CN115698603A - 具有可选的补充燃料生产的聚光太阳能收集、热存储和动力生成系统及方法 - Google Patents

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Abstract

总体上描述了与聚光太阳能组合加热和动力生成相关的系统；太阳能加热；工业热驱动的动力生成；热存储系统和热交换器以及因此的动力生成系统，包括具有可选的补充燃料生产的上述中的任一种；以及相关联的方法。

Description

具有可选的补充燃料生产的聚光太阳能收集、热存储和动力 生成系统及方法
技术领域
总体上描述了与具有可选的补充燃料生产的聚光太阳能组合加热和/或动力生成相关的系统及相关联的方法。
背景技术
对温室气体对全球气候影响的日益关注激励了集中于限制温室气体排放的研究。太阳能加热和动力生成尤其有吸引力，因为当太阳辐射转化为热能时，基本上不产生温室气体。
使用太阳能接收器的聚光太阳能动力生成(CSP)在本领域中是已知的。简言之，聚光太阳能动力生成系统使用透镜、镜或其他元件将入射在相对大的区域上的阳光聚焦在被称为太阳能接收器的小区域上。聚集的阳光可以用于加热太阳能接收器内的流体。然后，在太阳能接收器内加热的流体可以用于驱动涡轮机以产生动力。用于太阳能动力生成和CSP的当前系统通常缺乏在没有阳光照射的情况下(例如，在夜间操作期间)提供持续且可靠的动力生成的能力，以及/或者缺乏产生用于在与动力生成不同的应用或除了动力生成之外的应用中使用的能量的灵活性。此外，太阳能动力生成和CSP系统还缺乏在输入侧利用非太阳能热能源的能力，这些非太阳能热能源否则可能不被利用。因此，类似下面描述的那些的进步将是有益的。
发明内容
总体上描述了与具有可选的补充燃料生产的聚光太阳能组合加热和/或动力生成相关的系统以及相关联的方法。
根据某些实施方式，描述了聚光太阳能组合加热和动力生成系统。在一些实施方式中，聚光太阳能组合加热和动力生成系统包括太阳能接收器，该太阳能接收器包括：流体腔室，其包括流体入口、流体出口和用于接收聚集的太阳辐射的开口；容纳在流体腔室内的太阳能吸收器；以及透明物体，其限定流体腔室的壁的至少一部分；其中，通过所述开口接收的聚集的太阳辐射穿过透明物体进入流体腔室中，并且照射在太阳能吸收器上以产生加热的第一流体，所述加热的第一流体具有小于2个大气压的第一压力。在一些实施方式中，聚光太阳能组合加热和动力生成系统包括：热存储单元，其包括容器，该容器在其中包含热存储介质并且具有流体入口和流体出口，该流体入口与太阳能接收器的流体腔室的流体出口阀式流体连通。在某些实施方式中，聚光太阳能组合加热和动力生成系统包括动力生成系统，该动力生成系统包括：热交换系统，其至少包括第一热交换单元，该热交换系统定位在太阳能接收器和热存储单元的下游并且具有与太阳能接收器的流体腔室的流体出口阀式流体连通并且与热存储单元的流体出口阀式流体连通的入口，使得热交换系统能够选择性地从太阳能接收器的流体腔室和热存储单元中的任一者或两者接收加热的第一流体；该热交换系统被配置成将来自加热的第一流体的热传递至第二流体以产生加热的第二流体，所述加热的第二流体具有第二压力，该第二压力大于第一压力；以及燃气涡轮机，其与热交换系统的出口流体连通并且在热交换器系统的出口的下游，该燃气涡轮机被配置成在燃气涡轮机入口处接收加热的第二流体并且通过所述加热的第二流体产生动力。在某些实施方式中，聚光太阳能组合加热和动力生成系统包括：加热流体分流出口导管，其用于将加热的第一流体的至少一部分从动力生成系统分流，该出口导管具有与太阳能接收器的流体腔室的流体出口和热存储单元阀式流体连通的入口，并且定位在热交换系统的入口和热存储单元的入口的上游。
在一些实施方式中，聚光太阳能组合加热和动力生成系统包括太阳能接收器，该太阳能接收器包括：流体腔室，其包括流体入口、流体出口和用于接收聚集的太阳辐射的开口；容纳在流体腔室内的太阳能吸收器；以及透明物体，其限定流体腔室的壁的至少一部分；其中，通过所述开口接收的聚集的太阳辐射穿过透明物体进入流体腔室中，并且照射在太阳能吸收器上以产生加热的第一流体，所述加热的第一流体具有小于2个大气压的第一压力。在一些实施方式中，聚光太阳能组合加热和动力生成系统包括：热存储单元，其包括容器，该容器在其中包含热存储介质并且具有流体入口和流体出口，该流体入口与太阳能接收器的流体腔室的流体出口阀式流体连通。在一些实施方式中，聚光太阳能组合加热和动力生成系统包括动力生成系统，该动力生成系统包括：热交换系统，其至少包括第一热交换单元，该热交换系统定位在太阳能接收器和热存储单元的下游并且具有与太阳能接收器的流体腔室的流体出口阀式流体连通并且与热存储单元的流体出口阀式流体连通的入口，使得热交换系统能够选择性地从太阳能接收器的流体腔室和热存储单元中的任一者或两者接收加热的第一流体；该热交换系统被配置成将来自加热的第一流体的热传递至第二流体以产生加热的第二流体，所述加热的第二流体具有第二压力，该第二压力大于第一压力；以及燃气涡轮机，其与热交换系统的出口流体连通并且在热交换器系统的出口的下游，该燃气涡轮机被配置成在燃气涡轮机入口处接收加热的第二流体并且通过所述加热的第二流体产生动力。根据一些实施方式，聚光太阳能组合加热和动力生成系统包括：燃料燃烧单元，其定位在热交换系统的上游、与热交换系统、太阳能接收器的流体腔室和热存储单元流体连通，并且被配置成在加热的第一流体被引入热交换系统之前对加热的第一流体进一步加热以及/或者独立地向热交换系统提供用于驱动燃气涡轮机的足够量的加热的第一流体。
在一些实施方式中，描述了组合加热和动力生成系统。在一些实施方式中，组合加热和动力生成系统包括加热流体的工业源，该加热流体在大于或等于200℃与小于或等于2000℃之间并且在小于或等于2个大气压的压力下。在某些实施方式中，组合加热和动力生成系统包括：热存储单元，其包括容器，该容器在其中包含热存储介质并且具有流体入口和流体出口，该流体入口与加热流体的工业源的流体出口阀式流体连通。根据一些实施方式，组合加热和动力生成系统包括动力生成系统，该动力生成系统包括：热交换系统，其至少包括第一热交换单元，该热交换系统定位在加热流体的工业源和热存储单元的下游并且具有与加热流体的工业源的流体出口阀式流体连通并且与热存储单元的流体出口阀式流体连通的入口，使得热交换系统能够选择性地从加热流体的工业源和热存储单元中的任一者或两者接收加热流体；该热交换系统被配置成将来自加热流体的热传递至第二流体以产生加热的第二流体，所述加热的第二流体具有第二压力，该第二压力大于第一压力；以及燃气涡轮机，其与热交换系统的出口流体连通并且在热交换器系统的出口的下游，该燃气涡轮机被配置成在燃气涡轮机入口处接收加热的第二流体并且通过所述加热的第二流体产生动力。在某些实施方式中，组合加热和动力生成系统包括：加热流体分流出口导管，其用于将加热的第一流体的至少一部分从动力生成系统分流，该出口导管具有与加热流体的工业源的流体出口和热存储单元阀式流体连通的入口，并且定位在热交换系统的入口和热存储单元的入口的上游。
在某些实施方式中，组合加热和动力生成系统包括加热流体的工业源，该加热流体在大于或等于200℃与小于或等于2000℃之间并且在小于或等于2个大气压的压力下。在一些实施方式中，组合加热和动力生成系统：热存储单元，其包括容器，该容器在其中包含热存储介质并且具有流体入口和流体出口，该流体入口与加热流体的工业源的流体出口阀式流体连通。根据一些实施方式，组合加热和动力生成系统包括动力生成系统，该动力生成系统包括：热交换系统，其至少包括第一热交换单元，该热交换系统定位在加热流体的工业源和热存储单元的下游并且具有与加热流体的工业源的流体出口阀式流体连通并且与热存储单元的流体出口阀式流体连通的入口，使得热交换系统能够选择性地从加热流体的工业源和热存储单元中的任一者或两者接收加热流体；该热交换系统被配置成将来自加热流体的热传递至第二流体以产生加热的第二流体，所述加热的第二流体具有第二压力，该第二压力大于第一压力；以及燃气涡轮机，其与热交换系统的出口流体连通并且在热交换器系统的出口的下游，该燃气涡轮机被配置成在燃气涡轮机入口处接收加热的第二流体并且通过所述加热的第二流体产生动力。在某些实施方式中，组合加热和动力生成系统包括：燃料燃烧单元，其定位在热交换系统的上游、与热交换系统、加热流体的工业源和热存储单元流体连通，并且被配置成在加热流体被引入热交换系统之前对加热流体进一步加热以及/或者独立地向热交换系统提供用于驱动燃气涡轮机的足够量的加热流体。
根据某些实施方式，描述了利用聚光太阳能接收器选择性地产生动力或热的方法。在一些实施方式中，该方法包括：使具有小于2个大气压的压力的流体流动通过聚光太阳能接收器以产生加热流体；选择性地使加热流体流动至下述中的至少一个：动力生成系统，其包括热交换器，该热交换器被配置成将来自加热流体的热传递至第二加压的流体，所述第二加压的流体被馈送至燃气涡轮机以产生动力；热存储单元，其被配置成存储从加热流体得到的热；以及加热流体分流出口导管，其定位在动力生成系统的上游并且被配置成为工业处理提供热；其中，动力生成系统、热存储单元和加热流体分流出口导管中的每一个流体地连接至太阳能接收器。
在一些实施方式中，描述了具有热存储的聚光太阳能组合加热系统。在一些实施方式中，具有热存储的聚光太阳能组合加热系统包括太阳能接收器，该太阳能接收器包括：流体腔室，其包括流体入口、流体出口和用于接收聚集的太阳辐射的开口；容纳在流体腔室内的太阳能吸收器；以及透明物体，其限定流体腔室的壁的至少一部分；其中，通过所述开口接收的聚集的太阳辐射穿过透明物体进入流体腔室中，并且照射在太阳能吸收器上以产生加热的第一流体，所述加热的第一流体具有小于2个大气压的第一压力。根据某些实施方式，具有热存储的聚光太阳能组合加热系统包括：热存储单元，其包括容器，该容器在其中包含热存储介质并且具有流体入口和流体出口，该流体入口与太阳能接收器的流体腔室的流体出口阀式流体连通。在一些实施方式中，具有热存储的聚光太阳能组合加热系统包括：热交换系统，其至少包括第一热交换单元，该热交换系统定位在太阳能接收器和热存储单元的下游并且具有与太阳能接收器的流体腔室的流体出口阀式流体连通并且与热存储单元的流体出口阀式流体连通的入口，使得热交换系统能够选择性地从太阳能接收器的流体腔室和热存储单元中的任一者或两者接收加热的第一流体；该热交换系统被配置成将来自加热的第一流体的热传递至第二流体以产生加热的第二流体，其中，加热的第二流体用于向工业处理单元供应热或用于空间加热目的，并且其中，工业处理单元不含任何燃气涡轮机并且不用于产生电力。
在某些实施方式中，描述了用于向工业处理单元提供热的热供应和存储系统。在一些实施方式中，用于向工业处理单元提供热的热供应和存储系统包括加热流体的工业源，该加热流体在大于或等于200℃与小于或等于2000℃之间并且在小于或等于2个大气压的压力下。根据某些实施方式，用于向工业处理单元提供热的热供应和存储系统包括：热存储单元，其包括容器，该容器在其中包含热存储介质并且具有流体入口和流体出口，该流体入口与加热流体的工业源的流体出口阀式流体连通。在一些实施方式中，用于向工业处理单元提供热的热供应和存储系统包括：热交换系统，其至少包括第一热交换单元，该热交换系统定位在加热流体的工业源和热存储单元的下游并且具有与加热流体的工业源的流体出口阀式流体连通并且与热存储单元的流体出口阀式流体连通的入口，使得热交换系统能够选择性地从加热流体的工业源和热存储单元中的任一者或两者接收加热流体，该热交换系统被配置成将来自加热流体的热传递至第二流体以产生加热的第二流体，其中，所述加热的第二流体用于向工业处理单元供应热或用于空间加热目的；并且其中，工业处理单元不含任何燃气涡轮机并且不用于产生电力。
根据某些实施方式，描述了聚光太阳能组合加热和动力生成系统。在一些实施方式中，聚光太阳能组合加热和动力生成系统包括太阳能接收器，该太阳能接收器包括：流体腔室，其包括流体入口、流体出口和用于接收聚集的太阳辐射的开口；容纳在流体腔室内的太阳能吸收器；以及透明物体，其限定流体腔室的壁的至少一部分；其中，通过所述开口接收的聚集的太阳辐射穿过透明物体进入流体腔室中，并且照射在太阳能吸收器上以产生加热的第一流体，所述加热的第一流体具有小于2个大气压的第一压力。在某些实施方式中，聚光太阳能组合加热和动力生成系统包括：热存储单元，其包括容器，该容器在其中包含热存储介质并且具有流体入口和流体出口，该流体入口与太阳能接收器的流体腔室的流体出口阀式流体连通。在一些实施方式中，聚光太阳能组合加热和动力生成系统包括：燃料燃烧单元，其定位在热交换系统的上游、与热交换系统、太阳能接收器的流体腔室和热存储单元流体连通，并且被配置成在加热的第一流体被引入热交换系统之前对加热的第一流体进一步加热以及/或者独立地向热交换系统提供用于驱动燃气涡轮机的足够量的加热的第一流体。根据某些实施方式，聚光太阳能组合加热和动力生成系统包括动力生成系统，该动力生成系统包括：热交换系统，其至少包括第一热交换单元，该热交换系统定位在太阳能接收器和热存储单元的下游并且具有与太阳能接收器的流体腔室的流体出口阀式流体连通并且与热存储单元的流体出口阀式流体连通的入口，使得热交换系统能够选择性地从太阳能接收器的流体腔室和热存储单元中的任一者或两者接收加热的第一流体；该热交换系统被配置成将来自加热的第一流体的热传递至第二流体以产生加热的第二流体，所述加热的第二流体具有第二压力，该第二压力大于第一压力；燃气涡轮机，其与热交换系统的出口流体连通并且在热交换器系统的出口的下游，该燃气涡轮机被配置成在燃气涡轮机入口处接收加热的第二流体并且通过所述加热的第二流体产生动力，经由发电机发电；以及燃料能量系统，其定位在热交换系统的下游并且具有与热交换器系统的第二出口阀式流体连通的入口，该燃料能量系统被配置成接收下述中的一个或更多个：来自热交换系统的加热的第一流体；以及/或者由发电机产生的电力，其中，该燃料能量系统产生下述中的一个或更多个：适合于由燃料燃烧单元燃烧的可燃燃料；电力；以及/或者适合于驱动燃气涡轮机的加压工作流体。
在一些实施方式中，描述了组合加热和动力生成系统。在一些实施方式中，组合加热和动力生成系统包括加热流体的工业源，该加热流体在大于或等于200℃与小于或等于2000℃之间并且在小于或等于2个大气压的压力下。在某些实施方式中，组合加热和动力生成系统包括：热存储单元，其包括容器，该容器在其中包含热存储介质并且具有流体入口和流体出口，该流体入口与加热流体的工业源的流体出口阀式流体连通。根据一些实施方式，组合加热和动力生成系统包括：燃料燃烧单元，其定位在热交换系统的上游、与热交换系统、加热流体的工业源和热存储单元流体连通，并且被配置成在加热流体被引入热交换系统之前对加热流体进一步加热以及/或者独立地向热交换系统提供用于驱动燃气涡轮机的足够量的加热流体。在某些实施方式中，组合加热和动力生成系统包括动力生成系统，该动力生成系统包括：热交换系统，其至少包括第一热交换单元，该热交换系统定位在加热流体的工业源和热存储单元的下游并且具有与加热流体的工业源的流体出口阀式流体连通并且与热存储单元的流体出口阀式流体连通的入口，使得热交换系统能够选择性地从加热流体的工业源和热存储单元中的任一者或两者接收加热流体；该热交换系统被配置成将来自加热流体的热传递至第二流体以产生加热的第二流体，所述加热的第二流体具有第二压力，该第二压力大于第一压力；燃气涡轮机，其与热交换系统的出口流体连通并且在热交换器系统的出口的下游，该燃气涡轮机被配置成在燃气涡轮机入口处接收加热的第二流体并且通过所述加热的第二流体产生动力，经由发电机发电；以及燃料能量系统，其定位在热交换系统的下游并且具有与热交换器系统的第二出口阀式流体连通的入口，该燃料能量系统被配置成接收下述中的一个或更多个：来自热交换系统的加热的第一流体；以及/或者由发电机产生的电力，其中，该燃料能量系统产生下述中的一个或更多个：适合于由燃料燃烧单元燃烧的可燃燃料；电力；以及/或者适合于驱动燃气涡轮机的加压工作流体。
在某些实施方式中，描述了能够通过在700℃与1300℃之间或在700℃与1800℃之间并且在小于或等于2个大气压的第一压力下的加热流体的工业源产生动力的动力生成系统。在一些实施方式中，该动力生成系统包括：热交换系统，其至少包括串联配置的第一热交换单元和第二热交换单元，该热交换系统定位在太阳能接收器和/或加热流体的工业源的下游并且具有与太阳能接收器和/或加热流体的工业源的流体出口阀式流体连通的入口，其中，该热交换系统被配置成将来自加热流体的热传递至第二流体以产生加热的第二流体。在某些实施方式中，该动力生成系统包括：燃气涡轮机，其与热交换系统的出口流体连通并且在热交换器系统的出口的下游，该燃气涡轮机被配置成在燃气涡轮机入口处接收加热的第二流体并且通过所述加热的第二流体产生动力。
根据某些实施方式，能够通过太阳能接收器和/或高达1700℃、或者高达1800℃以及在某些情况下高达2000℃并且在小于或等于2个大气压的第一压力下的加热流体的工业源产生动力的动力生成系统包括：热交换系统，其至少包括串联配置的第一热交换单元和第二热交换单元，该热交换系统定位在太阳能接收器和/或加热流体的工业源的下游并且具有与太阳能接收器和/或加热流体的工业源的流体出口阀式流体连通的入口，其中，该热交换系统被配置成将来自加热流体的热传递至第二流体以产生加热的第二流体。在某些实施方式中，该动力生成系统包括：燃气涡轮机，其与热交换系统的出口流体连通并且在热交换器系统的出口的下游，该燃气涡轮机被配置成在燃气涡轮机入口处接收加热的第二流体并且通过所述加热的第二流体产生动力。
在结合附图考虑时，本发明的其他优点和新颖特征将根据以下对本发明的各种非限制性实施方式的详细描述而变得明显。在本说明书和通过引用并入的文献包括冲突和/或不一致的公开内容的情况下，以本说明书为准。如果通过引用并入的两个或更多个文件包括相对于彼此冲突和/或不一致的公开内容，则以生效日期较近的文件为准。
附图说明
将参照附图通过示例的方式描述本发明的非限制性实施方式，所述附图是示意性的并且不旨在按比例绘制。在附图中，示出的每个相同或几乎相同的部件通常由单个附图标记表示。为了清楚起见，在不需要图示以使本领域普通技术人员理解本发明的地方，没有在每个附图中标记每个部件，也未示出本发明的每个实施方式中的每个部件。在附图中：
图1A示出了根据某些实施方式的用于热能生产和动力生成两者的聚光太阳能组合加热和动力生成系统的阳光操作的示意图；
图1B示出了根据某些实施方式的仅用于热能生产的聚光太阳能组合加热和动力生成系统的阳光操作的示意图；
图1C示出了根据某些实施方式的仅用于动力生成的聚光太阳能组合热能生产和动力生成系统的阳光操作的示意图；
图2A示出了根据某些实施方式的用于热能生产和动力生成两者的聚光太阳能组合热能生产和动力生成系统的存储操作的示意图；
图2B示出了根据某些实施方式的仅用于热能生产的聚光太阳能组合热能生产和动力生成系统的存储操作的示意图；
图2C示出了根据某些实施方式的仅用于动力生成的聚光太阳能组合热能生产和动力生成系统的存储操作的示意图；
图3示出了根据某些实施方式的用于热能生产和动力生成的聚光太阳能组合热能生产和动力生成系统的燃料操作的示意图；
