CN202746127U

CN202746127U - 热发电站

Info

Publication number: CN202746127U
Application number: CN2012202784664U
Authority: CN
Inventors: A.戈德曼
Original assignee: Source Industry (israel) Co Ltd Of Light
Current assignee: Source Industry (israel) Co Ltd Of Light
Priority date: 2012-06-13
Filing date: 2012-06-13
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2022-06-13

Abstract

提供了一种热发电站。其公开了能量中心、储热系统、太阳能热系统、非太阳能热系统和控制器。包括被构造来获取热能以驱动发电机的涡轮和被构造来将热能供应给涡轮的蒸汽产生系统(SGS)。储热系统包括储热介质(TSM)、可操作地连接到能量中心的蒸汽产生系统以将热从储热介质供应给蒸汽产生系统的热侧和被构造以便于将热存储到储热介质的冷侧。太阳能热系统包括太阳能热流体(STF)和被构造来利用撞击的太阳辐射以加热太阳能热流体的聚集系统，所述太阳能热系统可操作地连接到能量中心的蒸汽产生系统以将热从太阳能热流体供应给蒸汽产生系统。非太阳能热系统包括非太阳能热流体(NSTF)和被构造来加热非太阳能热流体的非太阳能热源，所述非太阳能热系统可操作地连接到储热系统的冷侧以对其供热。控制器被构造来管理热发电站的操作。

Description

热发电站

技术领域

本公开涉及太阳能热发电设备，且特别涉及包括不可再生能源的发电设备。

背景技术

能源供应商一直在致力于寻求替代性一次能源。一种这类能源为太阳能，且一种利用太阳能的方式为采用中央塔发电设备。

一种典型的中央塔发电设备装置包括定日镜阵列以及收集塔。每个定日镜被构造来追踪太阳且将日光朝着收集塔的槽反射，从而加热此槽及其内容物。构成热传输介质的传热流体（其可为例如熔盐或热油的液体）容纳于上述槽中。

将加热的热流体传输到发电设备（例如蒸汽发电设备），其中热流体的热能用于驱动其一个或多个涡轮，以便以常规方式如通过将每个涡轮的轮轴耦合到发电机来发电。

发明内容

根据本发明所公开的主题的一个方面，提供了一种热发电站，其包括：

●能量中心，其包括被构造来获取热能以驱动发电机的涡轮和被构造来将热能供应给涡轮的蒸汽产生系统（SGS）；

●储热系统，其包括储热介质（TSM）、可操作地连接到能量中心的蒸汽产生系统以将热从储热介质供应给蒸汽产生系统的热侧和被构造以便于将热存储到储热介质的冷侧；

●太阳能热系统，其包括太阳能热流体（STF）和被构造来利用撞击的太阳辐射以加热太阳能热流体的聚集系统，所述太阳能热系统可操作地连接到能量中心的蒸汽产生系统以将热从太阳能热流体供应给蒸汽产生系统；

●非太阳能热系统，其包括非太阳能热流体（NSTF）和被构造来加热非太阳能热流体的非太阳能热源，所述非太阳能热系统可操作地连接到储热系统的冷侧以对其供热；和

●控制器，其被构造来管理热发电站的操作。

非太阳能热系统还可以可操作地连接到能量中心的蒸汽产生系统以将热从非太阳能热流体供应给蒸汽产生系统。控制器可以被构造来管理操作，使得热从非太阳能热流体选择性供应给储热系统的冷侧或能量中心的蒸汽产生系统。控制器还可以被构造来管理操作，使得非太阳能热流体的第一部分热供应给储热系统的冷侧，且非太阳能热流体的第二部分热供应给能量中心的蒸汽产生系统。

太阳能热系统还可以可操作地连接到储热系统的冷侧。控制器可以被构造来管理操作，使得热从太阳能热流体选择性供应给储热系统的冷侧或能量中心的蒸汽产生系统。控制器还可以被构造来管理操作，使得太阳能热流体的第一部分热供应给储热系统的冷侧，且太阳能热流体的第二部分热供应给能量中心的蒸汽产生系统。

