JP2013545064A - 集光型太陽熱発電プラントからの過熱スチームの製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、集光型太陽熱発電プラントからの過熱作動流体を製造するための方法及び装置を開示する。より詳細には、その方法及び装置は過熱スチームを製造しうる。その装置は過熱作動流体を製造するために1種より多くの伝熱媒体を使用することができるように設計される。
Description
関連出願の相互参照
本願は2010年9月30日に出願された米国仮特許出願第61/388,038号の優先権を主張し、その全体を参照により本明細書中に取り込む。
本願は2010年9月30日に出願された米国仮特許出願第61/388,038号の優先権を主張し、その全体を参照により本明細書中に取り込む。
分野
本発明は、集光型ソーラープラントから過熱スチームを製造するための方法に関する。さらに詳細には、本発明は有機伝熱流体などの第一の伝熱媒体及び溶融塩などの第二の伝熱媒体を使用して過熱スチームを製造するための方法及び装置に関する。
本発明は、集光型ソーラープラントから過熱スチームを製造するための方法に関する。さらに詳細には、本発明は有機伝熱流体などの第一の伝熱媒体及び溶融塩などの第二の伝熱媒体を使用して過熱スチームを製造するための方法及び装置に関する。
背景
集光型太陽熱発電プラントは伝熱媒体を加熱し、その伝熱媒体を使用してスチームを製造し、その後、そのスチームをランキンサイクル中で作動流体として使用することにより電気を製造する。現在、最も一般的なタイプの集光型太陽熱発電プラントは放物面トラフソーラコレクタ又はリニアフレネルソーラコレクタなどのリニアソーラコレクタを使用して、有機伝熱流体を約400℃の温度に加熱する。その後、有機伝熱流体を直列の3基の熱交換器を通過させ、ここで、第一の熱交換器で水を沸点まで予熱し、第二の熱交換器で沸騰させ、第三の熱交換器で過熱させる。その後、得られた過熱スチームはタービンを横切って膨張し、それが発電機を駆動して電気を発生する。
集光型太陽熱発電プラントは伝熱媒体を加熱し、その伝熱媒体を使用してスチームを製造し、その後、そのスチームをランキンサイクル中で作動流体として使用することにより電気を製造する。現在、最も一般的なタイプの集光型太陽熱発電プラントは放物面トラフソーラコレクタ又はリニアフレネルソーラコレクタなどのリニアソーラコレクタを使用して、有機伝熱流体を約400℃の温度に加熱する。その後、有機伝熱流体を直列の3基の熱交換器を通過させ、ここで、第一の熱交換器で水を沸点まで予熱し、第二の熱交換器で沸騰させ、第三の熱交換器で過熱させる。その後、得られた過熱スチームはタービンを横切って膨張し、それが発電機を駆動して電気を発生する。
このランキンサイクルの効率は過熱スチームの温度に高く依存する。上記のような方法では、過熱スチームは約393℃であり、ランキンサイクル効率は約37.6%となる。過熱スチームの温度を約450〜500℃に上げると、ランキンサイクル効率は約40%に上がり、投資資金1ドル当たりに発生される電気がより多くなる。しかしながら、伝熱媒体はこの高温を達成するのに制限要因になる。一般的に使用されている伝熱媒体は最大使用温度が低すぎるか、又は、凝固点又は蒸気圧が高すぎるために使用するのが困難である。それゆえ、より高温で過熱スチームを製造することができる方法及び装置の必要性が存在する。
簡単な要旨
1つの態様において、例示の実施形態は、第一の伝熱媒体を加熱するための第一のリニアソーラコレクタシステム及び第二の伝熱媒体を加熱するための第二のリニアソーラコレクタシステムを含む装置であって、ここで、第一のリニアコレクタシステム及び第二のリニアコレクタシステムは同一のコレクタタイプである装置を提供する。その装置は、水を予熱及び蒸発させ、そしてスチームを過熱するために第一の伝熱媒体からの熱を使用する第一の熱交換器システム、及び、第一の熱交換器システムにより発生した過熱スチームの温度を増加させるために第二の伝熱媒体からの熱を使用する第二の熱交換器システムを含む。
1つの態様において、例示の実施形態は、第一の伝熱媒体を加熱するための第一のリニアソーラコレクタシステム及び第二の伝熱媒体を加熱するための第二のリニアソーラコレクタシステムを含む装置であって、ここで、第一のリニアコレクタシステム及び第二のリニアコレクタシステムは同一のコレクタタイプである装置を提供する。その装置は、水を予熱及び蒸発させ、そしてスチームを過熱するために第一の伝熱媒体からの熱を使用する第一の熱交換器システム、及び、第一の熱交換器システムにより発生した過熱スチームの温度を増加させるために第二の伝熱媒体からの熱を使用する第二の熱交換器システムを含む。