图4A示出了根据某些实施方式的聚光太阳能加热系统的阳光操作的示意图；
图4B示出了根据某些实施方式的聚光太阳能加热系统的存储操作的示意图；
图5A示出了根据某些实施方式的用于热能生产和动力生成的废热利用和存储系统的操作的示意图；
图5B示出了根据某些实施方式的用于热能生产和动力生成的废热利用和存储系统的存储操作的示意图；
图6示出了根据某些实施方式的太阳能接收器的示意图；
图7A至图7B示出了根据某些实施方式的可以形成一些实施方式的太阳能接收器的分段窗的多个透明物体的示意图；
图8A示出了根据某些实施方式的具有用于补充燃料生产的燃料能量系统的聚光太阳能组合加热和动力生成系统的阳光操作的示意图；
图8B示出了根据某些实施方式的具有用于补充燃料生产的燃料能量系统的废热利用和存储系统的操作的示意图；
图9示出了根据某些实施方式的用于动力生成的热(例如，废热或其他非太阳能热源)利用系统的操作的示意图；以及
图10示出了根据某些实施方式的描绘双热交换器阵列的示意图。
具体实施方式
总体上描述了与聚光太阳能组合热能产生和动力生成相关的系统以及相关联的方法。在一些实施方式中，聚光太阳能组合热能产生和动力生成系统包括被配置成加热处于相对低压(例如，小于或等于2个大气压)下的流体的太阳能接收器。在某些这样的实施方式中，如下面进一步的细节以及在2011年9月16日提交的题为“Concentrated Solar PowerGeneration Using Solar Receivers”的国际专利申请序列号PCT/US2011/052051和2012年3月21日提交的题为“Multi-Thermal Storage Unit Systems,Fluid Flow ControlDevices,and Low Pressure Solar Receivers for Solar Power Systems and RelatedComponents and Uses Thereof”的国际专利申请序列号PCT/US2013/031627中描述的，被加热的工作流体是环境空气，并且动力生成利用布雷顿热力学循环系统，上述两个国际专利申请的全部内容通过引用并入本文。可替选地，加热流体的工业源(例如，诸如来自烟道气烟囱的热空气或燃烧气体)可以代替太阳能接收器使用或除了太阳能接收器之外使用/与太阳能接收器并行使用，以提供在动力生成/热能产生系统中使用的相对低压的加热流体。然后可以将低压加热流体选择性地(例如，从太阳能接收器或加热流体的工业源)传输至热存储系统、热交换系统、动力生成系统和/或加热流体分流出口导管。
热存储系统可以用于存储来自低压加热流体的显热，其可以在很少阳光或没有阳光的时段期间例如在阴天或夜间操作期间使用。热存储系统可以例如通过除了由太阳能接收器和/或加热流体的工业源提供的热之外或代替由太阳能接收器和/或加热流体的工业源提供的热向低压工作流体提供热而对于在很少阳光或没有阳光的时段期间例如在夜间操作期间操作功率循环是有用的。
热交换系统可以用于将热从低压加热工作流体传递至压缩高压流体，该压缩高压流体然后可以用于驱动作为例如布雷顿循环的一部分的涡轮机(例如，燃气涡轮机)。在一些方面，由涡轮机产生的电力可以用于例如添加至配电网和/或为工业处理单元例如脱盐系统供电。此外，在一些情况下可以被再循环并且用作(或补充)低压加热流体的燃气涡轮机的排气可以被选择性地传输至热存储系统和/或太阳能接收器。本文中描述的某些实施方式可以利用热交换单元来提供高压或低压加热流体，用于工业或居住空间加热或需要热能而不包括动力生成系统的其他目的。
甚至在具有动力生成能力的某些系统中，为了增加灵活性和实用性，提供了加热分流出口导管，该加热分流出口导管可以被配置成使得(例如，来自太阳能接收器或热存储单元的)低压加热流体的至少一部分可以从动力生成系统(例如，热交换系统和涡轮机)分流。分流的加热流体可以用于为一般空间加热目的提供热和/或为工业过程提供热。
本文中描述的系统还可以利用燃料燃烧式燃烧单元，该燃料燃烧式燃烧单元被配置成用于在将该加热的第一流体引入该热交换系统之前进一步加热(例如，增压)该低压加热流体以用于动力生成或热能产生。为了提高系统的总体效率，还可以使用补充入口导管来将(例如，如上所述的来自工业处理单元和/或涡轮机排气的)补充和/或再循环流体引入系统中。在一些情况下，补充入口导管可以被配置成向系统提供附加的环境空气，这对于例如调节通过该系统的流体的流动可能是有用的。
一些实施方式可以与太阳能塔系统(也称为中央塔太阳能动力站或定日镜太阳能动力站)配合使用。在某些实施方式中，这样的系统包括多个定日镜，所述多个定日镜被布置成将阳光重定向至收集器塔(有时称为中央塔)的顶部，一个或更多个太阳能接收器被安装在该收集器塔上。在一些实施方式中，用于动力生成的燃气涡轮机和/或压缩机可以与太阳能接收器一起安装在太阳能塔的顶部或者以其他方式安装在太阳能塔内或附近并且可操作地与太阳能塔相关联。在某些实施方式中，诸如热存储系统的其他部件也可以安装在塔的顶部，或者安装在塔的其他部分内，或者可操作地与塔相关联。在一些实施方式中，提供了用于调整该太阳能接收器相对于地面以及相对于安装在地面上的定日镜的角度。在某些实施方式中，可以基于塔高度、定日镜场尺寸和/或形状、和/或纬度来调整该角度。
太阳能接收器
在某些实施方式中，本文中描述的太阳能接收器还在2011年9月16日提交的题为“Concentrated Solar Power Generation Using Solar Receivers”的国际专利申请序列号PCT/US2011/052051和2012年3月21日提交的题为“Multi-Thermal Storage UnitSystems,Fluid Flow Control Devices,and Low Pressure Solar Receivers for SolarPower Systems and Related Components and Uses Thereof”的国际专利申请序列号PCT/US2013/031627中进行了描述，上述两个国际专利申请的全部内容如上所述地通过引用并入本文。在一些实施方式中，提供了一种太阳能接收器(例如，低压太阳能接收器)，该太阳能接收器可以与在本文中公开的系统和方法结合使用。太阳能接收器至少部分地用于将太阳辐射能量转换成工作流体(例如，系统的工作流体)的热能。在某些实施方式中，太阳能接收器包括流体腔室(例如，低压流体腔室)。在一些实施方式中，太阳能接收器包括容纳在流体腔室内的太阳能吸收器。在一些实施方式中，该流体腔室至少部分地被设计和构造成提供隔热外壳，该隔热外壳用于减少或消除该太阳能接收器的热损失，用于容纳工作流体(例如，低压工作流体)，以及/或者用于为太阳能吸收器提供支撑结构。根据一些实施方式，流体腔室包括流体入口、流体出口和用于接收聚光太阳辐射的开口。
根据某些实施方式，太阳能接收器包括一个或更多个透明物体(例如，单独地或一起形成窗口)。在一些实施方式中，透明物体限定流体腔室的壁的至少一部分，该壁可以是最外壁。例如，在一些实施方式中，透明物体可以定位成与用于接收太阳辐射的开口相邻。透明物体至少部分地用于容纳工作流体(例如，低压工作流体)，以允许太阳辐射进入太阳能接收器(其中辐射照射在太阳能吸收器上)并且消除或减少与来自太阳能吸收器的再辐射相关联的热损耗。在一些情况下，如下所述，为了降低制造和/或构造成本以及/或者提供用于在太阳能接收器的流体腔室与周围环境之间提供流体连通以维持环境或接近环境的操作压力的流体间隙，窗口可以由多个相邻的透明物体分段和形成，在分段之间的间隙不是流体压力密封的。
在一些实施方式中，提供了次级聚光器。该次级聚光器可以至少部分地提供用于收集来自主聚光器(例如，定日镜场)的聚光太阳辐射并且将太阳辐射引导至该流体腔室的开口中的机构。次级聚光器可以提高太阳能接收器的太阳能收集效率。在一些实施方式中，第二聚光器由多个反射面板构成，每个反射面板通常具有反射表面和预定形状。多个反射面板通常布置成便于入射太阳辐射朝向接收器开口反射的构造。在某些实施方式中，次级聚光器包括冷却管，该冷却管部分地用于将冷却流体递送至每个反射面板内的冷却通道以及递送来自每个反射面板内的冷却通道的冷却流体。
如上所述，在一些实施方式中，太阳能接收器被设计和配置成在环境或低压(例如，小于或等于2个大气压、小于或等于1个大气压、在约1个大气压的绝对压力下)下操作。因此，低压部件(例如，太阳能接收器、流体腔室、太阳能吸收器等)可以使用比经受更高压力的太阳能接收器通常所需的更少的材料和更少的设计约束来构造，同时制造相对便宜并且操作相对安全。此外，与其中大窗口在高压下可能破裂的加压系统相比，低压设计能够使用相对大(例如，直径为1米至5米)的透明物体，该透明物体能够实现高太阳能收集能力。因此，根据一些实施方式，低压太阳能接收器具有比当前可用的太阳能接收器更低的生产成本和显著更大的收集能力。
图1A至图1C示出了根据某些实施方式的示例性的聚光太阳能组合加热和动力生成系统的示意图。图中的流体流通常可以分成包含工作流体的活动流(图中以实线示出，例如诸如图1B中的流16和18)和封闭流，在所示出(图中以虚线示出，例如诸如图2A中的流28、29和32)的操作阶段期间基本上没有工作流体通过该封闭流输送。
产生加热流体的聚光太阳辐射
图1A示出了被配置用于热和电的白天太阳能操作的示例性组合动力生成和热能产生系统。参照图1A，系统10包括太阳能接收器14，其被构造和布置成使得太阳能接收器的至少一部分(例如图1A至图1C中的窗口13)暴露于入射太阳辐射12。在一些实施方式中，例如从一个或更多个反射器或定日镜接收聚光太阳辐射，聚光太阳辐射穿过窗口并且进入太阳能接收器的流体腔室中。在某些实施方式中，该聚光太阳辐射穿过窗口13进入该流体腔室并且照射在该流体腔室内的太阳能吸收器上。来自入射的太阳辐射的能量可以用于加热太阳能接收器内的流体以产生加热流体(加热的第一流体)。在某些实施方式中，由太阳能接收器加热的工作流体是空气。
根据一些实施方式，来自太阳能接收器的加热流体可以具有多种合适的温度中的任意一种。例如，在一些实施方式中，来自太阳能接收器的加热流体可以具有大于或等于200℃、大于或等于300℃、大于或等于400℃、大于或等于500℃、大于或等于600℃、大于或等于700℃、大于或等于800℃、大于或等于900℃、大于或等于1000℃、大于或等于1100℃、大于或等于1200℃、大于或等于1300℃、或大于或等于1400℃、大于或等于1500℃、大于或等于1600℃、大于或等于1700℃、大于或等于1800℃、或大于或等于1900℃的温度。在一些实施方式中，来自太阳能接收器的加热流体具有小于或等于2000℃、小于或等于1900℃、小于或等于1800℃、小于或等于1700℃、小于或等于1600℃、小于或等于1500℃、小于或等于1400℃、小于或等于1300℃、小于或等于1200℃、小于或等于1100℃、小于或等于1000℃、小于或等于900℃、小于或等于800℃、小于或等于700℃、小于或等于600℃、小于或等于500℃、小于或等于400℃、或小于或等于300℃的温度。上述范围的组合也是可能的(例如，来自太阳能接收器的加热流体具有大于或等于200℃且小于或等于2000℃的温度，来自工业源的加热流体具有大于或等于800℃且小于或等于1000℃的温度)。其他范围也是可能的。在某些实施方式中，来自太阳能接收器的加热流体可以具有大于1800℃的温度，例如2000℃或更高。在一些这样的实施方式中，或在加热流体的温度超过在本文中所公开的系统的操作期间其将或可能接触的任何设备的安全操作限制的任何情况下，可以通过(例如，经由与大气或其他较冷流体源流体连通的可控入口管线)将加热流体与类似但较低温度的流体(例如，大气)混合来调整(即，降低)温度。实际上，即使在温度最初不可能超过设备的设计或安全操作温度的情况下，这样的混合也通常可以用于将工艺流体的温度调整至期望的水平。当在本文中描述任何温度或温度范围时，应当理解的是，可能有必要或期望使用上述混合/冷却技术以在处理加热流体的系统中的一个或更多个点处选择性地将加热流体的温度降低至安全或期望的水平。
在一些实施方式中，该太阳能接收器可以被构造和布置成在环境或相对低压下操作。例如，在某些实施方式中，太阳能接收器内(和/或与太阳能接收器直接流体连通的任何流体通路内)的流体压力可以为小于或等于2个大气压、小于或等于1.5个大气压、小于或等于1个大气压、或约1个大气压的绝对压力。在一些实施方式中，太阳能接收器内的流体压力为大于或等于0.1个大气压、大于或等于0.5个大气压、约1个大气压、大于或等于1个大气压、大于或等于1.5个大气压。上述范围的组合也是可能的(例如，太阳能接收器内的流体压力小于或等于2个大气压且大于或等于0.1个大气压，太阳能接收器内的流体压力小于或等于1.5个大气压且大于或等于0.5个大气压)。其他范围也是可能的。
在一些实施方式中，该太阳能接收器可以被构造和布置成使得该太阳能接收器内的流体在被输送至该太阳能接收器之前除了由于该流体的加热和/或输送而可能发生的偶然压缩之外不被压缩。例如，在一些实施方式中，太阳能接收器内的流体基本上等于周围环境的压力。与其他相对高压的太阳能接收器相比，对于给定的厚度和重量，在操作期间该太阳能接收器内的减小的压力可以允许太阳能接收器的“窗口”(例如，太阳光穿过以加热太阳能接收器中的流体的太阳能接收器的一个或更多个透明物体)变得显著更大。例如，高压太阳能接收器可以限于直径不大于约60cm的窗口尺寸，而本文中描述的一些实施方式中的太阳能接收器可以具有高达约150cm或更大的窗口尺寸。在一些实施方式中，太阳能接收器具有4米或更大的窗口尺寸。下面更详细地描述与太阳能接收器的设计和操作相关的附加细节。
如上所述，在一些实施方式中，来自入射太阳辐射的能量可以用于加热太阳能接收器内的流体，从而产生加热流体(例如，加热的第一流体)。在某些实施方式中，加热流体可以具有多种合适的压力(例如，第一压力)中的任意一种。例如，在一些实施方式中，加热流体具有小于2个大气压的压力。根据某些实施方式，加热流体具有小于或等于1.9个大气压、小于或等于1.8个大气压、小于或等于1.7个大气压、小于或等于1.6个大气压、小于或等于1.5个大气压、小于或等于1.4个大气压、小于或等于1.3个大气压、小于或等于1.2个大气压、小于或等于1.1个大气压、小于或等于1个大气压、约1个大气压、小于或等于0.9个大气压、小于或等于0.8个大气压、小于或等于0.7个大气压、小于或等于0.6个大气压、小于或等于0.5个大气压、小于或等于0.4个大气压、小于或等于0.3个大气压、或小于或等于0.2个大气压的压力。在某些实施方式中，加热流体具有大于或等于0.1个大气压、大于或等于0.2个大气压、大于或等于0.3个大气压、大于或等于0.4个大气压、大于或等于0.5个大气压、大于或等于0.6个大气压、大于或等于0.7个大气压、大于或等于0.8个大气压、大于或等于0.9个大气压、约1个大气压、大于或等于1.0个大气压、大于或等于1.1个大气压、大于或等于1.2个大气压、大于或等于1.3个大气压、大于或等于1.4个大气压、大于或等于1.5个大气压、大于或等于1.6个大气压、大于或等于1.7个大气压、大于或等于1.8个大气压、或大于或等于1.9个大气压的压力。上述范围的组合也是可能的(例如，加热流体具有小于或等于2个大气压且大于或等于0.1个大气压的压力，加热流体具有小于或等于1.1个大气压且大于或等于0.9个大气压的压力)。其他范围也是可能的。
在某些非限制性实施方式中，第一流体(例如，加热的第一流体)是在环境压力下的空气。
除非另有指示，本文中描述的所有压力均指绝对压力。
加热流体的工业源
在某些实施方式中，提供了可以与本文中公开的系统和方法的某些实施方式结合使用的加热流体的工业源。在一些实施方式中，例如，可以使用工业源热或废热来(例如，如上所述，除了使用太阳辐射加热太阳能接收器内的流体之外或者代替使用太阳辐射加热太阳能接收器内的流体，经由热交换器)产生加热流体。图5A至图5B示出了根据某些实施方式的用于加热和动力生成的供热和存储系统的示意图。如图5A所示，系统300包括热或加热流体的工业源70。
可以提供多种合适的热或加热流体的工业源中的任意一种。例如，在某些实施方式中，热或加热流体的工业源是工业热流体产生系统例如烟道气烟囱、烟囱、烟道烟囱等。在某些这样的实施方式中，由工业热源产生的烟道气或其他热流体可以直接用作工作流体以操作系统300的产热和动力生成能力。在其他实施方式中，由工业源产生的烟道气或其他热流体可以例如经由热或加热流体的工业源70内的一个或更多个热交换器替代地用于加热在系统300中使用的另一工作流体(例如，空气)。在热或加热流体的工业源70产生加热固体表面的又一其他实施方式中，一个或更多个装置可以用于使用加热表面来加热流体(例如空气)，同时冷却那些表面，其中加热流体然后可以用作系统300的工作流体以及/或者在热交换器中加热系统300的工作流体。
在一些实施方式中，加热流体的工业源是常规的空气加热系统、红外加热系统、感应加热系统、电阻电加热系统等。在一些实施方式中，加热流体的工业源是向热交换器供热以产生加热流体的工业热源。在某些实施方式中，来自工业源的加热流体(例如，气体)在进入加热和/或动力生成系统之前可能需要被清洁、过滤和/或分离(例如，以去除有害和/或有毒流体)。因此，在某些实施方式中，加热流体的工业源可以包括过滤和/或分离系统例如变化吸附系统(例如，变压吸附系统、真空变化吸附系统、变温吸附系统)或蒸馏系统(例如，低温蒸馏系统)。
在某些实施方式中，如上所述，加热流体的工业源与太阳能接收器组合使用或者用作太阳能接收器的补充。
根据一些实施方式，来自工业源的加热流体可以具有多种合适温度中的任意一种。例如，在一些实施方式中，来自工业源的加热流体可以具有大于或等于200℃、大于或等于300℃、大于或等于400℃、大于或等于500℃、大于或等于600℃、大于或等于700℃、大于或等于800℃、大于或等于900℃、大于或等于1000℃、大于或等于1100℃、大于或等于1200℃、大于或等于1300℃、大于或等于1400℃、大于或等于1500℃、大于或等于1600℃、大于或等于1700℃、大于或等于1800℃、或大于或等于1900℃的温度。在一些实施方式中，来自工业源的加热流体具有小于或等于2000℃、小于或等于1900℃、小于或等于1800℃、小于或等于1700℃、大于或等于1600℃、小于或等于1500℃、小于或等于1400℃、小于或等于1300℃、小于或等于1200℃、小于或等于1100℃、小于或等于1000℃、小于或等于900℃、小于或等于800℃、小于或等于700℃、小于或等于600℃、小于或等于500℃、小于或等于400℃、或小于或等于300℃的温度。上述范围的组合也是可能的(例如，来自工业源的加热流体具有大于或等于200℃且小于或等于2000℃的温度，来自工业源的加热流体具有大于或等于800℃且小于或等于1000℃的温度)。其他范围也是可能的。如上所述，在某些实施方式中，来自工业源的加热流体可以具有超过安全或期望操作温度的温度，并且可以通过将来自太阳能接收器的加热流体与较低温度的流体(例如，大气空气)混合来调整(例如，降低)温度。