储热系统可以经过设计使得：

●储热系统的热侧包括用于将加热的储热介质存储于其中以将热供应给能量中心的蒸汽产生系统的热存储槽；且

●储热系统的冷侧包括在供应之后用于将储热介质存储于其中的冷存储槽。

储热系统的热侧包括被构造来从引取自热存储槽的储热介质传递热的输出热交换器，其中储热系统的冷侧包括被构造来将热传递给引取自冷存储槽的储热介质的输入热交换器。

在冷侧内加热的储热介质可以供应给热存储槽，且在热侧内供热的储热介质可以供应给冷存储槽。

储热介质可以是熔盐。

能量中心可以包括被构造来将热从蒸汽产生系统传递给涡轮的工作流体。

蒸汽产生系统可以包括被构造来加热工作流体的一个或多个热交换器。

涡轮可以是蒸汽涡轮，工作流体是水。

非太阳能热源可以是煤，非太阳能热系统包括煤粉燃烧器。

非太阳能热源可以是核燃料，非太阳能热系统包括核蒸汽产生器。

非太阳能热源可以是天然气。非太阳能热系统可以包括配备将热提供给非太阳能热流体的废热回收设备的联合型循环燃气涡轮发电设备。

附图说明

为了理解本发明并且了解如何在实践中实施本发明，现在将参考附图且仅举非限制实施例方式描述实施方案，其中：

图1是热发电设备的示意图；

图2是图1所示的热发电设备的储热系统的示意图；

图3A和图3B是根据本发明所公开的主题的不同实施例的太阳能热系统的示意图；

图4至图6是根据本发明所公开的主题的不同实施例的非太阳能热系统的示意图；

图7A至图7C是根据本发明所公开的主题的不同实施例的供应调节器的示意图；

图8A至图8C是根据本发明所公开的主题的不同实施例的返回调节器的示意图；和

图9是配备图1所示的热发电设备的可再生能源系统的示意图。

具体实施方式

如图1示意性所示，提供通常以10表示的热发电站。热发电站10被设计用来提供电能，且因此包括通常在这种发电设备中提供且本领域技术人员熟知的大量元件，其多数并未描述于本公开中；但是，为了清楚起见，本公开省略那些没有必要描述的元件以便理解本发明。

热发电站10包括能量中心12、储热系统14、太阳能热系统16和非太阳能热系统18。此外，提供控制器20以管理热发电站10的操作。应了解，虽然图1中示意性所示的控制器20是单个元件，但在实践中，其可以提供为一起工作以管理热发电站10的操作的多个控制器。

能量中心12被构造来利用热能产生电能。因而，所述能量中心12包括耦合到发电机24用来发电的一个或多个蒸汽涡轮22、被构造以加热能量中心12的工作流体（接着所述工作流体被提供给涡轮以对其供热能）的蒸汽产生系统26，以及将涡轮连接到蒸汽产生系统的管道28。应理解，虽然图1图示了一个涡轮22，但是能量中心12可以包括（例如）连续设置（即，从一个涡轮输出的工作流体用作另一个的输入）且在不同压力下操作的多个涡轮。多个涡轮22可以具有驱动单个发电机24的共同轴，或者所述涡轮22可以驱动不同的发电机。此外，能量中心12可以包括图1未图示的冷凝器、给水加热器、泵和多种其它元件。

在能量中心12的操作期间，通过蒸汽产生系统26产生蒸汽。此蒸汽用来驱动涡轮22，该涡轮22继而驱动发电机24，从而产生可以供给电网的电。

蒸汽产生系统26可以包括具有（例如）三个热交换器的蒸汽产生串列，使得工作流体可以到达适合驱动涡轮22的温度和压力。例如，热交换器可以是预热器30、蒸发器32和过热器34。

如图2所示，储热系统14被构造来存储将供应给能量中心12的热能。该储热系统14包括热存储槽36和输出热交换器38，其一起构成储热系统14的热侧40。储热系统14还包括冷存储槽42和输入热交换器44，其一起构成储热系统14的冷侧。在储热系统14中提供储热介质（诸如，熔盐）来存储热能。此外，提供适当的管道48以在储热系统14内移动储热介质。

