CN104632557B - 用于控制熔盐温度的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于控制熔盐温度的系统和方法。提供一种熔盐太阳能塔系统(100)用于控制太阳能接收器(130)中的熔盐温度，用于系统(100)的有效操作，同时不会使熔盐的物理性质退化。系统(100)包括两个回路，第一回路(140)和第二回路(150)。第一回路(140)构造成在太阳能接收器(130)供应相对冷的熔盐用于加热，且第二回路(150)构造成当循环通过太阳能接收器(130)的相对热的熔盐的温度超过其预设温度值时，在第一回路(140)中供应预定量的相对冷的熔盐。

Description

用于控制熔盐温度的系统和方法
技术领域
本公开涉及熔盐太阳能塔系统，且更具体地，涉及用于控制太阳能接收器中的熔盐温度的系统和方法。
背景技术
基于直接蒸汽中央接收器(DSCR)的太阳能热发电系统包括大片的定日镜以及放置在具有相当高度的塔上的太阳能接收器。定日镜将直接日光集中到太阳能接收器以产生蒸汽，蒸汽用于运转蒸汽涡轮来发电。典型地，太阳能热发电设备在晴朗的阳光时段内每天循环操作，而在夜间或在多云季节里关闭。然而，如果太阳能热发电设备要满足日益增长的电力需求，则其需要不管阳光是否可得都要可操作，即，在夜间或在多云天。这种太阳能热发电设备的实现生成了在白天存储太阳能热能且在夜间或在多云天使用该热能的要求。为了满足这种要求，一般使用包括诸如熔盐的太阳能存储流体的中央接收器。具有熔盐的中央接收器一般称为熔盐中央接收器(MSCR)。
典型的MSCR系统10在图1中显而易见。MSCR系统10包括MSCR 12、热和冷存储罐14、16以及熔盐蒸汽发生器(MSSG)循环18。在MSCR 12处加热的熔盐流体存储在热存储罐14中，处于大约550℃到600℃的温度。在其热能通过MSSG循环18利用以通过具有涡轮和发电机装置22的发电循环20发电后，熔盐存储在冷存储罐16中，处于大约290℃的温度，熔盐从冷存储罐16进一步发送至MSCR 12用于再加热。在图1中，虚线示出了熔盐流动回路。
在这种MSCR系统中，要求熔盐的温度维持在大约550℃到600℃的具体温度。具体地，要求在MSCR 12的出口处维持熔盐的这种温度，以便最大化效率，同时避免由过热导致的熔盐的退化。
常规地，这种温度通过调整施加到MSCR 12表面的太阳能热通量或通过调整通过MSCR 12的熔盐流来控制。由于固有的动态的太阳能每日正常辐射(DNI)的存在，这些方法都可能对于提供温度的适当控制而言相对缓慢且效率低。
因此，存在对备选准备的需要，以便获得对在MSCR的出口处相对热的熔盐温度的相对更迅速的响应以及因此改进的控制性能。
发明内容
本公开描述了一种系统和方法，其用于控制太阳能接收器中的熔盐温度，该系统和方法在以下简化的发明内容中示出以提供对本公开的一个或多个方面的基本理解，本公开旨在克服上文中所讨论的缺点以包括其所有优点，以及提供一些额外的优点。本发明内容不是本公开的全面概述。其既不旨在指示本公开的关键或决定性的元素，也不记叙本公开的范围。而是，本公开的唯一目的是作为对下文中示出的更详细描述的前序以简化形式示出本公开的一些概念、其方面以及优点。
本公开的一个目的是描述一种系统和方法，其用于将尤其是在太阳能接收器的出口处的太阳能接收器中的熔盐温度控制成维持在550℃到600℃之间，能够实现对相对热的熔盐温度的相对更快的响应以及因此改进的控制性能。而且，本公开的目的是描述这种系统和方法，其用于控制在太阳能接收器中的熔盐温度，该系统和方法以有效且经济的方式方便地使用。本公开的各种其他目的和特征将从以下详细描述和权利要求中显而易见。