在某些实施方式中，来自热流体的工业源的热流体可以具有多种合适压力中的任意一种。例如，在一些实施方式中，来自工业源的加热流体具有小于2个大气压的压力。根据某些实施方式，来自工业源的加热流体具有小于或等于1.9个大气压、小于或等于1.8个大气压、小于或等于1.7个大气压、小于或等于1.6个大气压、小于或等于1.5个大气压、小于或等于1.4个大气压、小于或等于1.3个大气压、小于或等于1.2个大气压、小于或等于1.1个大气压、约1个大气压、小于或等于1个大气压、小于或等于0.9个大气压、小于或等于0.8个大气压、小于或等于0.7个大气压、小于或等于0.6个大气压、小于或等于0.5个大气压、小于或等于0.4个大气压、小于或等于0.3个大气压、或小于或等于0.2个大气压的压力。在某些实施方式中，来自工业源o的加热流体具有大于或等于0.1个大气压、大于或等于0.2个大气压、大于或等于0.3个大气压、大于或等于0.4个大气压、大于或等于0.5个大气压、大于或等于0.6个大气压、大于或等于0.7个大气压、大于或等于0.8个大气压、大于或等于0.9个大气压、约1个大气压、大于或等于1.0个大气压、大于或等于1.1个大气压、大于或等于1.2个大气压、大于或等于1.3个大气压、大于或等于1.4个大气压、大于或等于1.5个大气压、大于或等于1.6个大气压、大于或等于1.7个大气压、大于或等于1.8个大气压、或者大于或等于1.9个大气压的压力。上述范围的组合也是可能的(例如，来自工业源的加热流体具有小于或等于2个大气压且大于或等于0.1个大气压的压力，来自工业源的加热流体具有小于或等于1.1个大气压且大于或等于0.9个大气压的压力)。其他范围也是可能的。
热存储单元
在某些实施方式中，本文中描述的热存储单元还在2011年9月16日提交的题为“Concentrated Solar Power Generation Using Solar Receivers”的国际专利申请序列号PCT/US2011/052051和2012年3月21日提交的题为“Multi-Thermal Storage UnitSystems,Fluid Flow Control Devices,and Low Pressure Solar Receivers for SolarPower Systems and Related Components and Uses Thereof”的国际专利申请序列号PCT/US2013/031627中进行了描述，上述两个国际专利申请的全部内容如上所述地通过引用并入本文。在某些实施方式中，提供了可以与本文中公开的系统和方法结合使用的热存储系统。在某些实施方式中，热存储系统可以包括一个或更多个热存储单元或容器(例如，两个热存储单元、三个热存储单元、四个热存储单元、五个热存储单元或更多个热存储单元)。根据一些实施方式，一个或更多个热存储单元可以实现一种实用且有成本效益的方法来实现(例如，聚光太阳能能量的)热存储以用于(例如，在没有阳光或低阳光的数小时期间)产生热和/或电。在一些实施方式中，热存储单元包括容纳热存储介质的容器。在一些这样的实施方式中，由太阳能接收器/工业热源加热的流体流过热存储介质，并且热存储介质在相对高的温度下存储从加热流体得出的热能，该温度取决于由太阳能接收器/工业热源加热的流体的温度(例如，至少约900℃、至少约1000℃、至少约1100℃、至少约1200℃、至少约1300℃、至少约1400℃、至少约1500℃、至少约1600℃、至少约1700℃、至少约1800℃或至少约1900℃。在一些实施方式中，如由上所指出的温度或温度范围中的任意一个所指示的，来自太阳能接收器/工业热源的加热流体具有小于或等于2000℃或更高的温度)。
再次参照图1A，系统10包括热存储单元24。太阳能接收器14和热存储系统(例如，热存储单元24)可以流体地互连，使得相对低压的流体(例如，第一加热流体)可以在太阳能接收器14与热存储单元24之间传输。以这种方式，来自在太阳能接收器中加热的流体的热可以用于加热热存储系统内的介质。
在某些实施方式中，热存储单元具有流体入口和流体出口。在一些实施方式中，流体入口与太阳能接收器的流体腔室的流体出口阀式流体连通。参照图1A，例如，热存储单元24具有流体入口15和流体出口23，其中流体入口15经由流16和17与太阳能接收器14的流体腔室的流体出口11阀式流体连通。
在一些实施方式中，热存储单元的流体入口与加热流体的工业源的流体出口阀式流体连通。参照图5A，例如，热存储单元24具有经由流72、74和76与热或加热流体的工业源70的流体出口124阀式流体连通的流体入口15。
根据一些实施方式，热存储单元可以使用能够承受预期操作温度和压力的多种材料中的任意一种来制造，所述多种材料包括例如金属(例如，诸如钨的不锈钢难熔金属等)、陶瓷作为构造材料和/或用于绝缘的热衬里和/或它们的组合。在一些实施方式中，热存储单元被配置成使得其是经认证的压力容器(例如，经ASME认证的、经EN13445认证的、或符合类似的认证标准组的压力容器)。
在某些实施方式中，热存储单元可以以区段来制造，使得两个或更多个区段可以连接在一起以组装具有期望体积容量的热存储单元。以区段制造热存储单元便于工厂建造和运输以及具有相对大容积的存储单元的现场组装。在一些构造中，热存储单元的区段的长度/高度可以在8英尺至16英尺的范围内，并且其直径可以为8英尺至16英尺。在一些构造中，例如，热存储单元的区段的长度/高度可以为约12英尺，并且其直径可以为10英尺至12英尺。
在一些实施方式中，单独的热存储单元可以被调整尺寸以实现相对容易的运输。例如，多单元系统的每个热存储单元的直径可以在约2英尺与约12英尺之间，并且可以达到40英尺长，以易于装运。热存储单元可以在现场或在递送至现场之前填充，这可以允许成本有效的生产并且降低现场建造成本和/或进度延迟。
在热存储单元中可以使用多种填充介质。填充介质可以包括多种具有高热容的材料例如陶瓷和其他耐火材料，这些材料能够在高温下保持它们的结构完整性。示例性材料包括但不限于包括氧化铝、氧化铁、氧化硅和/或氧化镁的材料，例如沙子、陶瓷粒料、耐火砖、莫来石、磁铁矿、PYRO GRAN 35/38、PYRO KOR 60NR、PYRO KOR 95NK和/或PYROFER 70。在一些实施方式中，热存储介质具有至少约600J/kg K、至少约800J/kg K或至少约900J/kgK的热容量。在一些实施方式中，使用具有相对低密度(例如，小于约5g/cm3、小于约3g/cm3、或小于约2g/cm3)的材料可能是有利的。
热存储单元内的热存储介质可以具有任何合适的形状因数和尺寸。例如，在一些情况下，具有以mm、cm或更大长度尺度的最大横截面直径的粒料(例如，基本上球形的粒料或具有任何下述形状的粒料)可以用作热存储介质。在一些实施方式中，热存储介质可以包括粒料，并且至少约50％、至少约75％、至少约90％、至少约95％或至少约99％的粒料具有小于约100cm、小于约10cm、小于约1cm、介于约1mm与约100cm之间、或介于约1cm与约100cm之间的最大横截面直径。合适的粒料形状包括但不限于基本上为矩形棱柱的形状(例如，基本上为矩形或立方体形状的砖块)、基本上为三棱柱的形状、基本上为球形的形状、蝴蝶结形、蜂窝状、鞍形等。在一组实施方式中，热存储介质是细长管的形式，加热流体通过该细长管输送。
在某些实施方式中，可以选择热存储单元内的热存储介质，使得在操作期间不发生温度的阶跃函数变化。也就是说，在这样的系统中，热存储介质的温度曲线在作为流体通过热存储单元输送的距离的函数线性绘制时表现出非阶跃函数行为。在某些这样的实施方式中，热存储单元的一端(例如，入口区域)将处于相对高的温度，而热存储单元的另一端(例如，出口区域)将处于相对较冷的温度，其间具有温度的非阶跃函数变化(例如，温度的线性变化、温度的上凹变化、或温度的下凹变化)。例如，可以通过使用具有相对低的热导率的热存储介质例如陶瓷来实现这样的曲线。
在一些实施方式中，热存储单元的内部可以衬有隔热材料以及/或者热存储单元的外部可以覆盖有隔热材料以减少到大气的热损失。例如，当罐由金属制造时，罐可以衬有以及/或者覆盖有耐火材料(例如，诸如氧化铝、二氧化硅、氧化镁等陶瓷)。在一些实施方式中，耐火材料可以现场浇铸以及/或者可以包括多层结构，其中密度和/或热容可以在层与层之间变化。在一些实施方式中，单元内的热绝缘衬里的厚度可以在约5英寸与约15英寸之间(例如，针对具有高达12英尺的直径和高达40英尺的长度的罐)。在一些实施方式中，热存储单元的外部上的热绝缘材料的厚度可以高达1英尺或高达2英尺。
在某些实施方式中，该系统可以包括多个热存储系统(热存储系统中的每一个可以包括一个或更多个热存储单元)。在一些这样的实施方式中，第一热存储系统可以用于存储由太阳能接收器提供的显热，而第二热存储系统可以用于向动力生成系统提供加热流体。例如，第一热存储系统可以在接近或低于大气压的压力下操作，而第二热存储系统可以在升高的压力下操作。通过以这种方式操作系统，可以消除对必须在加压流体与未加压流体之间交换热量的热交换系统的需要。在操作中，第一热存储系统或单元可以在低压或大气压下通过由太阳能接收器加热的工作流体加热，直到其完全充满。此时，其可以与用于动力生成的高压工作流体系统流体连通，以提供热来产生动力，例如参见下面的讨论。同时，已用于这样的目的但已冷却至耗尽点的第二热存储单元或系统可以与太阳能接收器流体连通并且通过由太阳能接收器加热的低压工作流体来再充电/再加热。以这种方式操作该系统可以确保存储的热源总是可以用于向动力生成系统提供加热流体。因此，在一些实施方式中，如在下面立即进一步说明和讨论的系统10和300的上下文中所描述的，可以实现动力生成系统的基本上连续的操作而无需在高压流体与低压流体之间直接交换热量(或作为补充)。
热交换系统
在某些实施方式中，本文中描述的热交换系统还在2011年9月16日提交的题为“Concentrated Solar Power Generation Using Solar Receivers”的国际专利申请序列号PCT/US2011/052051和2012年3月21日提交的题为“Multi-Thermal Storage UnitSystems,Fluid Flow Control Devices,and Low Pressure Solar Receivers for SolarPower Systems and Related Components and Uses Thereof”的国际专利申请序列号PCT/US2013/031627中进行了描述，如以上所提及的两个国际专利申请的全部内容通过引用并入。根据某些实施方式，提供了可以与本文中公开的系统和方法结合使用的热交换系统。在一些实施方式中，热交换系统可以被配置成将热从相对低压的流体流(例如，具有第一压力的加热的第一流体)传递至相对高压的流体流(例如，具有较高第二压力的压缩的第二流体)。
在某些实施方式中，加热的第二流体的第二压力大于或等于2个大气压、大于或等于5个大气压、大于或等于10个大气压、大于或等于15个大气压、大于或等于20个大气压、大于或等于25个大气压、大于或等于30个大气压、大于或等于35个大气压、大于或等于40个大气压、或大于或等于45个大气压。在一些实施方式中，加热的第二流体具有小于或等于50个大气压、小于或等于45个大气压、小于或等于40个大气压、小于或等于35个大气压、小于或等于30个大气压、小于或等于25个大气压、小于或等于20个大气压、小于或等于15个大气压、小于或等于10个大气压、或小于或等于5个大气压的压力。上述范围的组合也是可能的(例如，加热的第二流体具有大于或等于2个大气压且小于或等于50个大气压的压力，加热的第二流体具有大于或等于20个大气压且小于或等于30个大气压的压力)。其他范围也是可能的。
根据某些实施方式，热交换系统至少包括第一热交换器。在一些实施方式中，热交换系统可以包括多于一个热交换器(例如，两个、三个、四个、五个或更多个热交换器)。在某些实施方式中，例如，热交换系统包括与第一热交换器串联定位的第二热交换器。参照图1A，例如，热交换系统35包括串联定位的第一热交换器36和第二热交换器38。然而，应当理解的是，在一些实施方式中，热交换系统可以包括仅一个热交换器或串联、并联或串并联组合定位的多于两个的热交换器。参照图4A，例如，热交换系统35包括单个热交换器36。在某些实施方式中，热交换器中的一个或更多个可以是气体-气体同流换热器。
在一些实施方式中，热交换系统定位在太阳能接收器和热存储单元的下游。参照图1A，例如，热交换系统35定位在太阳能接收器14和热存储单元24的下游。在某些实施方式中，热交换系统定位在加热流体的工业源和热存储单元的下游。参照图5A，例如，热交换系统35定位在热或加热流体的工业源70和热存储单元24的下游。
根据某些实施方式，热交换系统具有与太阳能接收器的流体腔室的流体出口阀式流体连通并且与热存储单元的流体出口阀式流体连通的入口。例如，参照图1A，热交换系统35具有入口37，该入口37经由流16、19和34与太阳能接收器14的流体腔室的流体出口11阀式流体连通并且经由流64、28和34以及鼓风机20h与热存储单元24的流体出口23阀式流体连通。以这种方式，热交换系统35可以被配置成选择性地从太阳能接收器14的流体腔室和热存储单元24中的任一者或二者接收加热的第一流体。例如，在某些实施方式中，热交换系统35可以经由流16、19和34从太阳能接收器14的流体腔室接收加热的第一流体。在一些实施方式中，热交换系统35经由流64、28和34从热存储单元24接收加热的第一流体。在所示实施方式中，热交换系统35还可以接收利用由鼓风机20a、20b或31中的任何一个或更多个提供的流体动力经由流16、19和34从太阳能接收器14的流体腔室以及经由流64、28和34从热存储单元24的加热的第一流体。
此外，系统10可以被配置成选择性地在源(例如，太阳能接收器的流体腔室和/或热存储单元)将加热的第一流体递送至热交换系统之间切换。例如，在一些实施方式中，热交换系统35可以首先(例如，通过使阻尼器66a和阻尼器66c处于打开位置并且使阻尼器66d处于关闭位置)仅从太阳能接收器14的流体腔室接收加热的第一流体，然后(例如，通过使阻尼器66a和阻尼器66c处于关闭位置并且使阻尼器66d处于打开位置)仅从热存储单元24接收加热的第一流体。如本文中所使用的，术语“阻尼器”通常是指任何类型的合适的阀、板或其他可移除或可调整的流动限制装置，其能够选择性地允许和阻止，并且在某些实施方式中调整管道、烟囱、变风量(VAV)箱、空气处理器、管或其他空气/流体处理设备内的空气或其他气体或流体的流动、流率。在一些其他实施方式中，热交换系统35可以首先仅从热存储单元24接收加热的第一流体，然后仅从太阳能接收器14的流体腔室接收加热的第一流体。在又一实施方式中，热交换系统35可以首先从太阳能接收器14的流体腔室和热存储单元24二者接收加热的第一流体，然后仅从太阳能接收器14的流体腔室或热存储单元24接收加热的第一流体。
根据一些实施方式，在没有阳光或低阳光的数小时期间(例如，夜间)，热交换系统可以被配置成接收来自存储(例如，热存储单元)的加热的第一流体。图2A根据某些实施方式示出了来自用于加热和动力生成二者的聚光太阳能组合加热和动力生成系统的存储的操作的示意图。参照图2A，在太阳能接收器不接收入射太阳辐射的情况下，阻尼器66a可以被关闭，从而基本上没有流体通过太阳能接收器14和流16输送。在一些这样的实施方式中，热交换系统35改为接收利用由鼓风机20b和/或鼓风机31提供的流体动力经由流17、19和34循环通过热存储单元24的加热的第一流体。
根据某些实施方式，热交换系统具有与加热流体的工业源的流体出口阀式流体连通并且与热存储单元的流体出口阀式流体连通的入口。例如，参照图5A，热交换系统35具有经由流72、74、78、80和86与热或加热流体的工业源70的流体出口124阀式流体连通的入口37和经由流88、90和86与热存储单元24的流体出口阀式流体连通的入口。以这种方式，热交换系统35可以被配置成选择性地从热或加热流体的工业源70和热存储单元24中的任一者或二者接收加热的第一流体。例如，在某些实施方式中，热交换系统35可以经由流72、74、78、80和86从热或加热流体的工业源70接收加热的第一流体。在一些实施方式中，热交换系统35经由流88、90和86从热存储单元24接收加热的第一流体。根据一些实施方式，热交换系统35经由流72、74、78、80和86从热或加热流体的工业源70以及经由流88、90和86从热存储单元24接收加热的第一流体。可选的鼓风机20g和20f中的任一者或二者可以用于提供动力以使第一流体循环。在一些实施方式中，例如，可选的鼓风机20f可以提供动力以经由流102和104从热交换系统35将热提供至工业处理单元65a。在某些实施方式中，系统300还可以包括可选的流82和84以及鼓风机20e，所述可选的流82和84以及鼓风机20e可以例如被配置成经由流72、74和78从热或加热流体的工业源70回收热。在一些这样的实施方式中，在流84处从热或加热流体的工业源70回收的热可以用于一般空间加热目的以及/或者为工业过程例如工业处理单元65b提供热。在一些实施方式中，热回收过程可以构建至热或加热流体的工业源70中。在一些实施方式中，系统300还可以包括工业处理单元65c，该工业处理单元65c可以例如使用经由可选的鼓风机20g从热或加热流体的工业源70经由流72、74、78、80、90和92(和/或如果期望较低温度的流，则经由72、74、76、热存储单元24、88、90和92)的热来驱动。在某些实施方式中，涡轮机46的排气(例如，膨胀的基本上未加压的排气)可以经由流94、90、92和鼓风机20g供应至工业处理单元65c。
此外，系统300可以被配置成选择性地在源(例如，加热流体的工业源和/或热存储单元)将加热的第一流体递送至热交换系统之间切换。例如，在一些实施方式中，热交换系统35可以首先仅从热或加热流体的工业源70接收加热的第一流体，然后仅从热存储单元24接收加热的第一流体。在一些其他实施方式中，热交换系统35可以首先仅从热存储单元24接收加热的第一流体，然后仅从热或加热流体的工业源70接收加热的第一流体。在又一实施方式中，热交换系统35可以首先从热或加热流体的工业源70和热存储单元24二者接收加热的第一流体，然后仅从热或加热流体的工业源70或热存储单元24接收加热的第一流体。
根据一些实施方式，在加热流体的工业源可能不工作的数小时期间，热交换系统可以被配置成从存储(例如，热存储单元)接收加热的第一流体。参照图5B，当热或加热流体的工业源70不工作时，阻尼器98a可以关闭，从而基本上没有流体通过流72和74输送。在一些这样的实施方式中，热交换系统35被配置成经由流76、78、80和86从热存储单元24接收加热的第一流体。