输出热交换器38可操作地连接到能量中心12的蒸汽产生系统26以对其提供存储于储热介质中的热能。如下文描述，输入热交换器44可操作地连接到热能源以便于通过储热介质存储热能。

储热系统14可以储能模式或排能模式操作。该储热系统14可以设计成便于每次以一个模式操作，或者同时以两个模式操作。

在储能模式中，在储热介质从冷存储槽流过输入热交换器44时，加热的流体（即，具有比冷存储槽42内的储热介质的温度更高的温度的流体）流过输入热交换器44。加热的流体和储热介质可以在相同方向上流动，或者其在相反方向上流动以增加传热的效率（如图2所示）。如此，加热的流体内的热能传递给储热介质，所述储热介质随后存储于热存储槽36中。

在排能模式中，在储热介质从热存储槽流过输出热交换器38时，具有比热存储槽36内的储热介质的温度更低的温度的流体流过输出热交换器38。流体和储热介质可以在相同方向上流动，或者其在相反方向上流动以便增加传热的效率（如图2所示）。如此，储热介质内的热能传递给流体，就本公开而言，所述流体流向能量中心12的蒸汽产生系统26来加热其工作流体。

太阳能热系统16被构造来从撞击的太阳辐射捕捉热能。如图3A所示，太阳能热系统16可以包括通常以50表示的中央塔发电设备。该中央塔发电设备50包括多个定日镜52，所述定日镜52被构造来追踪太阳且将撞击的太阳辐射朝着收集塔54反射，从而聚集太阳辐射。太阳能热流体在收集塔54内流动，并且由经反射和聚集的太阳辐射加热。

如图3B所示，太阳能热系统16可以包括通常以56表示的线聚焦太阳能集热器。线聚焦太阳能收集器包括多个槽型收集器58，其中管状辐射吸收器60安置于其焦点处。槽型收集器58被构造来追踪太阳且将撞击的太阳辐射朝着管状辐射吸收器60聚集。太阳能热流体在管状辐射吸收器60内流动，并且由经聚集的太阳辐射加热。

根据参考图3A和图3B描述的任何一个实施例，加热的太阳能热流体用于将热能供应给能量中心12。因而，太阳能热16可操作地连接到蒸汽产生系统26以对其供应热能。特别来说，热发电站10可以被构造来允许加热的太阳能热流体流过热交换器30、32、34。一旦太阳能热流体已加热能量中心12的工作流体，所述太阳能热流体便返回到太阳能热系统16，并在其中被重新加热。

或者，加热的太阳能热流体可以用于将热能供应给储热系统14。因此，太阳能热系统16可操作地连接到储热系统14的输入热交换器44。如此，太阳能热流体构成储热系统14的储能模式中的加热的流体。一旦太阳能热流体已加热储热系统14的储热介质，所述太阳能热流体便返回到太阳能热系统16，并在其中被重新加热。

非太阳能热系统18被构造来利用不可再生能源（诸如煤、核燃料或天然气）以将热提供给蒸汽产生系统26。

如图4所示，非太阳能热系统18可以将煤用作其能源。因而，所述非太阳能热系统18可包括粉碎机62和锅炉64。

在操作中，将煤提供给粉碎机62，煤在其中被碾磨成细粉。经过碾磨的煤被吹入锅炉64，并在其中被燃烧。非太阳能热流体在暴露于燃煤热的管道66内流动。如上文描述，接着加热的非太阳能热流体用于将热能直接供应给能量中心12，或加热储热系统14的储热介质（即，所述加热的非太阳能热流体构成储热系统14的储能模式的加热流体）。或者，热发电站可以被构造来利用一部分的加热非太阳能热流体来将热能直接供应给能量中心12，并且利用一部分来加热储热系统14的储热介质。