別の態様において、例示の実施形態は、第一のリニアソーラコレクタシステム中で第一の伝熱媒体を加熱すること、及び、第二のリニアソーラコレクタシステム中で第二の伝熱媒体を加熱することを含む方法であって、ここで、第一のリニアソーラコレクタシステム及び第二のリニアコレクタシステムは同一のコレクタタイプである、方法を提供する。その方法は、予熱、蒸発及び過熱のために少なくとも第一の熱交換器システム及びさらなる過熱のために少なくとも第二の熱交換器システムを含む、熱交換システムに作動流体を供給すること、第一の伝熱媒体を第一の熱交換器システムに供給すること、及び、作動流体を過熱するために第二の熱交換器システムに第二の伝熱媒体を供給することをさらに含む。
なお別の態様において、例示の実施形態は、第一の伝熱媒体を加熱するための第一のリニアソーラコレクタシステム、及び、第二の伝熱媒体を加熱するための第二のリニアソーラコレクタシステムを含む装置であって、ここで、第一のリニアコレクタシステム及び第二のリニアコレクタシステムは同一のコレクタタイプである装置を提供する。その装置は、第一の伝熱媒体からの熱を使用して水を予熱して予熱水を製造するようになっているプレヒータ、第一の伝熱媒体からの熱を使用して、その予熱水を蒸発させて第一の温度でスチームを製造するようになっているエバポレータ、第一の伝熱媒体からの熱を使用して、そのスチームを第二の温度に過熱して過熱スチームを製造するようになっている第一のスーパーヒータ(ここで、第二の温度は第一の温度よりも高い)、第二の伝熱媒体からの熱を使用して、その過熱スチームを第三の温度にさらに過熱するようになっている第二のスーパーヒータ(ここで、第三の温度は第二の温度よりも高い)を含む。
上記の要旨は例示のみであり、そしていかなる形でも限定することを意図しない。上記の例示の態様、実施形態及び特徴に加えて、さらなる態様、実施形態及び特徴は図面及び以下の詳細な説明を参照することにより明らかになるであろう。
図面の簡単な説明
図1は、例示の実施形態による、過熱作動流体を製造するための装置の模式図である。
図2は、例示の実施形態による、1つの放物面トラフソーラコレクタシステム及び有機伝熱流体を使用した、過熱スチームを製造するための装置の模式図である。
図3は、例示の実施形態による、2つの放物面トラフソーラコレクタシステム、有機伝熱流体及び溶融塩を使用した、過熱スチームを製造するための装置の模式図である。
図4は、例示の実施形態による、2つの放物面トラフソーラコレクタシステム、有機伝熱流体、溶融塩及び4つの熱エネルギー貯蔵容器を使用した、過熱スチームを製造するための装置の模式図である。
図5は、例示の実施形態による、2つの放物面トラフソーラコレクタシステム、有機伝熱流体、溶融塩及び3つの熱エネルギー貯蔵容器を使用した、過熱スチームを製造するための装置の模式図である。
詳細な説明
1つの態様において、第一の伝熱媒体を加熱する第一のソーラエネルギー収集システム及び第二の伝熱媒体を加熱する第二のソーラエネルギー収集システムを使用し、それらの2つの伝熱媒体を使用して作動流体を加熱する、作動流体を加熱するための装置は提供される。作動流体は水であることができる。ソーラエネルギー収集システムは放物面トラフソーラコレクタシステム又はリニアフレネルソーラコレクタシステムなどのリニアソーラエネルギーコレクタシステムであることができる。
1つの態様において、第一の伝熱媒体を加熱する第一のソーラエネルギー収集システム及び第二の伝熱媒体を加熱する第二のソーラエネルギー収集システムを使用し、それらの2つの伝熱媒体を使用して作動流体を加熱する、作動流体を加熱するための装置は提供される。作動流体は水であることができる。ソーラエネルギー収集システムは放物面トラフソーラコレクタシステム又はリニアフレネルソーラコレクタシステムなどのリニアソーラエネルギーコレクタシステムであることができる。
図1は第一の伝熱媒体のための第一サイクル101、第二の伝熱媒体のための第二サイクル102及び作動流体のための第三のサイクル103を含む。