在一些实施方式中，热交换系统中的至少一个热交换器可以被配置成使得热交换同时包含具有第一压力的加热的第一流体和具有较高第二压力的第二流体，这在某些实施方式中可以涉及第一流体和第二流体同时(例如，逆流)流动通过热交换单元(例如，在热交换器内的流体分离但热连通的流动路径中)。例如，在一些实施方式中，热交换系统中的至少一个热交换器包括第一入口和第二入口，具有第一压力的加热的第一流体(例如，小于或等于2个大气压的例如相对低压下的气体)通过该第一入口输送至热交换器中并且通过该热交换器，处于相对高压(例如，大于2个大气压)下的第二气体通过该第二入口同时输送至热交换器中并且通过该热交换器。通过以这种方式配置一个或更多个热交换器，从具有第一压力的加热的第一流体传递至(例如，具有第二压力的)第二流体的热的效率和速率可以相对于其中第一流体和第二流体(例如，由于在流体流动之间的时段期间来自热交换单元的热耗散)随后被输送通过热交换器的情况(例如，如以上在使用热存储单元作为用于第一(低压)流体回路和第二(高压)流体回路二者的热交换器的上下文中所描述的)被增强。热交换系统35可以被配置成在逆流或并流模式(即，其中第一流体和第二流体分别沿相反或相同方向在热交换器内流动)下操作。
在一些实施方式中，用于将热从加热的第一流体传递至第二流体的热交换器中的一个或更多个可以是旋转热交换器(例如，陶瓷旋转同流换热器)。合适的旋转热交换器可以呈诸如例如在以下中所描述的一个或更多个的旋转交流换热器的形式：1995年3月25日提交的2001年4月17日公布的题为“Heat Exchanger Containing a Component Capableof Discontinuous Movement”的美国专利第RE37134号；2006年10月17日提交的2007年4月26日公开的题为“Intermittent Sealing Device and Method”的美国公开第2007/0089283号；2007年4月16日提交的2008年10月16日公开的题为“Regenerator WheelApparatus”的美国公开第2008/0251234号；2007年6月29日提交的2009年1月1日公开的题为“Regenerative Heat Exchanger with Energy-Storing Drive System”的美国公开第2009/0000761号；2007年6月29日提交的2009年1月1日公开的题为“Brush-Seal andMatrix for Regenerative Heat Exchanger and Method of Adjusting Same”的美国公开第2009/0000762号；以及2004年12月16日提交的2006年3月16日公开的题为“VariableArea Mass or Area and Mass Species Transfer Device and Method”的美国公开第2006/0054301号。
陶瓷旋转热交换器能够在相对高的温度(例如，在一些情况下至少达到约1200℃)下操作，这可以允许在太阳能接收器和能量存储系统内产生较高温度，以供应较高温度的第二气体来驱动燃气涡轮机，由此提高系统效率。本文中描述的热交换系统不限于使用旋转热交换器，并且在一些实施方式中，热交换器(例如，用于将热能从加热的第一流体传递至第二流体的热交换器)中的一个或更多个可以是多种合适的热交换器配置中的任一种，包括但不限于板式热交换器、管式热交换器(例如，壳管式热交换器)等。
在一些实施方式中，热交换器中的至少一个可以是金属热交换单元。在某些实施方式中，第一热交换器和任何后续热交换器(例如，第二热交换单元、第三热交换单元等)可以是不同类型的。例如，在一些实施方式中，第一热交换单元(例如，图1A中的第一热交换器36)可以是陶瓷热交换单元(例如，陶瓷旋转热交换单元、陶瓷板热交换单元、陶瓷管热交换单元等)，而第二热交换器(例如，图1A中的第二热交换器38)可以是金属热交换器。在一些实施方式中，加热的第一流体可以输送至第一陶瓷热交换器(例如，图1A中的第一热交换器36)(其中可以观察到相对高的最大温度)，并且随后输送至金属热交换单元(例如，图1A中的第二热交换器38)(其中最大温度可以低于在陶瓷热交换器中观察到的最大温度)。
在一些实施方式中，该系统可以包括被配置成在非常高的温度下操作的热交换器。例如，在一些实施方式中，系统可以包括一个或更多个热交换器(例如，图1A中的第一热交换器36和/或第二热交换器38)，其可以在高于800℃的温度下操作，并且在一些实施方式中在高达1000℃或更高的温度下操作。在一些实施方式中，系统可以包括可以在高达1100℃或甚至高达1400℃或更高的温度下操作的一个或更多个热交换器。高温热交换器可以包括被配置成承受高温操作的一种或更多种材料，包括例如一种或更多种陶瓷(例如，铝氧化物、铁氧化物、硅氧化物、镁氧化物等)。在一些实施方式中，热交换器可以包括一种或更多种金属(例如，诸如包括镍、铬、钛、钨、钼、钽、铌等的超合金的超合金，包括本文中别处描述的任何超合金)。作为具体示例，高温热交换器的全部或部分可以由来自HaynesInternational的合金
Figure BDA0003975414440000261
合金
Figure BDA0003975414440000264
和/或合金
Figure BDA0003975414440000265
形成。
在一些实施方式中，热交换系统可以被配置为(例如，与一个或更多个涡轮机结合的)动力生成系统的部件。参照图1A，例如，系统10包括热交换系统35和与热交换系统35的流体出口39流体连通并且位于其下游的涡轮机46。然而，在一些其他实施方式中，热交换系统可以包括在整个系统中而不并入到动力生成系统中。例如，根据某些实施方式，图4A示出了(例如，没有动力生成系统的)聚光太阳能加热系统的阳光操作的示意图。如图4A所示，系统200包括热交换器36，但是图4A不包括压缩机或涡轮机。在一些实施方式中，例如，入射太阳辐射12可以用于加热太阳能接收器14的流体腔室内的流体以提供加热流体。在某些实施方式中，加热流体然后可以通过流110和114流动至热存储单元24，以及/或者经由流110、112和118(例如，在阻尼器130a和130b打开的情况下)流动至热交换器36(例如，空气至空气热交换单元、空气至水/蒸汽热交换单元)。根据某些实施方式，在一些实施方式中，在很少或没有阳光的时段(例如，夜间)期间从存储操作聚光太阳能加热系统可能是有利的。图4B根据某些实施方式示出了来自聚光太阳能加热系统的存储的操作的示意图。如图4B所示，第一加热流体可以通过流114、112和118流动至热交换器36。可以沿着流125提供可选的鼓风机20c，以提供动力使第一加热流体流动。此外，可以提供可选的鼓风机20d(参见图4A)，其可以被配置成将离开热交换系统的低压流体(例如，具有第一压力的加热的第一流体)经由流125、116和126馈送至太阳能接收器14的流体腔室。在某些实施方式中，在白天(例如，图4A)或夜间(例如，图4B)操作期间，流122可以用于使空气或水流动至热交换器36中，并且流120可以用于产生加热的第二流体，该加热的第二流体可以用于一般空间加热目的和/或用于为工业过程提供热。
动力生成系统
在某些实施方式中，本文中描述的动力生成系统还在2011年9月16日提交的题为“Concentrated Solar Power Generation Using Solar Receivers”的国际专利申请序列号PCT/US2011/052051和2012年3月21日提交的题为“Multi-Thermal Storage UnitSystems,Fluid Flow Control Devices,and Low Pressure Solar Receivers for SolarPower Systems and Related Components and Uses Thereof”的国际专利申请序列号PCT/US2013/031627中进行了描述，如以上所提及的两个国际专利申请的全部内容通过引用并入。在一些实施方式中，提供了可以与在本文中公开的系统和方法结合使用的动力生成系统。参照图1A，例如，系统10可以包括可以用于主要使用例如布雷顿循环(或其他适当的热力学动力循环)来产生动力的动力生成系统53，该动力生成系统53包括热交换系统35、涡轮机46(例如，燃气涡轮机)、压缩机54以及发电机60。虽然在图1A中示出了单个涡轮机和压缩机，但是应当理解，动力生成系统不限于此，并且在一些实施方式中，可以采用多个涡轮机和/或压缩机。类似地，在某些实施方式中可以采用多个发电机。例如，在一些实施方式中，动力生成系统包括至少2个、至少3个、至少4个、至少5个或更多个涡轮机、压缩机和/或发电机。单个涡轮机和/或多个涡轮机的组合能够产生多种合适量的功率(例如，至少约100kW、至少约500kW、至少约1MW、至少约4MW)中的任一种。给定期望的功率输出要求和系统容量，本领域普通技术人员将能够选择适当的涡轮机和/或涡轮机的组合来使用。
为了提高系统效率，供应至涡轮机46的气体可以是相对热的和相对高压的。为了实现高压，压缩机54可以用于压缩流56中的相对低压的气体(例如，环境空气)以产生相对高压的流52。在一些实施方式中，压缩机可以用于产生具有大于或等于2个大气压、大于或等于5个大气压、大于或等于10个大气压、大于或等于15个大气压、大于或等于20个大气压、大于或等于25个大气压、大于或等于30个大气压、大于或等于35个大气压、大于或等于40个大气压、或大于或等于45个大气压的压力的流体流(例如，气体流)。
在一些实施方式中，使基本上所有的加热的第一流体从太阳能接收器的流体腔室流动至动力生成系统的热交换系统而不将加热的第一流体分流至(在本文中更详细地说明的)加热流体分流出口导管可能是特别有利的。图1C根据某些实施方式示出了用于动力生成的聚光太阳能组合加热和动力生成系统的阳光操作的示意图。如图1C所示，在一些实施方式中，入射太阳辐射12可以用于加热太阳能接收器14的流体腔室内的第一流体以提供加热的第一流体。在某些实施方式中，加热的第一流体经由流16、19和34流动至热交换系统35，而不使任何加热的第一流体流动至加热流体分流出口导管18。在一些这样的实施方式中，在将加热的第一流体引入热交换系统之前，加热的第一流体可以流动通过(在下面更详细地说明的)燃料燃烧单元26。
在某些实施方式中，在很少或没有阳光的时段(例如，夜间)期间使加热的第一流体从热存储流动至动力生成系统可能是有利的。例如，参照图2A，加热的第一流体从热存储单元24经由流17、19和34流动至热交换系统35。在一些实施方式中，使加热的第一流体从存储流动至动力生成系统，而不使加热的第一流体流动至加热流体分流出口导管可能是有利的。图2C根据某些实施方式示出了来自用于动力生成的聚光太阳能组合加热和动力生成系统的热存储的操作的示意图。如图2C所示，在某些实施方式中，加热的第一流体从热存储单元24经由流17、19和34流动至热交换系统35，而不使加热的第一流体流动至加热流体分流出口导管22。在一些这样的实施方式中，在将加热的第一流体引入热交换系统之前，加热的第一流体可以流动通过燃料燃烧单元26。
根据一些实施方式，(例如，来自压缩机的)加热的第二流体用于驱动涡轮机(例如，燃气涡轮机)。在一些实施方式中，燃气涡轮机与热交换系统的出口流体连通并且位于其下游。参照图1A，例如，涡轮机46经由流48与热交换系统35的流体出口39流体连通并且位于其下游。还参见图5A，其中涡轮机46经由流95与热交换系统的流体出口39流体连通并且位于其下游。在一些实施方式中，燃气涡轮机可以被配置成在燃气涡轮机的入口处接收加热的第二流体并且通过其产生动力。例如，在一些实施方式中，涡轮机46被配置成在涡轮机46的入口41处经由流48从热交换器36的流体出口39接收压缩的加热的第二流体并且通过其产生动力。在某些实施方式中，电力62由发电机60经由由涡轮机46提供动力的旋转轴50和58产生。
根据某些实施方式，动力生成系统可以在不使加热的第一流体流动至动力生成系统(例如，动力生成系统的热交换单元)的情况下操作。例如，在一些实施方式中，动力生成系统可以完全由燃料驱动一段时间(例如，启动)，并且可以根据补充动力和/或加热能力的需要/期望来利用燃料供电。下面在可选的燃料燃烧器26的描述的上下文中更详细地描述该选项。在很少或没有阳光的长时段(例如，阴天和/或夜间)期间具有燃料操作的动力生成系统可能是特别有利的。简要地，图3根据某些实施方式示出了用于加热和动力生成的聚光太阳能组合加热和动力生成系统的燃料操作的示意图。在一些实施方式中，动力生成系统53(例如，热交换系统35、涡轮机46、压缩机54、发电机60)可以由燃料源(图3中未示出)使用燃料燃烧式燃烧器26操作，而不使用从太阳能接收器14或热存储单元24得出的加热的第一流体。尽管图3示出了动力生成系统53和经由通过加热流体分流出口导管22抽取加热流体的热能利用均可以用于燃料燃烧式操作，但是在一些实施方式中，仅动力生成系统53工作，其中加热流体分流管道由阻尼器66b和/或阻尼器66c阻塞。
在一些实施方式中，燃气涡轮机包括与流体腔室的流体入口和/或与热存储单元阀式流体连通的排气出口。例如，参照图1A，涡轮机46包括经由流44、28、29和32与太阳能接收器14的流体腔室的流体入口5阀式流体连通的排气出口43。参照图2A，涡轮机46包括经由流44、28和64与热存储单元24阀式流体连通的排气出口43。以这种方式，(例如，具有小于2个大气压的压力的)燃气涡轮机的膨胀的基本上未加压的排气可以选择性地馈送至太阳能接收器的流体腔室和/或热存储单元中的任一者或二者。在一些实施方式中，例如，涡轮机46的排气可以经由流44、28、29和32馈送至太阳能接收器14的流体腔室。在某些实施方式中，可选的鼓风机20a可以与太阳能接收器14的流体腔室的流体入口5阀式流体连通，使得涡轮机46的排气在经由流32馈送至太阳能接收器14的流体腔室之前通过鼓风机20a馈送。在一些实施方式中，除了或代替使入口流体地连接至流29，可选的鼓风机20a可以使入口流体地连接至大气环境系统10，大气环境系统10可以被配置成经由流32将流体(例如，环境空气)供应至太阳能接收器14的流体腔室。
多种合适的鼓风机(例如，20a至20h、21、31)中的任一种可以在期望流体动力或流动控制的任何位置处并入任何系统中。例如，在一些实施方式中，鼓风机可以包括电驱动的感应流动风扇。在某些实施方式中，涡轮机46的排气可以经由流44、28和64馈送至热存储单元24。根据某些实施方式，涡轮机46的排气可以经由流44、28、29、32(以及可选的鼓风机20a)馈送至太阳能接收器的流体腔室，并且经由流44、28和64馈送至热存储单元24。对来自涡轮机的排气规划路线可能是有益的，因为涡轮机排气可能包含残余热，否则如果排气被直接排放至大气中，则该残余热将损失。
此外，系统10可以被配置成选择性地在目的地(例如，太阳能接收器的流体腔室和/或热存储单元)接收涡轮机(例如，燃气涡轮机)的排气之间切换。例如，参照图1A和图2A，在一些实施方式中，涡轮机46的排气可以首先馈送至太阳能接收器14的流体腔室(例如，通过使阻尼器66e、66j和66i处于打开位置并且使阻尼器66h处于关闭位置)，然后(例如，通过使阻尼器66e和66h处于打开位置并且使阻尼器66j处于关闭位置)将涡轮机46的排气馈送至热存储单元24。在一些其他实施方式中，涡轮机46的排气可以首先馈送至热存储单元24，然后将涡轮机46的排气馈送至太阳能接收器14的流体腔室。在又一实施方式中，涡轮机46的排气可以首先到达太阳能接收器14的流体腔室和热存储单元24二者，然后将涡轮机46的排气仅馈送至太阳能接收器14的流体腔室或热存储单元24。
在某些实施方式中，加热的第二流体用于向工业处理单元供应热或用于一般空间加热目的。
工业处理单元
在某些实施方式中，动力生成系统还可以包括工业处理单元或者可操作地与工业处理单元相关联。在一些情况下，工业处理单元可以使用在加热用于动力生成的压缩的第二流体之后从离开热交换系统的废低压流体(例如，具有第一压力的加热的第一流体)回收的热来驱动。在一些实施方式中，从离开热交换系统的低压流体回收热可以通过使得能够使用否则可能被浪费的热能来有利地改进系统的总体效率。在一些实施方式中，工业处理单元可以定位在热交换系统的下游并且具有与热交换系统的低压侧的第二出口阀式流体连通的入口。例如，参照图1A，通用工业处理单元在65a处指示，并且定位在热交换系统35的下游，并且具有经由流40和42与热交换系统35的出口(例如，第二出口)45阀式流体连通的入口63。在某些实施方式中，工业处理单元被配置成从热交换系统接收低压第一流体并且利用该流中包含的残余热能来例如操作或促进工业处理单元的一个或更多个操作的操作。例如，在一些实施方式中，工业处理单元被配置成经由流40和42从热交换系统35接收加热的第一流体，并且通过其产生比动力生成系统53更小规模的动力，以操作工业处理单元65a。在某些实施方式中，可选的鼓风机20b可以与工业处理单元65a的入口阀式流体连通，使得来自热交换系统35的加热的第一流体被可选的鼓风机20b经由流42推动至工业处理单元65a。
由工业处理单元接收的低压第一流体可以是多个合适温度中的任一个。在一些实施方式中，例如，由工业处理单元接收的低压第一流体的温度可以大于或等于100℃、大于或等于200℃、大于或等于300℃、或大于或等于400℃。在某些实施方式中，由工业处理单元接收的低压第一流体的温度可以小于或等于500℃、小于或等于400℃、小于或等于300℃、或小于或等于200℃。上述范围的组合也是可能的(例如，由工业处理单元接收的低压第一流体的温度大于或等于100℃且小于或等于500℃，由工业处理单元接收的低压第一流体的温度大于或等于200℃且小于或等于300℃)。其他范围也是可能的。
根据某些实施方式，工业处理单元可以是或包括可以用于多种工业应用中的任一种的多种工业系统中的任一种。在某些实施方式中，例如，工业处理单元是水纯化系统(例如，脱盐系统)、化学分离系统(例如，蒸馏系统)、化学反应器和/或工业发电机(例如，蒸汽锅炉)。在某些实施方式中，工业发电机(例如，蒸汽锅炉)可以用于(例如，在兰金循环中)驱动蒸汽涡轮机以产生补充电力。在一些实施方式中，离开热交换系统的加热的第一流体可以用于提供热以驱动吸收式制冷机，该吸收式制冷机可以用于例如产生用于空调和/或制冷系统的冷水。根据一些实施方式，工业处理单元可以包括用于从离开热交换系统的低压流体中提取热的一个或更多个热交换器。在某些实施方式中，离开热交换系统的加热的第一流体可以用于提供用于一般空间加热目的的热(例如，经由空气到液体热交换器)。
根据某些实施方式，工业处理单元不含任何燃气涡轮机并且不用于产生电力。
燃料燃烧单元
在一些实施方式中，动力生成系统还可以包括燃料燃烧式加热单元或者可操作地与燃料燃烧式加热单元相关联。在一些实施方式中，燃料燃烧式加热单元被配置成在将加热的第一流体引入至热交换系统之前加热或进一步加热该加热的第一流体，以及/或者如上所述独立地向热交换系统提供用于操作动力生成系统的足够量的加热的第一流体。根据一些实施方式，燃料燃烧式加热单元可以有利地通过燃烧燃料来升高加热的第一流体的温度以供应附加的热，使得加热的第一流体可以用于加热用于驱动燃气涡轮机、和/或驱动工业过程、和/或为一般空间加热目的提供热的第二流体。在给定给定系统的动力需求和操作条件的情况下，本领域的普通技术人员将能够选择适当的燃料燃烧式加热或加热装置以提供所需量的补充热。例如，燃料燃烧式加热单元可以包括感应流燃烧器。