如图5A所示，非太阳能热系统18可以将核燃料用作其能源。因而，所述非太阳能热系统18可以包括密封装置68，所述密封装置68被设计成将逸出的辐射容纳于预定义的最大压力下。密封装置68容置反应堆容器70和可操作地连接到储热系统14的输入热交换器44的热交换器72，以及连接于其间的管道74。通常为水的核工作流体填充反应堆容器70、热交换器72和管道74。由能够进行核裂变的可裂变元素组成的核燃料棒76连同控制棒78一起提供于反应堆容器70中，所述控制棒78被提供来控制核反应的速率。

在操作中，燃料棒76经历核裂变而释放加热工作流体的能量，接着所述工作流体流向热交换器72。非太阳能热流体在热交换器72内被加热，并且将热传递给储热系统14的输入热交换器44，从而对其提供热能。

根据修改，如图5B所示，密封装置68容置反应堆容器70和通过管道74连接的储热系统14的输入热交换器44。根据这个修改，核工作流体构成非太阳能热流体。

如图6所示，非太阳能热系统18可以将天然气用作其热能源。此外，所述非太阳能热系统18可以自己发电。因而，所述非太阳能热系统18包括耦合到发电机82的燃气涡轮80。此外，提供废热回收装置84。废热回收装置84可以包括非太阳能热流体所流过且可操作地连接到储热系统14的输入热交换器44的热交换器86。

在操作中，天然气在燃气涡轮80内燃烧而使其轴旋转，从而驱动发电机82并且产生可以直接供应给电网的电。这个过程的废气废热在废热回收装置84内被捕捉，且加热流过热交换器86的非太阳能热流体。加热的非太阳能热流体用于加热储热系统14的输入热交换器44中的储热介质。

热发电站10可以被构造来以多个模式操作：太阳能产生模式、太阳能存储模式、非太阳能产生模式、非太阳能存储模式和来自存储的产生模式。所述热发电站10可以被构造来同时以两个或更多个这些模式操作。

为了便于以不同模式操作，热发电站还可以包括也在图1图示的太阳能供应调节器90、太阳能返回调节器92、非太阳能供应调节器94、非太阳能返回调节器96和多个泵95。

每个供应调节器90、94被构造来将热流体流从太阳能热系统16或非太阳能热系统18分别选择性选路到朝着能量中心10的路径或朝着储热系统12的路径。所述供应调节器90、94可被构造来将热流体完全选路到其中一个路径，或将一部分选路到一个路径且将一部分选路到另一个路径。

根据一个实施例，如图7A所示，每个供应调节器90、94可以包括三通阀98，其将入口管100连接到两个出口管102a、102b中的一个。根据另一个实施例，如图7B所示，每个供应调节器90、94可以包括分流阀104，其将入口管100连接到两个出口管102a、102b，使得入口管中的预定部分的热流体流向每个出口管。根据任何一个实施例，每个出口管102a、102b流向蒸汽产生系统26或储热系统14。

根据又一个实施例，如图7C所示，每个供应调节器90、94可以包括许多三通阀106，每个三通阀106连接到多个入口管108中的一个以及多个出口管110a、110b中的两个。每个出口管110a、110b流向蒸汽产生系统26或储热系统14。入口管108可以连接到单个主入口管112，其中所有入口管108的总容量等于主入口管112的总容量。

在操作中，热发电站10的控制器20独立地管理每个三通阀106的操作，以便控制流向每个蒸汽产生系统26和储热系统14的部分热流体。应了解，每个入口管108的容量可以是相同的，但每个也可以是不同的。例如，提供四个入口管108，其中第一个具有主入口管112一半容量的容量，第二个具有主入口管四分之一容量的容量，且第三个和第四个具有主入口管八分之一容量的容量。以此方式，在只要求四个阀106时，供应调节器90、94可以将热流体流分成八分之一的分离度。

每个返回调节器92、96被构造来将从能量中心10或储热系统12返回的热流体流选路朝向太阳能热系统16（就太阳能返回调节器92而言）或非太阳能热系统18（就非太阳能返回调节器96而言）。通常，返回调节器92、96的设计依赖于对应供应调节器90、94的设计。