第一のサイクル101中の第一の伝熱媒体は有機伝熱流体、例えば、ジフェニルオキシド及びビフェニルからなる市販の流体、例えば、DOWTHERM(商標)Aを含むことができる。又は、第一の伝熱媒体はシリコーン系伝熱流体、例えば、SYLTHERM(登録商標)800流体を含むか、又は、その他の有機伝熱流体を含むことができる。第二の伝熱媒体は溶融塩、例えば、NO3及びNO2のアルカリ金属塩の混合物、例えば、ナトリウム、リチウム、セシウム、カリウム塩の混合物を含むことができる。溶融塩は、また、カルシウム塩などの非アルカリ金属塩を含むこともできる。
第一のサイクル101は第一のソーラエネルギー収集システム104を含むことができる。第一のソーラエネルギー収集システム104は、例えば、少なくとも第一のリニアソーラエネルギーコレクタシステムを含むことができる。第一のリニアソーラエネルギーコレクタシステムは第一の伝熱媒体を約350〜425℃、より好ましくは約380〜425℃、最も好ましくは約400〜425℃の温度に加熱することができる。
第二のサイクル102は第二のソーラエネルギー収集システム105を含むことができる。第二のソーラエネルギー収集システム105は、例えば、少なくとも第二のリニアソーラエネルギーコレクタシステムを含むことができる。第二のリニアソーラエネルギーコレクタシステムは第二の伝熱媒体を約450〜600℃、より好ましくは約500〜600℃、最も好ましくは約550〜600℃の温度に加熱することができる。
第一の伝熱媒体及び第二の伝熱媒体は第三のサイクル103に伝熱させる。第三のサイクル103中の作動流体はランキンサイクルにおいて使用されうる。このように、第三のサイクル103は熱交換システム106、タービンシステム107、凝縮器108及びポンプ装置109を含むことができる。作動流体は水であることができる。又は、作動流体は、また、有機流体又はシリコーン系流体であることができる。熱交換システム106は複数の熱交換器、例えば、プレヒータ110、エバポレータ111、第一のスーパーヒータ112及び第二のスーパーヒータ113を含むことができる。プレヒータ110、エバポレータ111及び第一のスーパーヒータ112は第一の熱交換器システム114を構成することができる。第二のスーパーヒータ113は第二の熱交換器システム115を構成することができる。さらに、第三のサイクル103は追加の熱交換器、例えば、プレリヒータ(任意要素)及びリヒータ(図示せず)を含むことができる。熱交換器は、例えば、シェルアンドチューブ型熱交換器であることができる。第三のサイクル103は、また、抽気、凝縮物予熱及び脱気を含むことができる。
第一のサイクル101において、第一の伝熱媒体は第一のスーパヒータ112、エバポレータ111及びプレヒータ110を通過して流れ、その後、第一のソーラエネルギー収集システム104に戻ってくることができる。場合により、第一のサイクル101からの第一の伝熱媒体の部分流はプレリヒータを通して流れることができる。プレリヒータが使用されるときには、プレリヒータへの部分流は第一のスーパーヒータ112への部分流よりも少量である。第二のサイクル102において、第二の伝熱媒体は第二のスーパーヒータ113を通過して流れ、その後、第二のソーラエネルギー収集システム105に戻ってくることができる。サイクル102からの第二の伝熱媒体の部分流又は全体流はリヒータを通して流れることができる。
プレヒータ110は第一の伝熱媒体からの熱を使用して作動流体を約沸点まで加熱することができる。エバポレータ111は第一の伝熱媒体からの熱を使用して、予熱された作動流体を蒸発させることができ、それにより、蒸発された作動流体は第一の温度となる。蒸発された作動流体は第一のスーパーヒータ112に入り、その後、第二のスーパーヒータ113に入ることができ、ここで、第二の伝熱媒体からの熱を使用して第二の温度に過熱される。作動流体として水を使用するときには、第一の温度は約300〜374℃、より好ましくは約300〜350℃、そして最も好ましくは約300〜315℃であることができる。第二の温度は約370〜570℃、より好ましくは約430〜550℃、そして最も好ましくは約500〜550℃であることができる。
過熱された作動流体はタービンシステム107を横切って膨張し、機械エネルギーを生じることができ、その機械エネルギーは発電機により電気に変換されうる。タービンシステム107は1つ以上のタービンを含むことができる。タービンは低圧、中圧又は高圧タービンであることができる。その後、作動流体は凝縮器108において凝縮し、ポンプ装置109により熱交換システム106にポンプで戻されることができる。