在一些实施方式中，燃料燃烧式加热单元定位在热交换系统的上游并且与热交换系统流体连通，并且与太阳能接收器的流体腔室和热存储单元中的一者或二者阀式流体连通。例如，参照图1A，系统10包括燃料燃烧单元26。燃料燃烧单元26定位在热交换系统35的上游，并且经由流34和阻尼器66m与热交换系统35阀式流体连通。燃料燃烧单元26还经由流28、29和32以及阻尼器66d、66e、66j和66i与太阳能接收器14的流体腔室阀式流体连通，并且经由流28和64经由阻尼器66d和66h(或者例如如图2A所示，经由流28、19以及经由阻尼器66c和66k)与热存储单元24阀式流体连通。
燃料能量系统
在某些实施方式中，动力生成系统还可以包括燃料产生/能量系统或者可操作地与燃料产生/能量系统相关联。在一些实施方式中，燃料产生/能量系统可以被配置成产生并且/或者存储可燃燃料、电力和/或加压工作流体中的一个或更多个。有利地，这样的配置可以提供被配置成例如使用由燃料产生/能量系统产生的可燃燃料完全独立操作的组合加热和动力生成系统，该可燃燃料可以在动力生成系统的补充燃烧器中使用以及/或者用于其他燃料需求例如运输等。在某些实施方式中，所述配置在远离燃料运输基础设施的位置处可能特别有用。在一些这样的实施方式中，如本文中所说明的，由燃料能量系统产生的可燃燃料可以由燃料燃烧单元燃烧，以在将加热的第一流体引入至热交换系统之前加热或进一步加热该加热的第一流体，以及/或者独立地向热交换系统提供足够量的加热的第一流体。
图8A根据某些实施方式示出了用于热能产生和动力生成二者的具有燃料产生/能量系统的聚光太阳能组合加热和动力生成系统的阳光操作的示意图。参照图8A，系统800类似于上述系统，但也包括燃料产生/能量系统164。在某些情况下，燃料产生/能量系统164可以可选地远程定位，但是如图所示定位在热交换系统35的下游，并具有经由流40、59和136以及可选的鼓风机20b与热交换系统35的出口45阀式流体连通的入口。在其他实施方式中，燃料产生/能量系统可以不具有与动力生成系统53的任何流体连通，而是(例如，如下文所述，在经由电解产生氢的实施方式中)可以仅由动力生成系统53产生的电力62a驱动。在所示出的实施方式中，燃料产生/能量系统可选地被配置成接收来自热交换系统35的加热的第一流体(例如，经由流40、59和136以及可选的鼓风机20b)和/或由发电机60产生的电力62a(例如，经由电力流61)中的一个或更多个。在某些实施方式中，来自热交换系统35的加热的第一流体的至少一部分可以被递送至燃料产生/能量系统164(经由流40、59、136和鼓风机20b)和工业处理单元65a(经由流40、59、134和鼓风机20b)中的一者或二者。
如以上所提及的，在某些实施方式中，燃料产生/能量系统被配置成产生(例如，适于由燃料燃烧单元燃烧的)可燃燃料、电力和/或(可选地)(例如，适于驱动燃气涡轮机的)加压工作流体中的一个或更多个。在一些实施方式中，例如，燃料能量系统164产生可燃燃料。在某些实施方式中，燃料能量系统164可以具有经由流67与燃料燃烧单元26的入口阀式流体连通的出口。结果，由燃料能量系统164产生的可燃燃料可以在燃料燃烧单元26中燃烧，以例如在将加热的第一流体引入至热交换系统35之前加热或进一步加热该加热的第一流体，以及/或者以独立地向热交换系统35提供用于操作动力生成系统53的足够量的加热的第一流体。
在某些实施方式中，燃料能量系统中的可燃燃料是通过电解产生的氢和/或氧。例如，在一些实施方式中，如本文中所说明的，燃料能量系统164可以利用由发电机产生经由电力流61的电力62a来经由例如水的电解产生可燃燃料例如氢。产生氢气(和氧气)的这样的水裂解反应将为本领域普通技术人员所理解。燃料能量系统也可以利用产生反应的其他可燃燃料。
在一些实施方式中，在产生可燃燃料(例如，氢气)之后，可燃燃料经由流67流动至燃料燃烧单元26，在燃料燃烧单元26中燃烧该可燃燃料。在某些实施方式中，燃料能量系统164被配置成存储可燃燃料，该可燃燃料可以用于在例如需要升高加热的第一流体的温度的很少或没有阳光的时段期间驱动燃料燃烧单元。在一些实施方式中，可燃烧燃料可以用于代替在燃料燃烧单元中燃烧或除了在燃料燃烧单元中燃烧之外的应用。这样的应用可以包括使用可燃燃料来驱动燃料电池车辆和/或机器。
在一些实施方式中，燃料产生/能量系统可以产生适于驱动动力生成系统53的燃气涡轮机的加压工作流体(例如，加压加热空气)。在某些实施方式中，例如，燃料能量系统164可以具有经由流138与燃气涡轮机46的入口41阀式流体连通的出口。在一些实施方式中，如以上所说明的，通过水的电解产生的氧可以用于补充燃烧过程(例如，氧燃烧过程)中以产生高温流体，该高温流体可以促进或补充进入涡轮机46的入口41的压缩的加热的第二流体。
在某些实施方式中，燃料产生/能量系统可以产生附加的电力。参照图8A，例如，燃料产生/能量系统164可以产生电力62b。
本文中描述的燃料产生/能量系统可以实施为利用工业源热或废热(如上所述，代替太阳能接收器或除了太阳能接收器之外)来产生工作加热流体的系统。例如，根据某些实施方式，图8B示出了具有用于热能产生和动力生成的燃料产生/能量系统的废热利用和存储系统的操作的示意图。如图8B所示，系统802包括燃料产生/能量系统164，该燃料产生/能量系统164可以被配置成以与以上在图8A的上下文中描述的类似的方式并且出于类似的目的产生适于经由流67由燃料燃烧单元26燃烧的可燃燃料(例如，经由水电解的氢)、电力100b和/或适于经由流138驱动燃气涡轮机46的加压工作。
加热流体分流出口导管
在某些实施方式中，该系统包括加热流体分流出口导管。在一些实施方式中，加热流体分流出口导管被配置成使加热的第一流体的至少一部分从动力生成系统分流。在某些实施方式中，加热的第一流体可以用于为一般空间加热目的提供热以及/或者为工业过程提供热。通常，分流的第一流体流的温度显著高于上述用于工业处理单元65a的温度。在某些实施方式中，例如，分流的第一流体流的温度可以是由前面提到的太阳能接收器和/或工业热源产生的加热流体的以上提及的温度或范围中的任一种，例如大于或等于700℃、大于或等于800℃、大于或等于900℃、大于或等于1000℃、或大于或等于1100℃。在一些实施方式中，分流的流体流的温度可以小于或等于1200℃、小于或等于1100℃、小于或等于1000℃、小于或等于900℃、或小于或等于800℃。
在一些实施方式中，出口导管定位在热存储单元的入口和热交换系统的入口的上游，并且具有与太阳能接收器的流体腔室的流体出口阀式流体连通并且与热存储单元阀式流体连通的入口。例如，参照图1A，系统10包括加热流体分流出口导管22。加热流体分流出口导管22定位在热存储单元24的入口15和热交换系统35的入口37的上游，并且具有经由流16和18与太阳能接收器14的流体腔室的流体出口11阀式流体连通并且经由流17和18与热存储单元24阀式流体连通的入口7(例如，在阻尼器66b之后)。
在一些实施方式中，使加热的第一流体(例如，从太阳能接收器的流体腔室)流动至加热流体分流出口导管22以便(例如，为一般的空间加热目的以及/或者为工业过程)提供热可能是特别有利的。在一些方面，该系统可以被配置成使加热的第一流体流动至加热流体分流出口导管22而不使加热的第一流体流动至动力生成系统53。图1B根据某些实施方式示出了仅用于加热的聚光太阳能组合加热和动力生成系统的阳光操作的示意图。如图1B所示，入射太阳辐射12加热太阳能接收器14的流体腔室内的第一流体以提供加热的第一流体。加热流体经由流16和18经由可选的鼓风机21的动力流动至加热流体分流出口导管22，以为空间加热目的以及/或者为工业过程提供热，而不向动力生成系统53提供任何加热的第一流体。在某些实施方式中，加热流体分流出口导管22中的加热流体可以用来驱动工业处理单元65b。工业处理单元65b可以是以上关于工业处理单元65a描述的任何工业处理单元。应当理解，虽然图1B示出了仅用于加热的聚光太阳能组合加热和动力生成系统的阳光操作，但是如图1A和图2A所示，当系统10经由动力生成系统53(例如，热交换系统35、涡轮机46、压缩机54、发电机60)产生动力时，加热流体分流出口导管22也可以用于驱动工业处理单元65b。可选的鼓风机21可以提供动力以将加热流体提供至加热流体分流出口导管22和/或工业处理单元65b。
也可以在很少或没有阳光的时段(例如，夜间)期间使加热的第一流体从热存储流动至加热流体分流出口导管22。例如，参照图2A，(例如，通过可选的鼓风机21)使加热的第一流体从热存储单元24经由流17和18流动至加热分流出口导管22以(例如，为一般空间加热目的以及/或者为工业过程例如工业处理单元65b)提供热。在一些情况下，在很少或没有阳光的时段(例如，夜间)期间将所有加热的第一流体从存储发送至加热流体分流出口导管22而不将任何加热的第一流体发送至动力生成系统53可能是有利的。图2B根据某些实施方式示出了来自仅用于加热的聚光太阳能组合加热和动力生成系统的存储的操作的示意图。如图2B所示，在一些实施方式中，(例如，通过可选的鼓风机21和/或31)使加热的第一流体从热存储单元24经由流17和18流动至加热分流出口导管22以(例如，为一般空间加热目的以及/或者为工业过程例如工业处理单元65b)提供热，而不使加热的第一流体流动至动力生成系统53。
根据某些实施方式，加热流体分流出口导管可以在不需要使用太阳能接收器或热存储来供应热能的情况下操作。例如，在一些实施方式中，加热流体分流出口导管可以使用已经由选项燃料驱动的加热器(例如，可选的燃烧器26)加热的第一流体。具有用于在很少或没有阳光的长时段(例如，阴天和/或夜间)期间将加热流体提供至分流出口导管22的燃料驱动的选项可能是特别有利的。在一些实施方式中，加热流体分流出口导管22可以被馈送由燃料源(图3中未示出)(例如，经由燃烧)驱动的加热器所加热的第一流体，而没有这样的第一流体流动至/通过太阳能接收器14或热存储单元24。图3示出了如由可选燃烧器26加热的第一流体所供应的加热流体分流出口导管22和动力生成系统53二者。在一些情况下，由可选燃烧器26加热的第一流体仅供应至流体分流出口导管22，并且不用于通过例如关闭阻尼器66d和66m来操作动力生成系统53。
补充入口导管
根据某些实施方式，该系统包括补充入口导管。在一些实施方式中，补充入口导管被配置成将补充和/或再循环流体引入系统中。有利地，在一些实施方式中，补充入口导管可以通过再循环已经使用之后的来自工业处理单元和/或流体分流出口导管的流体以及/或者直接来自热交换系统的低压第一流体出口的流体来增加系统的整体效率。在一些实施方式中，补充入口导管可以被配置成向系统提供附加的环境空气，例如，如先前所描述的，这对于调整穿过该系统的流体的流动以及/或者调整加热流体的温度可以是有用的。
在一些实施方式中，补充入口导管连接在太阳能接收器的流体腔室的流体入口和热存储单元的上游，并且与太阳能接收器的流体腔室的流体入口和热存储单元流体连通。例如，参照图1A、图2A和图3，系统10包括补充入口导管30。在某些实施方式中，包括可选的鼓风机31的补充入口导管30被配置成经由流29和32，还经由另一个可选的鼓风机20a在太阳能接收器14的流体腔室的流体入口5的上游馈送补充流体并且与太阳能接收器14的流体腔室的流体入口5流体连通。在一些实施方式中，包括可选的鼓风机31的补充入口导管30被配置成在热存储单元24的上游馈送补充流体并且与热存储单元24流体连通。
在某些实施方式中，一个或更多个补充入口导管可以被配置成从整个系统的一个或更多个流体出口和/或工业处理单元中的一个或更多个接收再循环流体。例如，在某些实施方式中，补充入口导管30(和/或可选的补充入口导管，例如图1A中的馈送鼓风机20a、图4A中的鼓风机20d和20c、或图5B中的流80)可以连接在下游并且与系统的出口和/或任何工业处理单元(例如，65a和/或65b)流体连通，以再循环可能仍处于高温的流体。如图1A所示，参见例如从鼓风机21至鼓风机31的可选的再循环流和/或从工业处理单元65a至鼓风机31的可选的再循环流。以这种方式配置系统可以有利地限制浪费的热量，从而提高系统的整体效率。使用与高温气体热源一起使用的多个串联热交换器的动力生成系统
在某些实施方式中，动力生成系统可以被配置成从太阳能接收器和/或工业或其他废热源产生电力，并且可以被封装并且/或者用作用于这样的目的的独立的、隔间化的、自包含的和/或可运输的系统。在某些实施方式中，工业或其他热源可以是以热气(例如，空气)或可以用于产生热气(例如，空气)的热表面的形式的废热的工业源。在某些情况下，该系统可以被简化并且不包括热存储或太阳能接收器或其他加热流体源，而是被配置成与至少一个、若干个或所有这样的源可操作地连接。某些这样的系统在某些情况下还可以有利地能够从工业热源产生动力，而不需要燃烧器来为系统产生附加的热。在某些情况下，这样的系统可以足够紧凑以成为便携的或可运输的。在某些实施方式中，如以下进一步描述的，该系统可以被设计成使用一个或更多个市售的涡轮机或微型涡轮机。在某些这样的实施方式中，涡轮机或微型涡轮机可以包括集成的压缩机和集成的同流换热器(热交换器)，并且该系统可以包括一个或更多个附加热交换器，一个或更多个附加热交换器与集成的同流换热器涡轮机串联布置，并且由能够使附加的热交换器处理具有超过同流换热器的允许操作温度的温度的热源(例如，工业生产的热空气源)的材料构成。在一些实施方式中，包括集成的压缩机和/或集成的同流换热器(热交换器)的涡轮机或微型涡轮机可以被封闭在共用的壳体内，定位在共用的安装框架或滑架上，并且/或者被配置成一体的或不可分离的。以这种方式，在某些实施方式中，系统可以通过使用多个串联的热交换器来允许使用具有非常高温(例如，对于由工业热源和/或太阳能接收器加热的流体的以上提及的温度或温度范围中的任一个，例如500℃至1500℃、850℃至1000℃、或700℃至1300℃；高达1200℃或高达1700℃或高达1800℃)的热源的系统，同时减小了需要被配置成承受这样的温度的一个或多个热交换器的尺寸和成本，因为只有一个或多个上游热交换器将经历要求特殊构造材料的温度。下面描述图9所示的这样的系统的特定示例性配置。
如以上所提及的，本文中描述的系统可以包括热交换系统，该热交换系统包括双(或在一些情况下多于两个)热交换器阵列。例如，在某些实施方式中，热交换系统包括第一热交换器和第二热交换器。图9根据某些实施方式示出了用于动力生成的废热利用系统的示意图。如图9所示，在一些实施方式中，动力生成系统400可以包括动力块401，该动力块401包括热交换系统35、压缩机54、涡轮机46和发电机60，该热交换系统35包括第一热交换器36和第二热交换器38。在某些实施方式中，第一热交换器36和第二热交换器38可以串联定位。
根据某些实施方式，热交换系统(例如，双热交换器阵列)可以定位在加热流体的工业源70的下游。在一些实施方式中，如本文中更详细地解释的，加热流体的工业源可以被配置成产生处于先前陈述的任何值的温度或温度范围内，例如在大于或等于500℃与小于或等于1500℃之间(或者例如在以下范围内：850℃至1000℃、或700℃至1300℃；或800℃至1800℃、高达1200℃、或高达1700℃、或高达1800℃)并且在小于或等于2个绝对大气压的压力下以及在某些情况下在环境大气压压力下的加热流体。参照图9，热交换系统35定位在加热流体的工业源70的下游。在一些实施方式中，该热交换系统具有与加热流体的工业源的流体出口阀式流体连通的入口。例如，参照图9，热交换系统35包括经由流72、78、80和86与加热流体的工业源70的流体出口124阀式流体连通的入口37。
根据一些实施方式，热交换系统35被配置成将热从加热流体传递至第二流体，由此产生加热的第二流体。如在本文中更详细地描述的，来自加热流体的工业源的加热流体可以具有处于先前陈述的任何值的温度或温度范围内的高温，例如(例如，500℃至1500℃、850℃至1000℃、或700℃至1300℃；800℃至1800℃；高达1200℃或高达1700℃，或高达1800℃)。因此，在一些实施方式中，第一热交换器36可以由能够承受这样的高温的材料制成(或涂覆有该材料)。在某些实施方式中，只有直接暴露于高温流体的那些区域由高温性能材料制成或涂覆有高温性能材料。例如，在某些实施方式中，第一热交换器包括具有高温能力的金属合金，例如包括镍、铬、铝和/或铁的金属合金。在具体示例中，第一热交换器的全部或部分包括来自Haynes International的合金
Figure BDA0003975414440000391
(镍-铬-铝-铁合金)。能够承受高温的其他材料包括但不限于耐热材料(例如，金属或金属氧化物，包括铌、钼、钽、钨、铼、钛、钒、铬、锰、锆、锝、钌、铑、铪、锇、铱)、可从High Performance Alloys公司或HaynesInternational获得的高温合金(例如，
Figure BDA0003975414440000392
合金X(HX)、
Figure BDA0003975414440000393
合金625、
Figure BDA0003975414440000394
合金718、
Figure BDA0003975414440000395
合金600、
Figure BDA0003975414440000396
合金601、
Figure BDA0003975414440000397
合金800H/HT、
Figure BDA0003975414440000398
合金25(L605)和
Figure BDA0003975414440000399
)。第一热交换器可以包括本文所述的任何上述陶瓷、金属和/或合金。第一热交换器36可以被定尺寸和操作成使得来自工业源的流体离开热变换器并且进入第二热交换器38的出口温度具有小于需要专门的耐热材料或其他高温性能构造材料的温度(例如，低于700℃、低于600℃、低于500℃、或低于400℃)的温度。因此，虽然在一些实施方式中，第二热交换器38可以包括任何前述材料，但是有利地因为它将暴露于相对较低的温度，因此在某些实施方式中，与被设计成承受来自加热气体的工业源的高温的第一热交换器36相比，它可以使用更便宜的材料金属和/或合金来制造。
在某些实施方式中，当来自热源70的加热流体通过第一热交换器36时，来自加热流体的热被传递至第二流体。在一些实施方式中，加热流体然后以较低的温度(例如，参见上面的示例性范围)进入第二热交换器38并且继续将热传递至第二流体。例如，参见图10，其根据某些实施方式示出了双热交换器阵列的一个实施方式的示意图。较低温度的加热流体可以作为废气经由流140和可选的鼓风机20离开第二热交换器28。