根据图8A所示且对应于图7A所示的供应调节器90、94的一个实施例，每个返回调节器92、96可以包括三通阀114，其将两个入口管116a、116b中的一个连接到一个出口管118。根据图8B所示且对应于图7B中所示的供应调节器90、94的另一个实施例，每个返回调节器92、96可以包括集流阀120，其将两个入口管116a、116b连接到出口管118。根据任何一个实施例，每个入口管116a、116b从蒸汽产生系统26或储热系统14接纳热流体流。

根据图8C所示且对应于图7C所示的供应调节器90、94的又一个实施例，每个返回调节器92、96可以包括许多三通阀122，每个三通阀122连接到多个入口管124a、124b中的两个。每个三通阀122对应于对应供应调节器90、94中的一个三通阀106，且每个入口管124a、124b对应于对应供应调节器中的一个出口管102a、102b。此外，每个返回调节器92、96包括多个出口管126中的一个。每个入口管124a、124b从蒸汽产生系统26或储热系统14接纳热流体流。出口管126连接到单个主出口管128，其中所有出口管124a、124b的总容量等于主出口管128的总容量。

在操作中，热发电站10的控制器20管理每个三通阀122的操作，所述操作彼此独立且对应于对应供应调节器90、94所对应的三通阀106的操作。

在太阳能产生模式中，控制器20管理热发电站10的操作，使得来自太阳能热系统16的加热太阳能热流体对能量中心10的操作供应热能。特别来说，控制器20管理太阳能供应调节器90的操作以在太阳能热系统16与蒸汽产生系统26之间进行连接，且操作所需的泵95来使太阳能热流体在其间循环，从而便于在两者之间传递能量。此外，控制器20管理太阳能返回调节器94的操作以在蒸汽产生系统26与太阳能热系统16之间进行连接，从而完成两者之间的传热回路。

在太阳能存储模式中，控制器20管理热发电站10的操作，使得来自太阳能热系统16的太阳能热流体提供热能来存储于储热系统14中。特别来说，控制器20管理太阳能供应调节器90的操作以在太阳能热系统16与储热系统14的输入热交换器44之间进行连接，且操作所需的泵95来使太阳能热流体在其间循环。此外，控制器20管理太阳能返回调节器94的操作以在输入热交换器44与太阳能热系统16之间进行连接，从而完成两者之间的传热回路。

在非太阳能产生模式中，控制器20管理热发电站10的操作，使得来自非太阳能热系统18的加热非太阳能热流体对能量中心10的操作供应热能。特别来说，控制器20管理非太阳能热调节器92的操作以在非太阳能热系统18与蒸汽产生系统26之间进行连接，且操作所需的泵95来使非太阳能热流体在其间循环，从而便于在两者之间传递能量。此外，控制器20管理非太阳能返回调节器96的操作以在蒸汽产生系统26与非太阳能热系统18之间进行连接，从而完成两者之间的传热回路。

在非太阳能存储模式中，控制器20管理热发电站10的操作，使得来自非太阳能热系统16的非太阳能热流体提供热能来存储于储热系统14中。特别来说，控制器20管理非太阳能供应调节器92的操作以在非太阳能热系统18与储热系统14的输入热交换器44之间进行连接，且操作所需的泵95来使非太阳能热流体在其间循环。此外，控制器20管理非太阳能返回调节器96的操作以在输入热交换器44与非太阳能热系统18之间进行连接，从而完成传热回路22。

在来自存储的产生模式中，控制器20管理热发电站10的操作，使得储热系统14内的加热储热介质对能量中心10的操作提供热能。特别来说，控制器20管理储热系统14以上文描述的排能模式操作，且操作所需的泵95来使传热流体在储热系统14的输出热交换器38与能量中心10的蒸汽产生系统26之间循环。