この実施形態において、第一のサイクル101中の第一の伝熱媒体の質量流量は第二のサイクル102中の第二の伝熱媒体の質量流量よりも大きくすることができる。例えば、第一の伝熱媒体の質量流量/第二の伝熱媒体の質量流量の比は約60:40、より好ましくは約80:20、そして最も好ましくは約95:5であることができる。溶融塩の高い凝固点で作動させることの技術的挑戦の理由から、有機伝熱流体を加熱する第一のサイクル101よりもずっと少量の溶融塩を第二のサイクル102が加熱することが有利であろう。
なおも別の実施形態において、第三のサイクル103は作動流体を加熱することができる2つ以上の熱交換システムを含むことができる。
さらなる実施形態において、タービンシステム107は3つのタービン:高圧タービン、中圧タービン及び低圧タービンを含むことができる。この実施形態において、2つの再加熱システムを使用することができる。各再加熱システムは1又は2つのリヒータを含むことができる。第一の再加熱システムは伝熱流体を再加熱することができ、その後、それが低圧タービンを横切って膨張する。第二の再加熱システムは伝熱流体を再加熱することができ、その後、それが中圧タービンを横切って膨張する。
別の実施形態において、2つよりも多くのソーラエネルギー収集システムが存在することができる。例えば、第一のソーラエネルギー収集システムは第一の伝熱流体を加熱することができる。第二のソーラエネルギー収集システムは第二の伝熱流体、例えば、有機伝熱流体、例えば、DOWTHERM(商標)Aを加熱することができる。第三のソーラエネルギー収集システムは第三の伝熱流体、例えば、溶融塩を加熱することができる。それらの3つの伝熱媒体は水を加熱して、ランキンサイクルにおいて過熱スチームを生じるように使用されうる。
さらに別の実施形態において、燃料燃焼型伝熱流体ヒータ及び燃料燃焼型溶融塩ヒータは、スタートアップ時に又は低温期間に、それぞれ、第一の伝熱流体及び第二の伝熱流体を加熱することができ、それにより、システムの凍結を防止する。さらに、スタートアップ時又は低温期間に、第一の伝熱媒体は第二の伝熱媒体を加熱することができ、別の溶融塩などの第三の伝熱媒体は第一の伝熱流体を加熱することができる。第三の伝熱媒体は溶融塩を含むことができ、その溶融塩は第二の伝熱媒体の溶融塩と同一であっても又は異なっていてもよい。
さらなる実施形態において、スタートアップ時又は低温期間に、第一の伝熱媒体は第二の伝熱媒体を加熱することができ、溶融塩などの第二の伝熱媒体は第一の伝熱流体を加熱することができる。この実施形態は3つの移送ポンプ付き溶融塩貯蔵容器を含み、1つは低温溶融塩貯蔵用であり、1つは中温溶融塩(例えば、作動流体を加熱するために使用された溶融塩)貯蔵用であり、1つは高温溶融塩(例えば、第二のソーラエネルギー収集システムにより加熱された溶融塩)貯蔵用である。中温溶融塩は第一の伝熱媒体を加熱することができる。この実施形態はエネルギーを節約することができる。というのは、すべての溶融塩が非常に高い温度に貯蔵されるわけではなく、熱損失を最少限にすることができるからである。
本発明の種々の例を、コンピュータシミュレーションを用いて示す。
例1
1つの放物面トラフソーラコレクタシステム及び有機伝熱流体を用いた過熱スチームの製造
放物面トラフソーラコレクタシステム又はリニアフレネルソーラコレクタシステムなどの1つのソーラエネルギー収集システムと、DOWTHERM(商標)Aなどの1つの伝熱流体を用いて過熱スチームを製造する。図2は過熱スチームを製造しそして電気を生産するためにその過熱スチームを使用するための装置200を示している。装置200は第一のサイクル201を含み、その第一のサイクル201は複数の放物面トラフソーラコレクタ203を含むソーラエネルギー収集システム202を含む。同一の結果はリニアフレネルソーラコレクタシステムを使用して得られる。DOWTHERM(商標)Aなどの伝熱流体をソーラエネルギー収集システム202中に導入する。ソーラエネルギー収集システム202は伝熱流体を約393℃の温度に加熱する(ポイントa)。任意要素である燃料燃焼型伝熱流体ヒータ204及び任意要素である溶融塩熱交換器システム205も、システムの凍結を防止するためにスタートアップ時又は低温期間に伝熱流体を加熱するのを援助することができる。伝熱流体循環ポンプ206の前及び/又は後に、伝熱流体は第一のバルブ207及び第二のバルブ208に入ることができる。