分太阳能模式下，太阳能热力系统14在部分容量情况下产生热能，该热能被转移至蒸汽动力区块12的工作流体。此情况可能发生在低直射辐照期间，例如当太阳辐射被阻挡时（例如，被云阻挡或在多云天气条件下），或者在冬季太阳高度角较小时。在必要时运行燃气涡轮机40中的一些以产生一定的电力，这些电力多于在全太阳能模式下产生的电力量。应了解，取决于通过使用由太阳能热力系统14产生的热能而产生的电力量，燃气涡轮机40中的一些可以在低于其全容量的情况下运行。应进一步了解，虽然并非所有燃气涡轮机40均可在部分太阳能模式下运行，但相比于全太阳能模式，运行的燃气涡轮机更多。通过HRSG 18将燃气涡轮机40的废热转移至蒸汽动力区块12的工作流体。由蒸汽动力区块12通过使用由太阳能热力系统14和HRSG 18转移给它的热能而产生的电力量，加上由燃气涡轮机40在部分太阳能模式下运行时直接产生的电力量，等于热电站的总容量。

应了解，在全燃气模式和部分太阳能模式期间，控制器20运行燃气动力区块以产生一定的电力量（经由HRSG 18从其废热直接产生），加上在全太阳能模式下产生的最低电力量，等于太阳能热力系统14在低于全容量的情况下产生的热能的量。因此，在全燃气模式下，太阳能热力系统14不提供任何热能，因此燃气动力区块16产生的电力量是它在全太阳能模式下产生的最低电力量加上等于太阳能热力系统的总容量的电力量。在部分太阳能模式下，太阳能热力系统14提供的热能的量低于其全容量，因此燃气动力区块16提供的电力量是它在全太阳能模式下产生的最低电力量加上等于太阳能热力系统在低于其总容量的情况下提供的电力量的电力量。

仅出于说明的目的，现在参照示出一个实例的图5A至图5C，其中热电站110具有420MW的总容量。太阳能热力系统114具有280MW的总容量，以及燃气动力区块116包括三个燃气涡轮机GT1、GT2、GT3，每一个燃气涡轮机可以直接产生100MW的电力，且产生足够的废热以供HRSG 118产生额外的40MW的电力。

特定地参照图5A，在全太阳能模式下，蒸汽动力区块112利用由太阳能热力系统114提供的热能产生280MW的电力。另外，燃气涡轮机GT1中的一个在运行中，其直接产生100MW的电力。蒸汽动力区块112利用由HRSG118提供的来自在此模式下运行的燃气涡轮机GT1的废热的热能产生额外的40MW的电力。因此，在全太阳能模式下，热电站110产生280+100+40=420MW的电力。

现参照图5B，在全燃气模式下，所有燃气涡轮机GT1、GT2、GT3都在运行，从而直接产生总计3×（100）=300MW的电力。蒸汽动力区块112使用由HRSG118提供的来自在此模式下运行的所有三个燃气涡轮机GT1、GT2、GT3的废热的热能而产生额外的3×（40）=120MW的电力。因此，在全燃气模式下，热电站110产生3×（100）+3×（40）=420MW的电力。

举例来说，如在图5C中所表示的，在部分太阳能模式下，蒸汽动力区块112利用由太阳能热力系统114提供的热能产生小于280MW的电力。另外，其它燃气涡轮机GT1、GT2、GT3中的一个或多个在部分容量或全容量情况下运行，按照需要来弥补由于太阳能热力系统114在小于其全容量的情况下运行而未能产生的电力。

在确定这些额外燃气涡轮机GT1、GT2、GT3在哪种容量下运行时，要考虑燃气涡轮机直接产生的电力量，以及蒸汽动力区块利用HRSG 118所提供的来自燃气涡轮机的废热的热能而可以产生的电力量。

举例来说，当太阳能热力系统114能够利用太阳能热力系统114所提供的热能产生210MW的电力时，两个燃气涡轮机GT1、GT2都可以在75%的容量下运行。因此，燃气涡轮机可以直接产生总计2×（75）=150MW的电力。蒸汽动力区块112可以使用由HRSG 118提供的来自所运行的燃气涡轮机GT1、GT2的废热的热能产生额外的2×（60）=60MW的电力。因此，在此模式下，热电站110产生210+2×（75）+60=420MW的电力。

上文所描述的设置具有若干优点。举例来说，由于有一个燃气涡轮机GT1始终运行并且由此HRSG 118始终运行，因此HRSG始终维持在运行温度下。此外，由于燃气涡轮机在较低功率下运行时可能不太有效，因此可以在较高功率级下运行多个燃气涡轮机以减少能源浪费。另外，应特别注意，可以在不使用储热器的情况下维持固定量的电力输出，同时可以免除储热器的相关成本和低效。