此外，应了解，控制器20可以管理热发电站10的操作，使得多个模式正同时操作。例如，控制器20可以管理太阳能供应调节器90的操作以将一部分太阳能热流体选路到能量中心10，且将其一部分选路到储热系统12。从而，热发电站10可以同时以太阳能产生和太阳能存储模式操作。类似地，控制器20可以管理非太阳能供应调节器94的操作以将一部分非太阳能热流体选路到能量中心10，且将其一部分选路到储热系统12。从而，热发电站10可以同时以非太阳能产生和太阳能存储模式操作。此外，两个或更多个太阳能产生、非太阳能产生和来自存储的产生模式可以同时操作，且太阳能存储和非太阳能存储模式可以同时操作。应了解，为了便于使两个或更多个模式同时操作，可以对热发电站10进行适当的修改，并加以必要的变更。

如图9所示，可以提供一种可再生能源系统130，其与热发电站10并行操作以将电提供给电网。可再生能源系统130包括用于利用可再生能源的一个或多个设施132。所述设施可以包括，但不限于风力涡轮机、光伏打阵列、太阳能炉、水力发电站和/或地热发电站。

本发明所公开的主题所属领域的技术人员将容易了解，在不脱离本发明范围的情况下，可对本发明进行多种变化、变动和修改，并加以必要的变更。

Claims

1.一种热发电站，其特征在于：包括：

能量中心，其包括被构造来获取热能以驱动发电机的涡轮和被构造来将所述热能供应给所述涡轮的蒸汽产生系统；

储热系统，其包括储热介质、可操作地连接到所述能量中心的所述蒸汽产生系统以将热从所述储热介质供应给所述蒸汽产生系统的热侧和被构造以便于将热存储到所述储热介质的冷侧；

太阳能热系统，其包括太阳能热流体和被构造来利用撞击的太阳辐射以加热所述太阳能热流体的聚集系统，所述太阳能热系统可操作地连接到所述能量中心的所述蒸汽产生系统以将热从所述太阳能热流体供应给所述蒸汽产生系统；

非太阳能热系统，其包括非太阳能热流体和被构造来加热所述非太阳能热流体的非太阳能热源，所述非太阳能热系统可操作地连接到所述储热系统的所述冷侧以对其供热；和

控制器，其被构造来管理所述热发电站的操作。

2.根据权利要求1所述的热发电站，其特征在于：所述非太阳能热系统还可操作地连接到所述能量中心的所述蒸汽产生系统以将热从所述非太阳能热流体供应给所述蒸汽产生系统。

3.根据权利要求2所述的热发电站，其特征在于：所述控制器被构造来管理所述操作，使得热从所述非太阳能热流体选择性供应给所述储热系统的所述冷侧或所述能量中心的所述蒸汽产生系统。

4.根据权利要求2和3中任一项所述的热发电站，其特征在于：所述控制器被构造来管理所述操作，使得所述非太阳能热流体的所述热的第一部分供应给所述储热系统的所述冷侧，且所述非太阳能热流体的所述热的第二部分供应给所述能量中心的所述蒸汽产生系统。

5.根据权利要求1所述的热发电站，其特征在于：所述太阳能热系统还可操作地连接到所述储热系统的所述冷侧。

6.根据权利要求5所述的热发电站，其特征在于：所述控制器被构造来管理所述操作，使得热从所述太阳能热流体选择性供应给所述储热系统的所述冷侧或所述能量中心的所述蒸汽产生系统。

7.根据权利要求5和6中任一项所述的热发电站，其特征在于：所述控制器被构造来管理所述操作，使得所述太阳能热流体的所述热的第一部分供应给所述储热系统的所述冷侧，且所述太阳能热流体的所述热的第二部分供应给所述能量中心的所述蒸汽产生系统。

8.根据权利要求1所述的热发电站，其特征在于：所述非太阳能热源是煤，所述非太阳能热系统包括煤粉燃烧器。

9.根据权利要求1所述的热发电站，其特征在于：所述非太阳能热源是核燃料，所述非太阳能热系统包括核蒸汽产生器。

10.根据权利要求1所述的热发电站，其特征在于：所述非太阳能热源是天然气。