第二のバルブ208において、伝熱流体は燃料燃焼型伝熱流体ヒータ204又は溶融塩熱交換器システム205のいずれかを通して流れることができ、ここで、伝熱流体は加熱されうる。もし太陽がタービンを駆動するために十分なエネルギーを提供しないならば、溶融塩貯蔵システムは使用されうる。溶融塩循環ポンプを含む高温溶融塩貯蔵容器209は高温溶融塩を溶融塩熱交換器システム205に供給し、ここで、伝熱流体は加熱される。伝熱流体を加熱した後に、冷却された溶融塩は、溶融塩循環ポンプを含む低温溶融塩貯蔵容器210に戻される。高放射太陽の時間には、ソーラエネルギー収集システム202からの部分流は第三のバルブ211、第四のバルブ212及び第五のバルブ213を通してランキンサイクル214に通過しうる。流れの他の部分は溶融塩熱交換器システム205に入ることができ、ここで、低温溶融塩貯蔵容器210からの溶融塩は加熱されて、高温溶融塩貯蔵容器209にポンプ送りされる。溶融塩熱交換器システム205を通過する流れは第二のバルブ208及び第一のバルブ207を通過し、その後、加熱のためにソーラエネルギー収集システム202にポンプ送りして戻される。燃料燃焼型伝熱流体ヒータ204及び溶融塩熱交換器システム205を使用する場合に、燃料燃焼型伝熱流体ヒータ204により加熱された伝熱流体は第三のバルブ211に入ることができ、そして溶融塩熱交換器システム205により加熱された伝熱流体は第四のバルブ212に入ることができ、ここで、それは第五のバルブ213に流れることができる。
例1
1つの放物面トラフソーラコレクタシステム及び有機伝熱流体を用いた過熱スチームの製造
放物面トラフソーラコレクタシステム又はリニアフレネルソーラコレクタシステムなどの1つのソーラエネルギー収集システムと、DOWTHERM(商標)Aなどの1つの伝熱流体を用いて過熱スチームを製造する。図2は過熱スチームを製造しそして電気を生産するためにその過熱スチームを使用するための装置200を示している。装置200は第一のサイクル201を含み、その第一のサイクル201は複数の放物面トラフソーラコレクタ203を含むソーラエネルギー収集システム202を含む。同一の結果はリニアフレネルソーラコレクタシステムを使用して得られる。DOWTHERM(商標)Aなどの伝熱流体をソーラエネルギー収集システム202中に導入する。ソーラエネルギー収集システム202は伝熱流体を約393℃の温度に加熱する(ポイントa)。任意要素である燃料燃焼型伝熱流体ヒータ204及び任意要素である溶融塩熱交換器システム205も、システムの凍結を防止するためにスタートアップ時又は低温期間に伝熱流体を加熱するのを援助することができる。伝熱流体循環ポンプ206の前及び/又は後に、伝熱流体は第一のバルブ207及び第二のバルブ208に入ることができる。第二のバルブ208において、伝熱流体は燃料燃焼型伝熱流体ヒータ204又は溶融塩熱交換器システム205のいずれかを通して流れることができ、ここで、伝熱流体は加熱されうる。もし太陽がタービンを駆動するために十分なエネルギーを提供しないならば、溶融塩貯蔵システムは使用されうる。溶融塩循環ポンプを含む高温溶融塩貯蔵容器209は高温溶融塩を溶融塩熱交換器システム205に供給し、ここで、伝熱流体は加熱される。伝熱流体を加熱した後に、冷却された溶融塩は、溶融塩循環ポンプを含む低温溶融塩貯蔵容器210に戻される。高放射太陽の時間には、ソーラエネルギー収集システム202からの部分流は第三のバルブ211、第四のバルブ212及び第五のバルブ213を通してランキンサイクル214に通過しうる。流れの他の部分は溶融塩熱交換器システム205に入ることができ、ここで、低温溶融塩貯蔵容器210からの溶融塩は加熱されて、高温溶融塩貯蔵容器209にポンプ送りされる。溶融塩熱交換器システム205を通過する流れは第二のバルブ208及び第一のバルブ207を通過し、その後、加熱のためにソーラエネルギー収集システム202にポンプ送りして戻される。燃料燃焼型伝熱流体ヒータ204及び溶融塩熱交換器システム205を使用する場合に、燃料燃焼型伝熱流体ヒータ204により加熱された伝熱流体は第三のバルブ211に入ることができ、そして溶融塩熱交換器システム205により加熱された伝熱流体は第四のバルブ212に入ることができ、ここで、それは第五のバルブ213に流れることができる。