上文提到的其他目的，在一个方面可通过用于控制熔盐温度的熔盐太阳能塔系统实现。熔盐太阳能塔系统包括第一和第二存储罐、太阳能接收器装置以及第一和第二回路。第一和第二存储罐适于存储熔盐。第一存储罐构造成存储相对冷的熔盐，且第二存储罐构造成存储处于预设温度值的相对热的熔盐。进一步，太阳能接收器装置构造成从太阳能源接收太阳能。太阳能接收器装置包括入口端口、多个面板以及出口端口，以使得熔盐能够从其流动。第一回路构造成从第一存储罐供应相对冷的熔盐到太阳能接收器装置，以使得相对冷的熔盐能够加热直至生成处于预设温度值的相对热的熔盐，且从太阳能接收器装置以设定温度值供应相对热的熔盐到第二存储罐。而且，第二回路构造成当循环通过太阳能接收器装置的相对热的熔盐的温度超过相对热的熔盐的预设温度值时，在包括至少在出口端口处以及至少在多个面板之间的一个位置处的适当位置在第一回路中供应预定量的相对冷的熔盐，以便维持处于预设温度值的从太阳能接收器装置的出口端口离开的相对热的熔盐，用于存储在第二存储罐中。
在一个实施例中，熔盐太阳能塔系统包括构造到第一和第二回路的控制逻辑装置。基于相对热的熔盐的温度超过预设温度值，控制逻辑装置使得来自第二回路的相对冷的熔盐在适当位置处流入第一回路中，以维持离开太阳能接收器装置的相对热的熔盐处于预设温度值。
在一个实施例中，熔盐太阳能塔系统包括构造到第一和第二回路的控制器单元。控制器单元构造成电控制且平衡提供到太阳能接收器装置的太阳能以及相对冷的熔盐从第二回路到第一回路的流动，以便阻止相对热的熔盐温度超过预设温度值。
在另一方面，提供了一种用于控制在熔盐太阳能塔系统中的熔盐的温度的方法。方法包括在太阳能接收器装置中加热相对冷的熔盐，以获得加热到预设温度值的相对热的熔盐，太阳能接收器装置具有入口端口、多个面板以及出口端口。方法还包括，当循环通过太阳能接收器装置的相对热的熔盐的温度超过相对热的熔盐的预设温度值时，在包括至少在出口端口处且至少在多个面板之间的一个位置处的适当位置处，供应预定量的相对冷的熔盐，以便维持从太阳能接收器装置的出口端口离开用于存储以用于发电的相对热的熔盐的预设值。
在一个实施例中，方法包括电控制和检查预定量的相对冷的熔盐的供应，以便维持从太阳能接收器装置的出口端口离开的相对热的熔盐的预设温度值。
方法还包括电控制和平衡提供到太阳能接收器装置的太阳能的量以及在太阳能接收器装置中的相对冷的熔盐的流动，以便阻止相对热的熔盐温度超过预设温度值。
这些连同本公开的其他方面，以及表征本公开的新颖性的各种特征特别地在本公开中指出。为了更好地理解本公开、其操作优点及其用途，应当参考附图以及描述性材料，其中存在本公开的示出的示例性实施例。
附图说明
通过参考结合附图的以下详细描述和权利要求书，本公开的优点和特征将更好理解，在附图中，类似的元件用类似的符号标识，且其中：
图1是熔盐太阳能接收器发电设备的示意侧视图；
图2是根据本公开的示例性实施例、用于控制熔盐温度的熔盐太阳能接收器的示意侧视图；以及
图3是根据本公开的示例性实施例、用于控制熔盐温度的具有接收器的两个分支的熔盐太阳能接收器的示意侧视图。
贯穿附图的若干视图的描述，类似的参考标记参考类似的部件。
具体实施方式
为了全面理解本公开，结合上述附图来参考以下详细描述，包括所附权利要求。在以下描述中，为了解释的目的，陈述了许多具体细节以便提供对本公开的全面理解。然而，对于本领域技术人员，将显而易见的是，本公开可在没有这些具体细节的情况下实践。在其他情形中，结构和装置仅以框图形式示出，以便避免使本公开模糊。在本说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“另一实施例”、“各种实施例”的引用的意思是，结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本公开的至少一个实施例中。短语“在一个实施例中”在各种地方的出现不必都指的是相同实施例，也不必是与其他实施例相互排斥的单独或备选实施例。此外，描述了各种特征，其可通过一些实施例而不是通过其他实施例来呈现。类似地，描述了各种要求，其可以是用于一些实施例的要求，但是可以不是其他实施例的要求。
虽然为了说明的目的，以下描述包含许多细节，但是本领域的任何技术人员将意识到对于这些细节的许多变型和/或备选在本公开的范围内。类似地，虽然本公开的许多特征根据彼此或彼此结合地描述，但是本领域技术人员将意识到这些特征中的许多可独立于其他特征提供。因此，陈述了本公开的该描述，而没有对本公开的一般性的任何损失，且没有对本公开施加限制。而且，在本文中诸如“第一”以及“第二”等的相对术语不指示任何顺序、高度或重要性，而是其用于区分一个元件与另一个元件。而且，本文中的术语“一”以及“一个”不指示对量的限制，而是指示所参考的物件中的至少一个的存在。