以多个串联的热交换器例如所描绘的双热交换阵列构造系统，有利地提供了总体更好的热性能与成本比，因为与使用单个热交换单元相比，热交换系统的有效长度增加，从而在不需要在整个有效长度上使用具有高热能力的材料的情况下提供了相对更好的热效率。另一个优点包括根据具体尺寸使用具体材料制造每个热交换器的能力，具体材料取决于每个相应的热交换器将暴露的温度。在比较大的单个热交换器中混合不同的合金(例如，能够承受高温的合金和仅能够承受比较低的温度的合金)可能导致某些复杂性例如不同的金属连接和可能损害热机械操作应变。因此，在本文中描述的一些实施方式中，可以通过制造多(例如，双)热交换系统来降低总成本，该多(例如，双)热交换系统包括能够承受最高系统操作温度的相对小的第一热交换器和由适于承受较低温度的材料形成的第二热交换器。
根据一些实施方式，动力块单元401可以独立地用于从加热空气的工业源产生动力。例如，在某些实施方式中，系统400可以用于在不需要燃烧单元和/或太阳能热源(例如，太阳能接收器)的情况下产生动力。在某些实施方式中，动力块401包括与热交换系统的第二加压侧的出口流体连通并且在热交换系统的第二加压侧的出口下游的涡轮机。例如，参照图9，动力块401包括与热交换系统35的流体出口39流体连通并且位于热交换系统35的流体出口39下游的涡轮机46。根据某些实施方式，涡轮机能够通过加热的第二流体产生动力。如图9所示，例如，动力块401还可以包括压缩机54和发电机60，其可以用于例如主要使用布雷顿循环(或其他适当的热力学动力循环)来产生电力62。以上更详细地解释了在本公开内容的另外的实施方式的上下文中关于动力生成系统的另外的细节。
根据某些实施方式，涡轮机46以及可选地压缩机54和热交换器(同流换热器)38可以是微型涡轮机(或组合微型涡轮机系统)(例如，布雷顿涡轮机)，例如可以从卡斯通涡轮机公司(Capstone Turbine Corporation)商购获得的微型涡轮机(例如，C200微型涡轮机例如C200S ICHP涡轮机)。因此，在涉及双热交换器阵列的一些实施方式中，单独的第二热交换单元38不是必要的，因为涡轮机46可以包括与其集成的第二热交换单元。
在某些实施方式中，动力块401可以用于便携式和/或可运输应用中。
尽管未在图9中描绘，但是系统400可以可选地包括热存储系统，在上面更详细地解释了该热存储系统，其用于在几乎没有废热/工业源的热的可利用性时段期间操作，例如在工厂停工日或降低的容量操作期间操作。在一些实施方式中，系统400可以另外包括可选的燃料燃烧单元，该燃料燃烧单元被配置成在将加热流体引入热交换系统之前进一步加热(例如，增压)低压加热流体以用于动力生成。
操作方法
在本文中描述的某些实施方式可以用于实践使用聚光太阳能接收器驱动的系统来选择性地产生动力和/或热的方法。在一些实施方式中，具有在使用来自入射太阳辐射的热能以提供热和/或动力之间选择性地选择的能力可能是有利的。在一些实施方式中，例如，操作方法包括使具有小于2个大气压的压力的流体(例如，相对低压的流体)流动通过聚光太阳能接收器以产生加热流体。相对低压的流体可以源自任何合适的源。例如，在某些实施方式中，相对低压的流体是来自环境大气的空气。例如，参照图1A，其示出了用于白天太阳能操作以产生热和电的方法，使具有小于2个大气压的压力的流体流动通过太阳能接收器14的流体腔室，并且入射太阳辐射12用于加热流体，从而产生加热的第一流体。在某些实施方式中，低压流体的至少一部分可以经由包括流16、19、28、29和32的流体通路在系统内再循环，例如以进一步提高温度。在某些实施方式中，流体通路可以包括流体回路，使得在操作期间基本上没有流体从通路排出。
在某些实施方式中，一旦相对低压的流体在太阳能接收器内被加热至期望的程度，通过图1A中的流16离开太阳能接收器的加热流体可以被分流以流动至动力生成系统、热存储单元24和/或加热流体分流出口导管22，因为动力生成系统、热存储单元和加热流体分流出口导管中的每一个流体地连接至太阳能接收器。例如，在一些实施方式中，加热流体选择性地从太阳能接收器14的流体腔室经由流16、19和34流动至热交换系统35，其中热交换系统35被配置成将热从加热流体传递至第二加压流体以操作动力生成系统。在使加热流体流动至热交换系统35之前，加热流体可以经由燃料燃烧单元26进一步加热。由热交换系统35加热的第二压缩和加压流体经由流48馈送至涡轮机46(例如，燃气涡轮机)，以经由旋转轴50和58驱动发电机60来产生电力62。也参见例如图1C。在一些实施方式中，加热的第一流体还可以选择性地从太阳能接收器14的流体腔室经由流16和17流动至热存储单元24，其中热存储单元24被配置成存储从太阳能接收器得出的热。参见例如图1A至图1C。在又一操作模式下，加热的第一流体选择性地从太阳能接收器14的流体腔室经由流16和18流动至加热流体分流出口导管22，以为工业过程提供热。参见例如图1B。
在第一流体在太阳能接收器的流体腔室中被入射太阳辐射加热之后，可以选择流动路径的任何组合作为第一流体的目的地。例如，在某些操作模式下，使加热的第一流体同时从太阳能接收器14的流体腔室流动至热交换系统35、热存储单元24和加热流体分流出口导管22中的每一个，该热交换系统35供应热以运行动力生成系统。在其他操作模式下，加热的第一流体可以在任何给定时间从太阳能接收器14的流体腔室引导至动力生成系统、热存储单元24或加热流体分流出口导管22中的仅一个。例如，可以(例如，通过例如使阻尼器66a、66c和66m打开并且使阻尼器66k、66b和66d关闭)使加热的第一流体从太阳能接收器14的流体腔室流动至动力生成系统的热交换系统35，然后(例如，通过例如使阻尼器66a和66k打开并且使阻尼器66b和66c关闭)将加热的第一流体的流动引导至热存储单元24，然后(例如，通过例如使阻尼器66a和66b打开并且使阻尼器66c和66k关闭)将加热的第一流体发送至加热流体分流出口导管22。在另一操作模式下，将加热的第一流体从太阳能接收器14的流体腔室引导至热存储单元24，然后加热流体从热存储单元24流动至动力生成系统53的热交换系统35和/或加热流体分流出口导管22。在又一配置中，使加热流体从太阳能接收器14的流体腔室流动至加热流体分流出口导管22，然后使加热的第一流体流动至动力生成系统和/或热存储单元24。这些只是用于操作说明性系统的几个选项，并且其他操作模式也是可能的。
示例性太阳能接收器配置
图6中示出了示例性太阳能接收器14，其可以被设计和构造成与本文描述的系统中的一个或更多个系统结合使用。示例性太阳能接收器可以包括低压流体腔室250，该低压流体腔室250被设计和构造成提供隔热外壳，该隔热外壳起到减少或消除来自太阳能接收器的热损失并且容纳低压工作流体的作用。低压太阳能接收器包括透明物体260，该透明物体260邻近用于接收太阳辐射的开口270定位在低压流体腔室250的前方。
低压流体腔室250包括太阳能吸收器280。通常，太阳能吸收器280由能够承受相对高的温度(例如，如上所述的温度，例如超过1000℃，并且在一些实施方式中，至少为1500℃至2000℃)并且具有足够的热特性(例如，热传导率、热发射率)的材料构成，以吸收来自入射太阳辐射的热能并且将所述热能传递至通过太阳能接收器的工作流体。在一些情况下，太阳能吸收器280由诸如金属(例如，高温合金、抗热铸造合金)、耐热材料(例如，陶瓷)或碳基材料的材料构成。太阳能吸收器280可以由陶瓷材料例如玻璃陶瓷、硅碳化物、硅氮化物、氧化铝或硅氧化物构成。
太阳能吸收器280可以具有高表面积，以有助于热能传递至在太阳能接收器内通过的工作流体。在一些实施方式中，太阳能吸收器280被设计和构造成具有工作流体通过的流体通道的网络(例如，蜂窝网络、壳管网络、泡沫网络等)。太阳能吸收器280可以固定在低压流体腔室250内，使得在低压流体腔室250内行进的相对低的温度的工作流体被引导经过和/或通过太阳能吸收器280，例如通过太阳能吸收器的流体通道网络，使得工作流体从太阳能吸收器获得热以增加其温度。
根据某些实施方式，太阳能吸收器可以具有多种形状中的任何形状，包括例如角形状、平面形状、椭圆形形状、抛物线形状、圆盘形状、多面体形状或其他合适的形状。
太阳能吸收器通常由能够承受相对高的温度、能够吸收入射辐射并且能够容易地将热能传递至与吸收器接触的工作流体的材料构成。例如，太阳能吸收器可以由金属、不锈钢、陶瓷、抗热铸造合金、高温金属材料、耐热材料、氧化钍分散合金、石墨或碳纤维增强的碳基材料构成。用于太阳能吸收器的合适的陶瓷包括例如玻璃陶瓷、硅碳化物、硅氮化物、氧化铝和硅氧化物。太阳能吸收器可以具有多种形式中的任何一种。如上面提及的，太阳能吸收器可以被设计和构造成具有用于与工作流体接触的相对高表面积。这种太阳能吸收器可以包括工作流体可以通过的多个通路或通道。例如，吸收器可以呈丝网、蜂窝或开室泡沫配置的形式。太阳能吸收器可以包括覆盖吸收器表面的至少一部分的黑色表面涂层，以有助于吸收入射太阳辐射。在一些太阳能接收器中，太阳能吸收器可以是丝网吸收器和陶瓷吸收器二者的组合。在这样的实施方式中，丝网吸收器可以是空气入口吸收器，而陶瓷吸收器可以是空气出口吸收器。在其他实施方式中，陶瓷吸收器可以是空气入口吸收器，而丝网吸收器可以是空气出口吸收器。
在太阳能接收器的一些实施方式中，太阳能吸收器的多个段由陶瓷支承结构系统保持在适当的位置。在一些太阳能接收器中，在吸收器的空气入口侧和/或出口侧/离开侧放置流量调节结构。在一些实施方式中，包括包含孔板的流量调节结构，该孔板具有一个或更多个空气可以通过的孔口。在太阳能接收器中，并入由陶瓷、金属或其他合适材料制成的流量调节结构，在该流量调节结构中存在用于空气通过的小孔。在一些实施方式中，这种流量调节结构被配置成产生相对层流的空气流。在一些实施方式中，流量调节结构被配置成以相对均匀的方式引导空气流穿过吸收器。
用作太阳能接收器的窗的透明物体通常邻近用于接收太阳辐射的开口定位在低压流体腔室的前方。透明物体的外缘可以装配在低压流体腔室的凹部内以将其固定。透明物体和低压腔室可以由具有不同热膨胀系数的材料构成。例如，透明物体可以由玻璃材料(例如，二氧化硅、石英等)构成，而低压腔室可以由金属(例如，不锈钢、铝)构成。当透明物体和低压腔室经受热波动时，两个部件可能发生不同的热膨胀和收缩。因此，透明物体与低压流体腔室之间的连接可以有利地设计和构造成适应两个部件之间的不同移动。
在一些实施方式中，在透明物体与低压流体腔室上的接口之间设置柔性密封件。该接口可以被定位和固定在其内定位和/或固定有透明物体的凹部内。这种凹部可以具有超过透明物体的外径的内径，从而允许透明物体在凹部内膨胀。密封件通常经受相对高的温度(例如，超过500℃至1000℃或更高的温度)，并且因此，密封件应当由能够承受预期操作温度的材料制成。在一些实施方式中，密封件可以由金属、碳基材料或硅基材料制成。在一些实施方式中，密封件由室温硫化(RTV)硅弹性体制成。在一些实施方式中，密封件是金属垫圈。其他合适的密封材料对于本领域技术人员将是明显的。
在某些实施方式中，太阳能接收器的低压流体腔室被设计和构造成承受至少高达并包括2个大气压的工作压力。在某些实施方式中，低压流体腔室被设计和构造成维持1个大气压、1.1个大气压、1.2个大气压、1.3个大气压、1.4个大气压、1.5个大气压或2个大气压的最大可允许工作压力。如本文使用的，术语“最大可允许工作压力”是指压力容器能够维持的最大压力(例如，组装的太阳能接收器的最弱部件能够维持的最大压力)。通常，通过进行流体静压试验来确定最大可允许工作压力。用于进行流体静压试验的方法在本领域是公知的，并且对于本领域技术人员是明显的。在一个实施方式中，通过基本上完全组装太阳能接收器、盖住流体入口和流体出口以及用惰性气体(例如，空气)对太阳能接收器的低压腔室进行加压来确定太阳能接收器的最大可允许工作压力。在该实施方式中，用惰性气体以相对慢的速率(例如，以1psi/秒至5psi/秒范围内的速率)对低压腔室进行加压，直到低压腔室不能再保持压力。试验期间保持的最高压力是太阳能接收器的最大可允许工作压力。在某些实施方式中，太阳能接收器的最弱部件是透明物体与低压腔室之间的密封件。
透明物体可以具有多种形状。例如，透明物体可以具有平面形状，例如平面圆盘或具有多边形截面例如矩形截面或方形截面的平面物体。透明物体可以具有朝向太阳能吸收器向内的相对轻微的曲率。透明物体可以具有半圆形形状、抛物线形状、椭圆形形状等。在一些实施方式中，朝向太阳能吸收器向内的曲率用于使由于透明物体中的热膨胀引起的拉伸应力最小化。因此，在某些实施方式中，透明物体具有一定的曲率半径。透明物体可以例如具有0.1米英尺至15米、0.1米至3米、0.1米英尺至1.5米或0.1米至1米的曲率半径。透明物体可以具有高达0.1米、0.5米、1米、1.5米、2米、5米、7米、10米、15米或更大的曲率半径。
在所公开的系统和方法的上下文中有用或潜在有用的太阳能接收器可以被设计成在低压(例如，高达并包括2个大气压)下操作。因为透明物体在这种低压操作下经受相对小的流体静应力，因此可以将其构造成具有相对大的几何面积/直径和相对小的厚度。在一些实施方式中，透明物体具有在0.5米至5米、2米至4米或0.5米至2米的范围内的直径。在一些实施方式中，透明物体具有0.5米、1米、1.2米、1.4米、1.6米、1.8米、2米、3米、4米、5米或更大的直径。在一些实施方式中，透明物体(例如，具有一定曲率半径的透明物体)的直径是透明物体的边缘(例如，与低压腔室的凹部适配的透明物体的边)的直径。
透明物体的厚度可能影响透明物体吸收太阳辐射的程度，其中，相对厚的透明物体通常比相对薄的透明物体吸收更多的太阳辐射。因此，透明物体的厚度影响在太阳能接收器的操作期间透明物体经受热应力的程度。因此，透明物体可以具有相对小的厚度以使热应力最小化。在一些实施方式中，透明物体的厚度在0.5厘米至10厘米、1厘米英寸至5厘米或1厘米英寸至3厘米的范围内。在一些实施方式中，透明物体的厚度为0.5厘米、1厘米、3厘米、4厘米、5厘米、7厘米、10厘米或更大。然而，本发明不限于具有这些厚度的透明物体。在一些情况下，其他厚度可能是合适的。
在一些实施方式中，太阳能接收器包括由石英二氧化硅玻璃组成的透明物体(其可以是窗或者是窗的一部分)。透明物体可以具有弯曲形状，以容纳和分布内部压力，并且容受来自不同温度暴露的热应力。透明物体的弯曲形状也可以限制破坏性高拉伸应力的形成。透明物体可以被设计成适应在其中心部分引起相对高的温度而在其边缘附近部分引起相对较冷的温度的实现方式。因此，在一些实现方式中，透明物体可以用作热铰链，以适应热生长而不产生破坏性的高拉伸应力。透明物体的弯曲(或碗形状)可以有助于并在一定程度上引导相对低的温度的流体流向并通过太阳能吸收器。相对低的温度的流体还可以用于在该流体经过透明物体的内表面时冷却透明物体。
在一些实施方式中，透明物体由单片(例如，单个实心石英二氧化硅玻璃窗)构成。然而，在其他实施方式中，透明物体由装配在一起、联接在一起或对接在一起的若干段构成。在一些实施方式中，具有在2米至4米或更大范围内的直径的透明物体由多个段(例如，2段、3段、4段或更多段)构成。
图7A和图7B示出了被布置成产生用于接收器的分段窗的多个透明物体的示例。图7A中的分段窗502a包括四个细长的纵向布置的透明物体S1至S4。图7B中的分段窗502b包括八个径向布置的透明物体S1至S8。这些图示不旨在限制。可以使用其他适当的布置和多个透明物体来产生允许太阳辐射进入低压流体腔室的分段窗。在一些实施方式中，多个透明物体是半管(例如，被纵向切割的管)并且并排布置在接收器的开口处。在一些实施方式中，管的直径高达0.1米或更大。在一些实施方式中，管的凸侧面向吸收器，并且凹侧面向定日镜，所述定日镜将聚集的太阳辐射朝向接收器的开口引导。在其他实施方式中，管的凹侧面向吸收器，并且凸侧面向定日镜。在一些实施方式中，管由石英二氧化硅制成。
在一些实施方式中，太阳能接收器被配置成使得通过太阳能接收器中的开口接收的聚集的太阳辐射穿过多个透明物体进入低压流体腔室并且照射在太阳能吸收器上。在一些实施方式中，低压流体腔室限定从流体入口至流体出口的流体流动路径，其中，在流体入口与流体出口之间，流体流动路径延伸穿过多个透明物体的至少一部分并且通过太阳能吸收器内的一个或更多个通道。在一些实施方式中，多个透明物体被配置成使得当低压流体腔室内的压力低于围绕太阳能接收器的环境压力时，围绕太阳能接收器的流体(例如，环境空气)通过多个透明物体之间的间隙被抽吸至低压流体腔室中。在一些实施方式中，低压流体腔室被配置成使得通过多个透明物体之间的间隙被抽吸至低压流体腔室中的流体(例如，环境空气)进入低压流体腔室内的流体流动路径并且通过太阳能吸收器。在一些实施方式中，当流体(例如，环境空气)通过多个透明物体之间的间隙被抽吸至低压流体腔室时，该流体冷却透明物体。
在一些实施方式中，低压太阳能接收器装配有二次聚光器。在某些实施方式中，在2012年3月21日提交的题为“Multi-Thermal Storage Unit Systems,Fluid Flow ControlDevices,and Low Pressure Solar Receivers for Solar Power Systems and RelatedComponents and Uses Thereof”的国际专利申请序列号PCT/US2013/031627中也描述了本文描述的二次聚光器并且在图8A至8C中示出，该国际专利申请通过引用整体并入本文。二次聚光器用于从一次聚光器(例如，定日镜场)或其他源收集聚集的太阳辐射，并且将该太阳辐射引导至太阳能接收器的开口中。在一些实施方式中，二次聚光器提高了太阳能接收器的太阳能收集效率。二次聚光器通常由多个反射面板构成，每个反射面板通常具有反射表面和预定形状。多个反射面板通常以有助于入射太阳辐射朝向接收器开口反射的配置来布置。在一些实施方式中，多个反射面板被布置成使得二次聚光器具有整体抛物线形状，然而其他形状也可以是合适的。例如，二次聚光器可以具有椭圆形形状、半圆形形状、双曲线形状等。
与接收器的开口平行的二次聚光器的截面也可以具有多种形状。例如，与接收器的开口平行的二次聚光器的截面可以具有圆形形状、椭圆形形状、多边形形状、矩形形状等。
二次聚光器的尺寸和形状(例如，二次聚光器的最外部分的直径、二次聚光器的深度等)可以根据各种因素而变化，这些因素包括例如期望的收集效率、一次聚光器的尺寸和布置、接收器的开口尺寸、太阳能吸收器的热性能。在一些实施方式中，二次聚光器的深度与接收器的开口的直径的比率为1、1.25、1.5、2、2.5、3、4、5或更大。在一些实施方式中，二次聚光器的深度与接收器的开口的直径的比率在1至1.5、1至2.5、1至3、1至4或1至5的范围内。在一些实施方式中，二次聚光器的最外直径与接收器的开口的直径的比率为1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5.5、6或更大。在一些实施方式中，二次聚光器的深度与接收器的开口的直径的比率在1.5至2、1.5至3、1.5至4、1.5至5或1.5至6的范围内。