加熱された後に、伝熱流体はランキンサイクル214中で作動流体を加熱するために使用される。ランキンサイクルは種々のシェルアンドチューブ型熱交換器:プレヒータ215、エバポレータ216、スーパーヒータ217及びリヒータ218を含む。第五のバルブ213では、伝熱流体の一部はリヒータ218を通して流れ、そして伝熱流体の一部はスーパーヒータ217,エバポレータ216及びプレヒータ215に流れる。熱交換器を通過した後に、伝熱流体は約255℃の温度であり(ポイントb)、そして伝熱流体循環ポンプ206によりソーラエネルギー収集システム202にポンプ送りされ、再び加熱される。スタートアップ及び通気操作の間に、伝熱流体は伝熱流体膨張容器219を通過する。
ランキンサイクル214において、水などの作動流体を過熱しそして電気の発生に使用する。水はプレヒータ215を通過し、ここで、それを約沸点まで加熱する。その後、エバポレータ216を通して流れ、それを沸騰まで持って行く。それは、次に、スーパーヒータ217を通して流れ、ここで、それを約1×107パスカル(100バール)の圧力で約380℃に過熱する(ポイントc)。過熱スチームは高圧タービン220を横切って膨張し、約212℃に冷却され、そして圧力は約2×106パスカル(20バール)に低減される(ポイントd)。その後、スチームの一部は、リヒータ218を通して流れ、ここで、それを再び、約2×106パスカル(20バール)の圧力で約380℃に加熱する(ポイントe)。次に、再加熱された低圧スチームは低圧タービン221を超えて膨張する。
高圧タービン220及び低圧タービン221は約27.5メガワットの電力及びランキンサイクル効率約34.9%で発電機222に動力供給する(ポイントg)。
低圧タービン221を超えて膨張した後に、スチームは約46℃の温度及び1×104パスカル(0.1バール)の圧力である(ポイントf)。その後、スチームは凝縮器223に入る。冷却水ループは冷却水ポンプ225を介して冷却水タワー224からの冷却水を凝縮器223に循環し、それにより、スチームを凝縮して、低圧タービン221を出てくる。代わりの実施形態において、冷却は空気冷却又は乾燥冷却により行うことができる。低圧スチームの少量部分はフィード水/脱気容器226に入り、フィード水を脱気する。スチームは複数の出口を通してタービンを出てくることができる。複数の出口の各々を出てくるスチームの各部分は異なる温度及び圧力を有することができる。例えば、フィード水/脱気容器226に入る少量部分のスチームは凝縮器223に入るスチームの部分よりも高い圧力及び温度である。凝縮器223からの凝縮物を低圧フィード水ポンプ227を介してフィード水/脱気容器226にポンプ送りし、次に、高圧フィード水ポンプ228を介して低圧から高圧にポンプ送りし、プレヒータ215に戻す。任意要素である低圧フィード水熱交換器229及び高圧フィード水熱交換器230は本例については考慮していない。
装置200のパラメータを下記の表1に示す。
例2
2つの放物面トラフソーラコレクタシステム、有機伝熱流体及び溶融塩を用いた(抽気、中間スチーム圧を用いない)過熱スチームの製造
放物面トラフソーラコレクタシステム又はリニアフレネルソーラコレクタシステムなどの2つのソーラエネルギー収集システム、DOWTHERM(商標)Aなどの1つの伝熱流体及び溶融塩を用いて過熱スチームを製造する。図3は過熱スチームを製造しそして電気を生産するためにその過熱スチームを使用するための装置300を示している。装置300は第一のサイクル301を含み、その第一のサイクル301は第一の複数の放物面トラフソーラコレクタ303を含む第一のソーラエネルギー収集システム302を含み、また、第二のサイクル304を含み、その第二のサイクル304は第二の複数の放物面トラフソーラコレクタ306を含む第二のソーラエネルギー収集システム305を含む。同一の結果はリニアフレネルソーラコレクタシステムを使用して得られる。DOWTHERM(商標)Aなどの伝熱流体を第一のソーラエネルギー収集システム302中に導入する。第一のソーラエネルギー収集システム302は伝熱流体を約393℃の温度に加熱する(ポイントa)。任意要素である燃料燃焼型伝熱流体ヒータ307も、システムの凍結を防止するためにスタートアップ時又は低温期間に伝熱流体を加熱するのを援助することができる。伝熱流体循環ポンプ308の前及び/又は後に、伝熱流体は第一のバルブ309に入り、そして、その後、燃料燃焼型伝熱流体ヒータ307を通過することができ、ここで、伝熱流体は加熱されうる。その後、伝熱流体は第二のバルブ310に入ることができる。