现在参考图2和图3，根据本公开的各种示例性实施例，示出了熔盐太阳能塔系统100(下文中称为‘系统100’)的示例，该系统100用于捕获由成片的太阳跟踪镜或定日镜所反射的太阳能，且控制熔盐温度。图2示出了带有接收器的单个分支的熔盐接收器，而图3示出了带有接收器的两个分支的熔盐太阳能接收器。本文中，用于控制熔盐温度的方法还旨在结合图2和图3描述。由于系统100的结构和装置及其关于太阳能发电设备的布置、各种相关联的元件可对本领域技术人员已知，为了获得对本公开的理解，不认为有必要在本文中提及所有的结构细节及其解释。而是认为简单地提及如下是足够的，如在图2和3中所示，在太阳能发电设备中的系统100，仅仅示出了对于描述本公开的各种实施例相关的那些构件。
系统100包括第一和第二存储罐110、120，太阳能接收器装置130(在下文中称为‘太阳能接收器130’)，以及第一和第二回路140、150。在图2中，第一回路140以实线描述，而第二回路150以虚线描述，以更好地理解本发明。第一和第二储存罐110、120适于存储熔盐，其在太阳能接收器130中循环用于加热。具体地，第一存储罐110构造成存储相对冷的熔盐(在其热量被利用以生成功率之后，如在图1中关于现有技术所述)，且第二存储罐120构造成存储在由太阳能接收器130加热后处于预设温度值的相对热的熔盐。为了这样做，太阳能接收器130构造成从太阳能源也就是太阳接收太阳能。在典型的装置中，在本文中未示出的太阳能接收器130可放置在具有相当高度的塔上，且由大片的定日镜围绕，太阳能可从定日镜上引导至太阳能接收器130以加热熔盐。如在图1中所示，太阳能接收器130包括入口端口132、多个面板134以及出口端口136，以使得熔盐能够从其流过用于熔盐的加热。
第一回路140构造成将相对冷的熔盐从第一存储罐110经由合适的泵112和调节阀114供应到太阳能接收器130，以使得相对冷的熔盐能够在太阳能接收器130中加热直到预设温度值。而且，来自太阳能接收器130的相对热的熔盐以用于存储在其中的预设温度值供应到第二存储罐120。调节阀116可构造成在第一回路140中靠近第二存储罐120，以管理相对热的熔盐的流。具体地，在白天的时间里，当太阳能通过定日镜入射到太阳能接收器130上时，流过其中的熔盐被加热。来自太阳能接收器130的相对热的熔盐可存储在第二存储罐120中。如所期望地，包括在傍晚或夜晚的时间期间，利用在第二存储罐120中的相对热的熔盐来生成电功率，且所得的相对冷的熔盐可存储在第一存储罐110中。而且在此时间期间，来自第一存储罐110的相对冷的熔盐通过第一回路140供应到太阳能接收器130，以再热来产生相对热的熔盐且存储在第二存储罐120中。
要求熔盐的温度维持在550℃到600℃之间的具体温度。具体地，要求在太阳能接收器130的出口端口136处维持熔盐的这种温度，以便最大化效率，同时避免通过过热导致的熔盐的退化。为了这样做，系统100包括第二回路150，其构造成与第一回路140并行。控制阀122、124可构造成与第一和第二回路140、150协调，以管理待维持的从第一回路140到第二回路150的要求量的相对冷的熔盐。第二回路150构造成在适当位置处，诸如在出口端口136处，或在与第一回路140循环的多个面板134之间装备有温度降低站的期望位置处，从第一存储罐110供应恰当量的相对冷的熔盐到第一回路140。当在第一回路140中循环通过太阳能接收器130的相对热的熔盐的温度超过相对热的熔盐的预设温度值时，可进行相对冷的熔盐的这种供应，以便将从太阳能接收器130的出口端口136离开的相对热的熔盐的温度维持在预设温度值，用于存储在第二存储罐120中。相对冷的熔盐与相对热的熔盐的这种混合将相对热的熔盐的温度维持在550℃到600℃之间，尤其是在565℃，从而最大化效率，同时避免由过热导致的熔盐的退化。
在一个实施例中，当在其中的相对冷的熔盐不用于维持相对热的熔融温度时，第二回路150还可用于排泄熔盐。为该目的，排泄和泄放阀118可结合第一和第二回路140、150提供。