出于所有目的，以下专利和专利申请通过引用整体并入本文：于2002年9月12日公开、2002年2月1日提交的题为“Low Cost High Efficiency Automotive Turbines”的美国专利公开第2002/0124991号；于2004年1月27日发布、2002年2月1日提交的题为“Low CostHigh Efficiency Automotive Turbines”的美国专利第6,681,557号；于1993年11月9日发布、1990年11月5日提交的题为“Heat Exchanger Containing a Component Capable ofDiscontinuous Movement”的美国专利第5,259,444号；于2001年4月17日发布、1995年3月25日提交的题为“Heat Exchanger Containing a Component Capable of DiscontinuousMovement”的美国专利第RE37134号；于2007年4月26日公布、2006年10月17日提交的题为“Intermittent Sealing Device and Method”的美国公开第2007/0089283号；于2008年10月16日公布、2007年4月16日提交的题为“Regenerator Wheel Apparatus”的美国公开第2008/0251234号；于2009年1月1日公布、2007年6月29日提交的题为“Regenerative HeatExchanger with Energy-Storing Drive System”的美国公开第2009/0000761号；于2009年1月1日公布、2007年6月29日提交的题为“Brush-Seal and Matrix for RegenerativeHeat Exchanger and Method of Adjusting Same”的美国公开第2009/0000762号；于2006年3月16日公布、2004年12月16日提交的题为“Variable Area Mass or Area and MassSpecies Transfer Device and Method”的美国公开第2006/0054301号；于2011年9月16日提交的题为“Concentrated Solar Power Generation Using Solar Receivers”的国际专利申请序列号PCT/US2011/052051；以及于2012年3月21日提交的题为“Multi-ThermalStorage Unit Systems,Fluid Flow Control Devices,and Low Pressure SolarReceivers for Solar Power Systems and Related Components and Uses Thereof”的国际专利申请序列号PCT/US2013/031627。
虽然本文已经描述并示出了本发明的若干实施方式，但是本领域普通技术人员将容易想到用于执行本文描述的功能以及/或者获得本文描述的结果和/或本文描述的优点中的一个或更多个的各种其他装置和/或结构，并且这样的变化和/或修改中的每一个都被认为在本发明的范围内。更一般地，本领域技术人员将容易地理解，本文中描述的所有参数、尺寸、材料和配置均是示例性的，并且实际参数、尺寸、材料和/或配置将取决于使用本发明的教导的一个或多个特定应用。本领域的技术人员将认识到，或者能够仅使用常规实验来确定本文描述的本发明的具体实施方式的许多等同方案。因此，应当理解的是，前述实施方式仅作为示例给出，并且在所附权利要求及其等同方案的范围内，本发明可以以不同于具体描述和所要求保护的其他方式实施。本发明涉及本文中描述的每个单独的特征、系统、制品、材料和/或方法。另外，如果这样的特征、系统、制品、材料和/或方法不相互矛盾，则两个或更多个这样的特征、系统、制品、材料和/或方法的任何组合都包括在本发明的范围内。
除非明确相反指出，否则如本文中在说明书和权利要求书中使用的不定冠词“一种”和“一个”应当被理解为表示“至少一个”。
本文在说明书和权利要求书中使用的短语“和/或”应当被理解成意指如此结合的要素中的“任一者或二者”，即，要素在某些情况下结合存在，而在其他情况下分离存在。除非明确相反指出，否则除了“和/或”子句具体标识的元素之外，其他元素可以可选地存在，无论与那些具体标识的元素相关还是不相关。因此，作为非限制性示例，当与诸如“包括”的开放式语言结合使用时，对“A和/或B”的引用可以指代：在一个实施方式中A而没有B(可选地包括除了B之外的元素)；在另一实施方式中，B而没有A(可选地包括除了A之外的元素)；在又一实施方式中，A和B二者(可选地包括其他元素)；等。
如本文在说明书和权利要求中所使用的，“或”应当被理解为具有与如上面限定的“和/或”相同的含义。例如，当将列表中的项分开时，“或”或“和/或”应解释为包括性的，即包括多个元素或元素列表中的至少一个，但是也包括多于一个，以及可选地包括附加未列出的项。只有明确相反地指示的术语例如“其中的仅一个”或“其中的恰好一个”或者当在权利要求中使用时，“由……组成”将是指包括多个元素或元素列表中的恰好一个元素。通常，当之前有排他性术语例如“任一”、“其中之一”、“其中仅一个”或“其中恰好一个”时，本文中使用的术语“或”应仅被解释为指示排他性的替选方案(即“一个或另一个，而非二者”)。当在权利要求中使用时，“基本上由……组成”应该具有其在专利法领域中使用的普通含义。
如本文中在说明书和权利要求书中所使用的，在提及一个或更多个元素的列表时，短语“至少一个”应被理解为是指从该元素列表中的元素中的任何一个或更多个元素中选择的至少一个元素，但是不一定包括元素列表中具体列出的每个元素中的至少一个，并且不排除元素列表中元素的任何组合。该定义还允许除了短语“至少一个”所指代的元素列表中具体标识的元素之外的元素可以可选地存在，无论与那些具体标识的元素相关还是不相关。因此，作为非限制性示例，“A和B中的至少一个”(或等效地，“A或B中的至少一个”，或等效地“A和/或B中的至少一个”)可以指代在一个实施方式中为至少一个A，可选地包括多于一个的A，不存在B(并且可选地包括除B之外的元素)；在另一实施方式中，至少一个B，可选地包括多于一个的B，不存在A(并且可选地包括除A之外的元素)；在又一实施方式中，至少一个A，可选地包括多于一个的A，以及至少一个B，可选地包括多于一个的B(以及可选地包括其他元素)；等。
在权利要求中以及在以上说明书中，所有过渡短语例如“包括”、“包含”、“携带”、“具有”、“含有”、“涉及”、“持有”等都应当被理解为是开放式的，即，意味着包括但不限于。如美国专利局专利审查程序手册第2111.03节所阐述的，仅过渡短语“由……组成”和“基本由……组成”应当分别是封闭或半封闭的过渡短语。

Claims (84)

1.一种聚光太阳能组合加热和动力生成系统，包括：
太阳能接收器，其包括：
流体腔室，其包括流体入口、流体出口和用于接收聚集的太阳辐射的开口；
容纳在所述流体腔室内的太阳能吸收器；以及
透明物体，其限定所述流体腔室的壁的至少一部分；
其中，通过所述开口接收的聚集的太阳辐射穿过所述透明物体进入所述流体腔室中，并且照射在所述太阳能吸收器上以产生加热的第一流体，所述加热的第一流体具有小于2个大气压的第一压力；
热存储单元，其包括容器，所述容器在其中包含热存储介质并且具有流体入口和流体出口，所述流体入口与所述太阳能接收器的流体腔室的流体出口阀式流体连通；
动力生成系统，其包括：
热交换系统，其至少包括第一热交换单元，所述热交换系统定位在所述太阳能接收器和所述热存储单元的下游并且具有与所述太阳能接收器的流体腔室的流体出口阀式流体连通并且与所述热存储单元的流体出口阀式流体连通的入口，使得所述热交换系统能够选择性地从所述太阳能接收器的流体腔室和所述热存储单元中的任一者或两者接收所述加热的第一流体；
所述热交换系统被配置成将来自所述加热的第一流体的热传递至第二流体以产生加热的第二流体，所述加热的第二流体具有第二压力，所述第二压力大于所述第一压力；以及
燃气涡轮机，其与所述热交换系统的出口流体连通并且在所述热交换器系统的出口的下游，所述燃气涡轮机被配置成在燃气涡轮机入口处接收所述加热的第二流体并且通过所述加热的第二流体产生动力；以及
加热流体分流出口导管，其用于将所述加热的第一流体的至少一部分从所述动力生成系统分流，所述出口导管具有与所述太阳能接收器的流体腔室的流体出口和所述热存储单元阀式流体连通的入口，并且定位在所述热交换系统的入口和所述热存储单元的入口的上游。
2.根据权利要求1所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，还包括补充入口导管，所述补充入口导管用于将补充和/或再循环的流体引入至所述系统中，其中，所述补充入口导管连接在所述太阳能接收器的流体腔室的流体入口的上游并且与所述太阳能接收器的流体腔室的流体入口流体连通，并且与所述热存储单元流体连通地连接。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，其中，所述燃气涡轮机还包括燃气涡轮机排气出口，所述燃气涡轮机排气出口与所述流体腔室的流体入口和所述热存储单元阀式流体连通，使得所述燃气涡轮机的具有小于2个大气压的压力的基本上未压缩的排气能够选择性地被馈送至所述太阳能接收器的流体腔室和所述热存储单元中的任一者或两者。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，其中，所述热交换系统包括与所述第一热交换单元串联定位的第二热交换单元。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，其中，所述动力生成系统还包括工业处理单元，所述工业处理单元定位在所述热交换系统的下游，并且具有与所述热交换系统的第二出口阀式流体连通的入口，所述工业处理单元被配置成从所述热交换系统接收所述加热的第一流体，并且通过所述加热的第一流体产生用于操作所述工业处理单元的动力。
6.根据权利要求5所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，其中，所述工业处理单元为水净化系统、化学分离系统、化学反应器和/或工业发电机。
7.根据权利要求6所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，其中，所述水净化系统是脱盐系统。
8.根据权利要求6所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，其中，所述化学分离系统是蒸馏系统。
9.根据权利要求6所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，其中，所述工业发电机是蒸汽发电机。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，其中，所述第一压力在0.9个大气压与1.1个大气压之间。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，其中，所述加热的第一流体是环境压力下的空气。
12.一种聚光太阳能组合加热和动力生成系统，包括：
太阳能接收器，其包括：
流体腔室，其包括流体入口、流体出口和用于接收聚集的太阳辐射的开口；
容纳在所述流体腔室内的太阳能吸收器；以及
透明物体，其限定所述流体腔室的壁的至少一部分，其中，通过所述开口接收的聚集的太阳辐射穿过所述透明物体进入所述流体腔室中，并且照射在所述太阳能吸收器上以产生加热的第一流体，所述加热的第一流体具有小于2个大气压的第一压力；
热存储单元，其包括容器，所述容器在其中包含热存储介质并且具有流体入口和流体出口，所述流体入口与所述太阳能接收器的流体腔室的流体出口阀式流体连通；
动力生成系统，其包括：
热交换系统，其至少包括第一热交换单元，所述热交换系统定位在所述太阳能接收器和所述热存储单元的下游并且具有与所述太阳能接收器的流体腔室的流体出口阀式流体连通并且与所述热存储单元的流体出口阀式流体连通的入口，使得所述热交换系统能够选择性地从所述太阳能接收器的流体腔室和所述热存储单元中的任一者或两者接收所述加热的第一流体；
所述热交换系统被配置成将来自所述加热的第一流体的热传递至第二流体以产生加热的第二流体，所述加热的第二流体具有第二压力，所述第二压力大于所述第一压力；以及
燃气涡轮机，其与所述热交换系统的出口流体连通并且在所述热交换器系统的出口的下游，所述燃气涡轮机被配置成在燃气涡轮机入口处接收所述加热的第二流体并且通过所述加热的第二流体产生动力；以及
燃料燃烧单元，其定位在所述热交换系统的上游，与所述热交换系统、所述太阳能接收器的流体腔室和所述热存储单元流体连通，并且被配置成在所述加热的第一流体被引入所述热交换系统之前对所述加热的第一流体进一步加热以及/或者独立地向所述热交换系统提供用于驱动所述燃气涡轮机的足够量的所述加热的第一流体。
13.根据权利要求12所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，其中，所述燃气涡轮机还包括燃气涡轮机排气出口，所述燃气涡轮机排气出口与所述流体腔室的流体入口和所述热存储单元阀式流体连通，使得所述燃气涡轮机的具有小于2个大气压的压力的基本上未压缩的排气能够选择性地被馈送至所述太阳能接收器的流体腔室和所述热存储单元中的任一者或两者。
14.根据权利要求12至13中任一项所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，其中，所述热交换系统包括与所述第一热交换单元串联定位的第二热交换单元。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，其中，所述动力生成系统还包括工业处理单元，所述工业处理单元定位在所述热交换系统的下游，并且具有与所述热交换系统的第二出口阀式流体连通的入口，所述工业处理单元被配置成从所述热交换系统接收所述加热的第一流体，并且通过所述加热的第一流体产生用于操作所述工业处理单元的动力。
16.根据权利要求15所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，其中，所述工业处理单元为水净化系统、化学分离系统、化学反应器和/或工业发电机。
17.根据权利要求16所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，其中，所述水净化系统是脱盐系统。
18.根据权利要求16所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，其中，所述化学分离系统是蒸馏系统。
19.根据权利要求16所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，其中，所述工业发电机是蒸汽发电机。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，其中，所述第一压力在0.9个大气压与1.1个大气压之间。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，其中，所述加热的第一流体是环境压力下的空气。
22.一种组合加热和动力生成系统，包括：
加热流体的工业源，所述加热流体在大于或等于200℃与小于或等于2000℃之间并且在小于或等于2个大气压的压力下；
热存储单元，其包括容器，所述容器在其中包含热存储介质并且具有流体入口和流体出口，所述流体入口与所述加热流体的工业源的流体出口阀式流体连通；
动力生成系统，其包括：
热交换系统，其至少包括第一热交换单元，所述热交换系统定位在所述加热流体的工业源和所述热存储单元的下游并且具有与所述加热流体的工业源的流体出口阀式流体连通并且与所述热存储单元的流体出口阀式流体连通的入口，使得所述热交换系统能够选择性地从所述加热流体的工业源和所述热存储单元中的任一者或两者接收所述加热流体；
所述热交换系统被配置成将来自所述加热流体的热传递至第二流体以产生加热的第二流体，所述加热的第二流体具有第二压力，所述第二压力大于所述第一压力；以及
燃气涡轮机，其与所述热交换系统的出口流体连通并且在所述热交换器系统的出口的下游，所述燃气涡轮机被配置成在燃气涡轮机入口处接收所述加热的第二流体并且通过所述加热的第二流体产生动力；以及
加热流体分流出口导管，其用于将所述加热的第一流体的至少一部分从所述动力生成系统分流，所述出口导管具有与所述加热流体的工业源的流体出口和所述热存储单元阀式流体连通的入口，并且定位在所述热交换系统的入口和所述热存储单元的入口的上游。
23.根据权利要求22所述的组合加热和动力生成系统，其中，所述加热流体的工业源是工业热空气产生系统。
24.根据权利要求22至23中任一项所述的组合加热和动力生成系统，其中，所述加热流体的工业源是向热交换器供应热以产生所述加热流体的工业热源。
25.一种组合加热和动力生成系统，包括：
加热流体的工业源，所述加热流体在大于或等于200℃与小于或等于2000℃之间并且在小于或等于2个大气压的压力下；
热存储单元，其包括容器，所述容器在其中包含热存储介质并且具有流体入口和流体出口，所述流体入口与所述加热流体的工业源的流体出口阀式流体连通；
动力生成系统，其包括：
热交换系统，其至少包括第一热交换单元，所述热交换系统定位在所述加热流体的工业源和所述热存储单元的下游并且具有与所述加热流体的工业源的流体出口阀式流体连通并且与所述热存储单元的流体出口阀式流体连通的入口，使得所述热交换系统能够选择性地从所述加热流体的工业源和所述热存储单元中的任一者或两者接收所述加热的第一流体；
所述热交换系统被配置成将来自所述加热流体的热传递至第二流体以产生加热的第二流体，所述加热的第二流体具有第二压力，所述第二压力大于所述第一压力；以及
燃气涡轮机，其与所述热交换系统的出口流体连通并且在所述热交换器系统的出口的下游，所述燃气涡轮机被配置成在燃气涡轮机入口处接收所述加热的第二流体并且通过所述加热的第二流体产生动力；以及
燃料燃烧单元，其定位在所述热交换系统的上游，与所述热交换系统、所述加热流体的工业源和所述热存储单元流体连通，并且被配置成在所述加热流体被引入所述热交换系统之前对所述加热流体进一步加热以及/或者独立地向所述热交换系统提供用于驱动所述燃气涡轮机的足够量的所述加热流体。
26.根据权利要求25所述的组合加热和动力生成系统，其中，所述加热流体的工业源是工业热空气产生系统。
27.根据权利要求25至26中任一项所述的组合加热和动力生成系统，其中，所述加热流体的工业源是向热交换器供应热以产生所述加热流体的工业热源。
28.一种利用聚光太阳能接收器选择性地产生动力或热的方法，包括：
使具有小于2个大气压的压力的流体流经所述聚光太阳能接收器以产生加热流体；
选择性地使所述加热流体流向以下中的至少一个：
动力生成系统，其包括热交换器，所述热交换器被配置成将来自所述加热流体的热传递至第二加压的流体，所述第二加压的流体被馈送至燃气涡轮机以产生动力；