2つの放物面トラフソーラコレクタシステム、有機伝熱流体及び溶融塩を用いた(抽気、中間スチーム圧を用いない)過熱スチームの製造
放物面トラフソーラコレクタシステム又はリニアフレネルソーラコレクタシステムなどの2つのソーラエネルギー収集システム、DOWTHERM(商標)Aなどの1つの伝熱流体及び溶融塩を用いて過熱スチームを製造する。図3は過熱スチームを製造しそして電気を生産するためにその過熱スチームを使用するための装置300を示している。装置300は第一のサイクル301を含み、その第一のサイクル301は第一の複数の放物面トラフソーラコレクタ303を含む第一のソーラエネルギー収集システム302を含み、また、第二のサイクル304を含み、その第二のサイクル304は第二の複数の放物面トラフソーラコレクタ306を含む第二のソーラエネルギー収集システム305を含む。同一の結果はリニアフレネルソーラコレクタシステムを使用して得られる。DOWTHERM(商標)Aなどの伝熱流体を第一のソーラエネルギー収集システム302中に導入する。第一のソーラエネルギー収集システム302は伝熱流体を約393℃の温度に加熱する(ポイントa)。任意要素である燃料燃焼型伝熱流体ヒータ307も、システムの凍結を防止するためにスタートアップ時又は低温期間に伝熱流体を加熱するのを援助することができる。伝熱流体循環ポンプ308の前及び/又は後に、伝熱流体は第一のバルブ309に入り、そして、その後、燃料燃焼型伝熱流体ヒータ307を通過することができ、ここで、伝熱流体は加熱されうる。その後、伝熱流体は第二のバルブ310に入ることができる。
第二のサイクル304において、溶融塩を第二のソーラエネルギー収集システム305中に導入する。第二のソーラエネルギー収集システム305は溶融塩を約565℃の温度に加熱する(ポイントh)。任意要素である燃料燃焼型溶融塩ヒータ311は、また、例えば、スタートアップ時又は低温期間に、システムの凍結を防止するために、伝熱流体を加熱するのを援助することができる。溶融塩は第三のバルブ312に入ることができ、その後、燃料燃焼型溶融塩ヒータ311を通過して流れることができ、ここで、溶融塩は加熱されうる。さらに、任意要素である熱交換器システム313は第一のサイクル301からの伝熱流体を使用して溶融塩を加熱することができる。伝熱流体は第四のバルブ314に入ることができ、その後、熱交換器システム313を通して通過することができ、その後、第一のサイクル301に戻る。第二のバルブ310及び第四のバルブ314からの伝熱流体は第五のバルブ315に流れることができる。溶融塩は第六のバルブ316に入ることができ、その後、熱交換器システム313を通して通過することができ、それは伝熱流体により加熱される。
加熱された後に、伝熱流体及び溶融塩はランキンサイクル317中で作動流体を加熱するために使用される。ランキンサイクルは種々のシェルアンドチューブ型熱交換器:プレヒータ318、エバポレータ319、第一のスーパーヒータ320、第二のスーパーヒータ321、プレリヒータ322及びリヒータ323を含む。別の実施形態において、プレリヒータ322は任意要素であることができる。第五のバルブ315では、伝熱流体の一部はプレリヒータ322を通して流れ、そして伝熱流体の一部は第一のスーパーヒータ320、エバポレータ319及びプレヒータ318を通して流れる。溶融塩は第六のバルブ337に入り、そこから、部分流は第二のスーパーヒータ321を通過しそして他の部分はリヒータ323に進む。別の実施形態において、溶融塩は、まず、第二のスーパーヒータ321を通して、次いで、リヒータ323を通して流れることができる。熱交換器を通過した後に、伝熱流体は約288℃の温度である(ポイントb)。その後、伝熱流体は伝熱流体循環ポンプ308により第一のソーラエネルギー収集システム302にポンプ送りされ、再び加熱される。スタートアップ及び通気操作の間に、伝熱流体は伝熱流体膨張容器324を通過する。通常操作の間に、伝熱流体は伝熱流体膨張容器324をバイパスする。溶融塩が熱交換器を通過した後に、それは溶融塩貯蔵容器325に入り、その後、第二のソーラエネルギー収集システム305に戻り、再び加熱される。