系统100还可包括控制逻辑装置160，其构造到第一和第二回路140、150中。基于相对热的熔盐的温度超过预设温度值，控制逻辑装置160使得来自第二回路150的相对冷的熔盐在适当位置处流入第一回路140中，以维持离开太阳能接收器130的相对热的熔盐处于预设温度值。为了相对冷的熔盐从第二回路150到第一回路140的适当且定量的供应，系统100还可包括阀装置170，其可通过控制逻辑装置160电控制。系统100还可包括在第一回路140中的多个温度测量点180，以测量流动经过太阳能接收器130的熔盐的温度。控制逻辑装置160、阀装置170以及多个温度测量点180能够彼此协作地工作，以适当且定量地从第二回路150供应相对冷的熔盐到第一回路140，以便维持从太阳能接收器130的出口端口136离开的相对热的熔盐处于预设温度值，用于存储在第二存储罐120中。然而，在不脱离本公开的范围的情况下，系统100还可包括机械或手动系统，用于管理相对冷的熔盐从第二回路150到第一回路140的适当且定量的供应，以便如所要求地维持相对热的熔盐温度。
在图2中，示出了控制逻辑装置160、阀装置170以及多个温度测量点180的工作示例。然而，确切的控制逻辑装置160可取决于阀装置170、温度测量点180的数目以及其他因素而变化。具有两个阀装置170以及温度测量点180的控制概念的示例关于面板134如下所述处于级N和N-1。可利用阀装置170的阀-2(ACV2)中的一个来在面板134(在级N处)的出口端口136(TE5)处将熔盐的温度控制到预设温度值，这通过在多个温度测量点180中的一个，诸如温度测量点-2(AT2)处控制熔盐温度(TE4)来实现。类似地，可利用阀装置170的其他阀-1(ACV1)中的一个来在多个温度测量点180中的一个处将熔盐的温度控制到预设温度值，诸如温度差AT2(ΔT2)可通过在面板134(在级N-1)处的测量点-1(AT1)的出口处控制熔盐温度(TE3)来实现。偏差随温度差AT2(ΔT2)变化，其可设计成使得控制阀装置170在长期可落回预定最小可控位置处。
以类似方式，如在图3中所示，还可利用控制逻辑装置160、阀装置170以及多个温度测量点180，用于关于太阳能接收器装置130的两个分支在第一分支的级AN和A(N-1)处、以及在第二分支的级BN和B(N-1)处控制熔盐温度。本文中为了简洁起见，已经排除了其解释。类似于示出了太阳能接收器装置130的一个和两个分支的图2和3，通过如这种重新布置所要求地重新布置控制逻辑装置160、阀装置170以及多个温度测量点180，考虑执行本公开用于多于两个分支的太阳能接收器装置130。
在另一实施例中，系统100还可包括控制器单元190，如在图1中所示，其可构造到第一和第二回路140、150。控制器单元190可构造成电控制且平衡提供到太阳能接收器130的太阳能且还控制相对冷的熔盐从第二回路150到第一回路140的流动，以便阻止相对热的熔盐温度超过预设温度值。在一个额外实施例中，控制单元190可独立工作以将熔盐温度控制为维持在预定温度值，或可结合系统100工作以控制熔盐温度。
本公开的发明在各种方面是有利的。这提供了控制太阳能接收器中的熔盐温度，尤其在太阳能接收器的出口处，以将该温度维持在550℃到600℃之间，能够以有效且经济的方式实现相对热的熔盐温度的相对更迅速的响应以及因此改进的控制性能。本公开的各种其他优点和特征从上述详细描述和所附权利要求中显而易见。
为了说明和描述的目的，已经示出了本公开的具体实施例的前述描述。其不旨在是穷举的或将本公开限制成所公开的精确形式，且显而易见，鉴于上述教导，许多修改和变型是可能的。选择和描述该实施例以便最佳地解释本公开的原理和其实际应用，从而使得本领域其他技术人员能够通过适于所预期的特定用途的各种修改最佳地利用本公开和各种实施例。应当理解，考虑等价物的各种省略和替换预期作为可暗示或提供方法的情形，但是在不脱离本公开的权利要求书的精神或范围的情况下，其旨在涵盖应用或实施。

Claims (7)

1.一种熔盐太阳能塔系统，其用于捕获太阳能以及控制熔盐温度，所述熔盐太阳能塔系统包括：
适于存储熔盐的第一存储罐和第二存储罐，其中，所述第一存储罐构造成存储相对冷的熔盐，且所述第二存储罐构造成存储处于预设温度值的相对热的熔盐；