热存储单元，其被配置成存储从所述加热流体得到的热；以及
加热流体分流出口导管，其定位在所述动力生成系统的上游并且被配置成为工业处理提供热；
其中，所述动力生成系统、所述热存储单元和所述加热流体分流出口导管中的每一个流体地连接至所述太阳能接收器。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，在使所述加热流体流向所述热交换系统之前，使所述加热流体流经燃烧器以增加所述加热流体的温度。
30.根据权利要求28或29所述的方法，其中，所述流体为空气。
31.一种具有热存储的聚光太阳能组合加热系统，包括：
太阳能接收器，其包括：
流体腔室，其包括流体入口、流体出口和用于接收聚集的太阳辐射的开口；
容纳在所述流体腔室内的太阳能吸收器；以及
透明物体，其限定所述流体腔室的壁的至少一部分；
其中，通过所述开口接收的聚集的太阳辐射穿过所述透明物体进入所述流体腔室中，并且照射在所述太阳能吸收器上以产生加热的第一流体，所述加热的第一流体具有小于2个大气压的第一压力；
热存储单元，其包括容器，所述容器在其中包含热存储介质并且具有流体入口和流体出口，所述流体入口与所述太阳能接收器的流体腔室的流体出口阀式流体连通；以及
热交换系统，其至少包括第一热交换单元，所述热交换系统定位在所述太阳能接收器和所述热存储单元的下游并且具有与所述太阳能接收器的流体腔室的流体出口阀式流体连通并且与所述热存储单元的流体出口阀式流体连通的入口，使得所述热交换系统能够选择性地从所述太阳能接收器的流体腔室和所述热存储单元中的任一者或两者接收所述加热的第一流体，所述热交换系统被配置成将来自所述加热的第一流体的热传递至第二流体以产生加热的第二流体；
其中，所述加热的第二流体用于向工业处理单元供应热或用于空间加热目的，并且
其中，所述工业处理单元不含任何燃气涡轮机并且不用于产生电力。
32.根据权利要求31所述的具有热存储的聚光太阳能组合加热系统，还包括燃料燃烧单元，所述燃料燃烧单元定位在所述热交换系统的上游并且与所述热交换系统、所述太阳能接收器的流体腔室和所述热存储单元流体连通，并且被配置成在所述加热的第一流体被引入所述热交换系统之前对所述加热的第一流体进一步加热以及/或者独立地向所述热交换系统提供用于驱动所述工业处理的足够量的所述加热流体或为空间加热目的提供热。
33.根据权利要求31至32所述的具有热存储的聚光太阳能组合加热系统，其中，所述工业处理单元为水净化系统、化学分离系统、化学反应器和/或工业发电机。
34.根据权利要求33所述的具有热存储的聚光太阳能组合加热系统，其中，所述水净化系统是脱盐系统。
35.根据权利要求33所述的具有热存储的聚光太阳能组合加热系统，其中，所述化学分离系统是蒸馏系统。
36.根据权利要求33所述的具有热存储的聚光太阳能组合加热系统，其中所述工业发电机是蒸汽发电机。
37.根据权利要求31至36中任一项所述的具有热存储的聚光太阳能组合加热系统，其中，所述第一流体是空气。
38.一种用于向工业处理单元提供热的热供应和存储系统，所述系统包括：
加热流体的工业源，所述加热流体在大于或等于200℃与小于或等于2000℃之间并且在小于或等于2个大气压的压力下；
热存储单元，其包括容器，所述容器在其中包含热存储介质并且具有流体入口和流体出口，所述流体入口与所述加热流体的工业源的流体出口阀式流体连通；以及
热交换系统，其至少包括第一热交换单元，所述热交换系统定位在所述加热流体的工业源和所述热存储单元的下游并且具有与所述加热流体的工业源的流体出口阀式流体连通并且与所述热存储单元的流体出口阀式流体连通的入口，使得所述热交换系统能够选择性地从所述加热流体的工业源和所述热存储单元中的任一者或两者接收所述加热流体，所述热交换系统被配置成将来自所述加热流体的热传递至第二流体以产生加热的第二流体；
其中，所述加热的第二流体用于向工业处理单元供应热或用于空间加热目的；并且
其中，所述工业处理单元不含任何燃气涡轮机并且不用于产生电力。
39.根据权利要求38所述的热供应和存储系统，其中，所述加热流体的工业源是工业热空气产生系统。
40.根据权利要求38至39中任一项所述的热供应和存储系统，其中，所述加热流体的工业源是向热交换器供应热以产生所述加热流体的工业热源。
41.根据权利要求38至40中任一项所述的热供应和存储系统，其中，所述加热流体的工业源是太阳能接收器。
42.根据权利要求38至41中任一项所述的热供应和存储系统，其中，所述工业处理单元为水净化系统、化学分离系统、化学反应器和/或工业发电机。
43.根据权利要求42所述的热供应和存储系统，其中，所述水净化系统是脱盐系统。
44.根据权利要求42所述的热供应和存储系统，其中，所述化学分离是蒸馏系统。
45.根据权利要求42所述的热供应和存储系统系统，其中，所述工业发电机是蒸汽发电机。
46.一种聚光太阳能组合加热和动力生成系统，包括：
太阳能接收器，其包括：
流体腔室，其包括流体入口、流体出口和用于接收聚集的太阳辐射的开口；
容纳在所述流体腔室内的太阳能吸收器；以及
透明物体，其限定所述流体腔室的壁的至少一部分；
其中，通过所述开口接收的聚集的太阳辐射穿过所述透明物体进入所述流体腔室中，并且照射在所述太阳能吸收器上以产生加热的第一流体，所述加热的第一流体具有小于2个大气压的第一压力；
热存储单元，其包括容器，所述容器在其中包含热存储介质并且具有流体入口和流体出口，所述流体入口与所述太阳能接收器的流体腔室的流体出口阀式流体连通；
燃料燃烧单元，其定位在所述热交换系统的上游，与所述热交换系统、所述太阳能接收器的流体腔室和所述热存储单元流体连通，并且被配置成在所述加热的第一流体被引入所述热交换系统之前对所述加热的第一流体进一步加热以及/或者独立地向所述热交换系统提供用于驱动所述燃气涡轮机的足够量的所述加热的第一流体；以及
动力生成系统，其包括：
热交换系统，其至少包括第一热交换单元，所述热交换系统定位在所述太阳能接收器和所述热存储单元的下游并且具有与所述太阳能接收器的流体腔室的流体出口阀式流体连通并且与所述热存储单元的流体出口阀式流体连通的入口，使得所述热交换系统能够选择性地从所述太阳能接收器的流体腔室和所述热存储单元中的任一者或两者接收所述加热的第一流体；
所述热交换系统被配置成将来自所述加热的第一流体的热传递至第二流体以产生加热的第二流体，所述加热的第二流体具有第二压力，所述第二压力大于所述第一压力；
燃气涡轮机，其与所述热交换系统的出口流体连通并且在所述热交换器系统的出口的下游，所述燃气涡轮机被配置成在燃气涡轮机入口处接收所述加热的第二流体并且通过所述加热的第二流体产生动力，经由发电机发电；以及
燃料能量系统，其定位在所述热交换系统的下游并且具有与所述热交换器系统的第二出口阀式流体连通的入口，所述燃料能量系统被配置成接收以下中的一个或更多个：
来自所述热交换系统的所述加热的第一流体；以及/或者
由所述发电机产生的电力，其中，
所述燃料能量系统产生以下中的一个或更多个：
适合于由所述燃料燃烧单元燃烧的可燃燃料；
电力；以及/或者
适合于驱动所述燃气涡轮机的加压工作流体。
47.根据权利要求46所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，其中，所述燃料能量系统具有与所述燃气涡轮机入口阀式流体连通的出口。
48.根据权利要求46或47所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，其中，所述燃料能量系统具有与所述燃料燃烧单元的入口阀式流体连通的出口。
49.根据权利要求46至48中任一项所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，其中，所述可燃燃料通过电解产生。
50.根据权利要求46至49中任一项所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，其中，所述燃料能量系统被配置成存储所述可燃燃料。
51.根据权利要求46至50中任一项所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，其中，所述可燃燃料是氢。
52.根据权利要求46至51中任一项所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，其中，所述可燃燃料在所述燃料燃烧单元中燃烧。
53.根据权利要求46至52中任一项所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，还包括加热流体分流出口导管，所述加热流体分流出口导管用于将所述加热的第一流体的至少一部分从所述动力生成系统分流，所述出口导管具有与所述太阳能接收器的流体腔室的流体出口和所述热存储单元阀式流体连通的入口，并且定位在所述热交换系统的入口和所述热存储单元的入口的上游。
54.根据权利要求46至53中任一项所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，还包括补充入口导管，所述补充入口导管用于将补充和/或再循环的流体引入至所述系统中，其中，所述补充入口导管连接在所述太阳能接收器的流体腔室的流体入口的上游并且与所述太阳能接收器的流体腔室的流体入口流体连通，并且与所述热存储单元流体连通地连接。
55.根据权利要求46至54中任一项所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，其中，所述燃气涡轮机还包括燃气涡轮机排气出口，所述燃气涡轮机排气出口与所述流体腔室的流体入口和所述热存储单元阀式流体连通，使得所述燃气涡轮机的具有小于2个大气压的压力的基本上未压缩的排气能够选择性地被馈送至所述太阳能接收器的流体腔室和所述热存储单元中的任一者或两者。
56.根据权利要求46至55中任一项所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，其中，所述热交换系统包括与所述第一热交换单元串联定位的第二热交换单元。
57.根据权利要求46至56中任一项所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，其中，所述动力生成系统还包括工业处理单元，所述工业处理单元定位在所述热交换系统的下游，并且具有与所述热交换系统的第二出口阀式流体连通的入口，所述工业处理单元被配置成从所述热交换系统接收所述加热的第一流体，并且通过所述加热的第一流体产生用于操作所述工业处理单元的动力。
58.根据权利要求57所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，其中，所述工业处理单元为水净化系统、化学分离系统、化学反应器和/或工业发电机。
59.根据权利要求58所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，其中，所述水净化系统是脱盐系统。
60.根据权利要求58所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，其中，所述化学分离系统是蒸馏系统。
61.根据权利要求58所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，其中，所述工业发电机是蒸汽发电机。
62.根据权利要求46至61中任一项所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，其中，所述第一压力在0.9个大气压与1.1个大气压之间。
63.根据权利要求46至62中任一项所述的聚光太阳能组合加热和动力生成系统，其中，所述加热的第一流体是环境压力下的空气。
64.一种聚光太阳能组合加热和动力生成系统，包括：
加热流体的工业源，所述加热流体在大于或等于200℃与小于或等于2000℃之间并且在小于或等于2个大气压的压力下；
热存储单元，其包括容器，所述容器在其中包含热存储介质并且具有流体入口和流体出口，所述流体入口与所述加热流体的工业源的流体出口阀式流体连通；
燃料燃烧单元，其定位在所述热交换系统的上游，与所述热交换系统、所述加热流体的工业源和所述热存储单元流体连通，并且被配置成在所述加热流体被引入所述热交换系统之前对所述加热流体进一步加热以及/或者独立地向所述热交换系统提供用于驱动所述燃气涡轮机的足够量的所述加热流体；以及
动力生成系统，其包括：
热交换系统，其至少包括第一热交换单元，所述热交换系统定位在所述加热流体的工业源和所述热存储单元的下游并且具有与所述加热流体的工业源的流体出口阀式流体连通并且与所述热存储单元的流体出口阀式流体连通的入口，使得所述热交换系统能够选择性地从所述加热流体的工业源和所述热存储单元中的任一者或两者接收所述加热流体；
所述热交换系统被配置成将来自所述加热流体的热传递至第二流体以产生加热的第二流体，所述加热的第二流体具有第二压力，所述第二压力大于所述第一压力；
燃气涡轮机，其与所述热交换系统的出口流体连通并且在所述热交换器系统的出口的下游，所述燃气涡轮机被配置成在燃气涡轮机入口处接收所述加热的第二流体并且通过所述加热的第二流体产生动力，经由发电机发电；以及
燃料能量系统，其定位在所述热交换系统的下游并且具有与所述热交换器系统的第二出口阀式流体连通的入口，所述燃料能量系统被配置成接收以下中的一个或更多个：
来自所述热交换系统的所述加热的第一流体；以及/或者
由所述发电机产生的电力，其中，
所述燃料能量系统产生以下中的一个或更多个：
适合于由所述燃料燃烧单元燃烧的可燃燃料；
电力；以及/或者
适合于驱动所述燃气涡轮机的加压工作流体。
65.根据权利要求64所述的组合加热和动力生成系统，其中，所述燃料能量系统具有与所述燃气涡轮机入口阀式流体连通的出口。
66.根据权利要求64或65所述的组合加热和动力生成系统，其中，所述燃料能量系统具有与所述燃料燃烧单元的入口阀式流体连通的出口。
67.根据权利要求64至66中任一项所述的组合加热和动力生成系统，其中，所述可燃燃料通过电解产生。
68.根据权利要求64至67中任一项所述的组合加热和动力生成系统，其中，所述燃料能量系统被配置成存储所述可燃燃料。
69.根据权利要求64至68中任一项所述的组合加热和动力生成系统，其中，所述可燃燃料是氢。
70.根据权利要求64至69中任一项所述的组合加热和动力生成系统，其中，所述可燃燃料在所述燃料燃烧单元中燃烧。
71.根据权利要求6470中任一项所述的组合加热和动力生成系统，还包括加热流体分流出口导管，所述加热流体分流出口导管用于将所述加热的第一流体的至少一部分从所述动力生成系统分流，所述出口导管具有与所述加热流体的工业源的流体出口和所述热存储单元阀式流体连通的入口，并且定位在所述热交换系统的入口和所述热存储单元的入口的上游。
72.根据权利要求64至71中任一项所述的组合加热和动力生成系统，其中，所述加热流体的工业源是工业热空气产生系统。
73.根据权利要求64至72中任一项所述的组合加热和动力生成系统，其中，所述加热流体的工业源是向热交换器供应热以产生所述加热流体的工业热源。
74.一种能够通过在700℃与1300℃之间并且在小于或等于2个大气压的第一压力下的加热流体的工业源产生动力的动力生成系统，所述动力生成系统包括：
热交换系统，其至少包括串联配置的第一热交换单元和第二热交换单元，所述热交换系统定位在所述加热流体的工业源的下游并且具有与所述加热流体的工业源的流体出口阀式流体连通的入口，其中，所述热交换系统被配置成将来自所述加热流体的热传递至第二流体以产生加热的第二流体；以及
燃气涡轮机，其与所述热交换系统的出口流体连通并且在所述热交换器系统的出口的下游，所述燃气涡轮机被配置成在燃气涡轮机入口处接收所述加热的第二流体并且通过所述加热的第二流体产生动力。
75.一种能够通过高达1700℃并且在小于或等于2个大气压的第一压力下的工业源产生动力的动力生成系统，所述动力生成系统包括：
热交换系统，其至少包括串联配置的第一热交换单元和第二热交换单元，所述热交换系统定位在所述加热流体的工业源的下游并且具有与所述加热流体的工业源的流体出口阀式流体连通的入口，其中，所述热交换系统被配置成将来自所述加热流体的热传递至第二流体以产生加热的第二流体；以及
燃气涡轮机，其与所述热交换系统的出口流体连通并且在所述热交换器系统的出口的下游，所述燃气涡轮机被配置成在燃气涡轮机入口处接收所述加热的第二流体并且通过所述加热的第二流体产生动力。
76.根据权利要求74或75所述的动力生成系统，其中，所述动力生成系统还包括工业处理单元，所述工业处理单元定位在所述热交换系统的下游，并且具有与所述热交换系统的第二出口阀式流体连通的入口，所述工业处理单元被配置成从所述热交换系统接收所述加热的第一流体，并且通过所述加热的第一流体产生用于操作所述工业处理单元的动力。
77.根据权利要求76所述的动力生成系统，其中，所述工业处理单元为水净化系统、化学分离系统、化学反应器和/或工业发电机。
78.根据权利要求77所述的动力生成系统，其中，所述水净化系统是脱盐系统。
79.根据权利要求77所述的动力生成系统，其中，所述化学分离系统是蒸馏系统。
80.根据权利要求77所述的动力生成系统，其中，所述工业发电机是蒸汽发电机。
81.根据权利要求74至80中任一项所述的动力生成系统，其中，所述第一压力在0.9个大气压与1.1个大气压之间。
82.根据权利要求74至81中任一项所述的动力生成系统，其中，所述加热的第一流体是环境压力下的空气。
83.一种能够通过在700℃与1800℃之间并且在小于或等于2个大气压的第一压力下的加热流体的工业源产生动力的动力生成系统，所述动力生成系统包括：
热交换系统，其至少包括串联配置的第一热交换单元和第二热交换单元，所述热交换系统定位在所述加热流体的工业源的下游并且具有与所述加热流体的工业源的流体出口阀式流体连通的入口，其中，所述热交换系统被配置成将来自所述加热流体的热传递至第二流体以产生加热的第二流体；以及
燃气涡轮机，其与所述热交换系统的出口流体连通并且在所述热交换器系统的出口的下游，所述燃气涡轮机被配置成在燃气涡轮机入口处接收所述加热的第二流体并且通过所述加热的第二流体产生动力。
84.一种能够通过高达1800℃并且在小于或等于2个大气压的第一压力下的加热流体的工业源产生动力的动力生成系统，所述动力生成系统包括：
热交换系统，其至少包括串联配置的第一热交换单元和第二热交换单元，所述热交换系统定位在所述加热流体的工业源的下游并且具有与所述加热流体的工业源的流体出口阀式流体连通的入口，其中，所述热交换系统被配置成将来自所述加热流体的热传递至第二流体以产生加热的第二流体；以及
燃气涡轮机，其与所述热交换系统的出口流体连通并且在所述热交换器系统的出口的下游，所述燃气涡轮机被配置成在燃气涡轮机入口处接收所述加热的第二流体并且通过所述加热的第二流体产生动力。
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