本发明所属领域的技术人员将易于理解，在不脱离本发明（加以必要的修订）范围的情况下，可对其进行多种变化、变更和修改。

Claims

1.一种热电站，其包括：

控制器，其被配置来指导热电站的运行；

其中，所述燃气动力区块的总容量等于所述热电站的总容量，且其中，所述控制器被配置来运行所述燃气动力区块以提供最低量的电力，加上等于由所述太阳能热力系统在低于其全容量的情况下产生的电力量的电力。

2.根据权利要求1所述的热电站，其中通过在全容量情况下运行一个燃气涡轮机并且利用其废热的热能来加热所述工作流体而产生所述最低量的电力。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的热电站，其中所述燃气动力区块包括三个燃气涡轮机。

4.根据前述权利要求中任一项所述的热电站，其中所述燃气全部被配置来产生等量的电力。

5.根据前述权利要求中任一项所述的热电站，其中所述HRSG被配置来向所述工作流体提供一定量的热能，所述热能的量足以产生介于由所述燃气涡轮机直接产生的电力量的30%至50%之间的电力。

6.根据前述权利要求中任一项所述的热电站，其中所述太阳能热力系统包括定日镜阵列，所述定日镜阵列被配置来将冲击太阳辐射反射到收集塔。

7.根据权利要求6所述的热电站，其中所述工作流体在所述收集塔内加热。

8.根据前述权利要求中任一项所述的热电站，其中所述HRSG包括一个或多个热交换器。

9.根据权利要求8所述的热电站，其中所述热交换器包括省煤器、蒸发器和过热器。

10.根据前述权利要求中任一项所述的热电站，其中所述控制器被配置来在全太阳能模式、全燃气模式和部分太阳能模式中的一个模式下运行所述站。

11.根据权利要求10所述的热电站，其中在所述全太阳能模式下，所述太阳能热力系统在其全容量情况下产生热能，且所述燃气动力区块产生最低量的电力。

12.根据权利要求10和11中任一项所述的热电站，其中在所述全燃气模式下，所述太阳能热力系统不产生任何热能，且所述燃气动力区块在其全容量情况下产生电力。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的热电站，其中所述部分太阳能模式下，所述太阳能热力系统在低于其全容量的情况下产生热能，且所述燃气动力区块产生介于所述最低量与其全容量之间的电力。

14.一种产生电力的方法，所述方法包括提供一种热电站，该热电站包括：

控制器，其被配置来指导热电站的运行；

其中，所述燃气动力区块的总容量等于所述热电站的总容量，且其中，所述方法包括运行所述燃气动力区块以提供最低量的电力，加上等于由所述太阳能热力系统在低于其全容量的情况下产生的电力量的电力。

15.根据权利要求14所述的方法，其中通过在全容量情况下运行一个燃气涡轮机并且利用其废热的热能来加热所述工作流体而产生所述最低量的电力。

16.根据权利要求14和15中任一项所述的方法，其中所述燃气动力区块包括三个燃气涡轮机。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的方法，其中所述燃气涡轮机全部被配置来产生等量的电力。

18.根据权利要求14至17中任一项所述的方法，其中所述HRSG被配置来向所述工作流体提供一定量的热能，所述热能的量足以产生介于由所述燃气涡轮机直接产生的电力量的30%至50%之间的电力。

19.根据权利要求14至18中任一项所述的方法，其中所述太阳能热力系统包括定日镜阵列，所述定日镜阵列被配置来将冲击太阳辐射反射到收集塔。

20.根据权利要求19所述的方法，其中在所述收集塔内加热所述工作流体。

21.根据权利要求14至20中任一项所述的方法，其中所述HRSG包括一个或多个热交换器。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述热交换器包括省煤器、蒸发器和过热器。

23.根据权利要求14至22中任一项所述的方法，其中所述控制器被配置来在全太阳能模式、全燃气模式和部分太阳能模式中的一个模式下运行所述站。

24.根据权利要求23所述的方法，其中在所述全太阳能模式下，所述太阳能热力系统在其全容量情况下产生热能，且所述燃气动力区块产生最低量的电力。

25.根据权利要求23和24中任一项所述的方法，其中在所述全燃气模式下，所述太阳能热力系统不产生任何热能，且所述燃气动力区块在其全容量情况下产生电力。

26.根据权利要求23至25中任一项所述的方法，其中所述部分太阳能模式下，所述太阳能热力系统在低于其全容量的情况下产生热能，且所述燃气动力区块产生介于所述最低量与其全容量之间的电力。