太阳能接收器装置，其构造成从太阳能源接收太阳能，所述太阳能接收器装置具有入口端口、从面板1到面板N的多个面板以及出口端口，用于使得所述熔盐能够从所述太阳能接收器装置流动；
第一回路，其构造成从所述第一存储罐将所述相对冷的熔盐供应到所述太阳能接收器装置，以使得所述相对冷的熔盐能够加热直至产生处于所述预设温度值的相对热的熔盐，且从所述太阳能接收器装置将所述相对热的熔盐以所述预设温度值供应到所述第二存储罐；
第二回路，其构造成当循环通过所述太阳能接收器装置的所述相对热的熔盐的温度超过所述预设温度值时，在所述第一回路中，至少在所述出口端口处以及至少在所述多个面板之间的一个位置处供应预定量的所述相对冷的熔盐，以便维持从所述太阳能接收器装置的所述出口端口离开的所述相对热的熔盐处于所述预设温度值，用于存储在所述第二存储罐中；以及在所述第一回路中的多个温度测量点，用于测量流动经过太阳能接收器装置的所述熔盐的温度，其中：
第一温度测量点，其设置在面板N的出口处用于测量在所述出口端口处的所述相对热的熔盐的温度；
第二温度测量点，其设置在面板N的入口处；
第三温度测量点，其设置在面板N-1的出口处并在第二温度测量点的上游；
来自第二回路的相对冷的熔盐的供应，其设置在面板N-1的出口和第二温度测量点之间；以及
通过以下项来将第一温度测量点维持成所述相对热的熔盐的所述预设温度值：(1)通过管理来自第二回路的所述相对冷的熔盐的供应，控制在第二温度测量点的相对热的熔盐的温度，以及(2)控制跨过第三温度测量点的温度差。
2.根据权利要求1所述的熔盐太阳能塔系统，其特征在于，还包括控制逻辑装置，其构造到第一回路和第二回路中，其中，所述控制逻辑装置基于所述相对热的熔盐的温度值超过所述预设温度值而使得来自所述第二回路的所述相对冷的熔盐在所述位置处流入所述第一回路，以维持离开所述太阳能接收器装置的所述相对热的熔盐处于所述预设温度值。
3.根据权利要求2所述的熔盐太阳能塔系统，其特征在于，从所述第二回路到所述第一回路的所述相对冷的熔盐的流动经由阀装置控制，其中，所述阀装置通过所述控制逻辑装置电控制。
4.根据权利要求1所述的熔盐太阳能塔系统，其特征在于，还包括：控制器单元，其构造到所述第一回路和第二回路中，其中，所述控制器单元构造成电控制以及平衡，
提供到所述太阳能接收器装置的太阳能，以及
从所述第二回路到所述第一回路的所述相对冷的熔盐的流动，以便阻止所述相对热的熔盐温度超过所述预设温度值。
5.一种用于控制在熔盐太阳能塔系统中的熔盐的温度的方法，所述方法包括：
在太阳能接收器装置中加热相对冷的熔盐，以获得加热到预设温度值的相对热的熔盐，所述太阳能接收器装置具有入口端口、从面板1到面板N的多个面板以及出口端口；以及
当循环通过所述太阳能接收器装置的所述相对热的熔盐的温度超过所述相对热的熔盐的所述预设温度值时，至少在所述出口端口处且至少在所述多个面板之间的一个位置处，供应预定量的所述相对冷的熔盐，以便维持从所述太阳能接收器装置的所述出口端口离开的用于存储以用于发电的所述相对热的熔盐的所述预设温度值；
在设置在所述出口端口处的第一温度测量点的上游供应相对冷的熔盐，以通过如下项将所述出口端口处所述相对热的熔盐的温度控制在预设温度值：(1)通过管理设置在所述面板N-1的出口与位于面板N的入口处的第二温度测量点之间的来自第二回路的所述相对冷的熔盐的供应，控制所述第二温度测量点的相对热的熔盐的温度，以及(2)控制跨过设置在面板N-1的出口处并在第二温度测量点的上游的第三温度测量点的温度差。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：电控制以及检查预定量的所述相对冷的熔盐的供应，以便维持从所述太阳能接收器装置的所述出口端口离开的所述相对热的熔盐的所述预设温度值。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括电控制和平衡，
提供到所述太阳能接收器装置的太阳能，以及
在所述太阳能接收器装置中的所述相对冷的熔盐的流动，以便阻止所述相对热的熔盐温度超过所述预设温度值。
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