ランキンサイクル317において、水などの作動流体を過熱しそして電気の発生に使用する。水はプレヒータ318を通過し、ここで、それを約沸点まで加熱する。その後、エバポレータ319を通して流れ、それを沸騰まで持って行く。それは、次に、第一のスーパーヒータ320及び第二のスーパーヒータ321を通して流れ、ここで、それを約1×107パスカル(100バール)の圧力で約530℃に過熱する(ポイントc)。過熱スチームは高圧タービン326を横切って膨張し、約307℃に冷却され、そして圧力は約2×106パスカル(20バール)に低減される(ポイントd)。その後、スチームを、プレリヒータ322及びリヒータ323を通過させ、ここで、それを再び、約2×106パスカル(20バール)の圧力で約530℃に加熱する(ポイントe)。次に、スチームは低圧タービン327を超えて膨張する。
高圧タービン326及び低圧タービン327は約27.5メガワットの電力及びランキンサイクル効率約38.1%で発電機328に動力供給する(ポイントg)。例1と比較して、本例は過熱スチームの温度がより高いので、ランキン効率がより高くなっている。
低圧タービン327を超えて膨張した後に、スチームは約46℃の温度及び1×104パスカル(0.1バール)の圧力である(ポイントf)。その後、スチームの一部は凝縮器329に入り、スチームの一部はフィード水/脱気容器330に入り、フィード水を脱気する。スチームは複数の出口を通してタービンを出てくることができる。複数の出口の各々を出てくるスチームの各部分は異なる温度及び圧力を有することができる。例えば、フィード水/脱気容器330に入る少量部分のスチームは凝縮器329に入るスチームの部分よりも高い圧力及び温度である。冷却水ループは冷却水ポンプ332を介して冷却水タワー331からの冷却水を凝縮器329に循環し、それにより、スチームを凝縮して、低圧タービン327を出てくる。代わりの実施形態において、冷却は空気冷却又は乾燥冷却により行うことができる。凝縮器329からの凝縮物を低圧フィード水ポンプ333を介してフィード水/脱気容器330にポンプ送りし、次に、高圧フィード水ポンプ334を介して低圧から高圧にポンプ送りし、プレヒータ318に戻す。任意要素である低圧フィード水熱交換器335、高圧フィード水熱交換器336及びフィード水/脱気容器へのスチームは本例については考慮していない。
例2のパラメータを下記の表2に示す。
例3
2つの放物面トラフソーラコレクタシステム、有機伝熱流体及び溶融塩を用いた過熱スチームの製造(抽気、中間スチーム圧)
本例は例2と同一の装置300を使用するが、高圧タービン326で抽気し、高圧フィード水熱交換器336でフィード水を予熱する。例2と比較して、凝縮器329からの凝縮物は高圧フィード水熱交換器336を介して高圧フィード水ポンプ334からポンプ送りされ、ここで、それを高圧タービン326からの抽気により予熱し、プレヒータ318に戻す。任意要素である低圧フィード水熱交換器335及びフィード水/脱気容器へのスチームは本例については考慮していない。
2つの放物面トラフソーラコレクタシステム、有機伝熱流体及び溶融塩を用いた過熱スチームの製造(抽気、中間スチーム圧)
本例は例2と同一の装置300を使用するが、高圧タービン326で抽気し、高圧フィード水熱交換器336でフィード水を予熱する。例2と比較して、凝縮器329からの凝縮物は高圧フィード水熱交換器336を介して高圧フィード水ポンプ334からポンプ送りされ、ここで、それを高圧タービン326からの抽気により予熱し、プレヒータ318に戻す。任意要素である低圧フィード水熱交換器335及びフィード水/脱気容器へのスチームは本例については考慮していない。
この抽気により、ランキンサイクル効率を例2の約38.1%から約39.6%に上げることが可能である。例3のパラメータを下記の表3に示す。
例4
2つの放物面トラフソーラコレクタシステム、有機伝熱流体及び溶融塩を用いた過熱スチームの製造(抽気、低めの中間スチーム圧)
本例は例2及び3と同一の装置300を使用するが、高圧タービン326で抽気する。さらに、高圧タービン後のスチーム圧は例1、2及び3よりも低い(1.2×106パスカルvs2×106パスカル)。抽気及びより低い中間スチーム圧により、例2の38.1%及び例3の39.6%から約39.8%にランキンサイクル効率を上げることが可能である。例4のパラメータを下記の表4に示す。
2つの放物面トラフソーラコレクタシステム、有機伝熱流体及び溶融塩を用いた過熱スチームの製造(抽気、低めの中間スチーム圧)
本例は例2及び3と同一の装置300を使用するが、高圧タービン326で抽気する。さらに、高圧タービン後のスチーム圧は例1、2及び3よりも低い(1.2×106パスカルvs2×106パスカル)。抽気及びより低い中間スチーム圧により、例2の38.1%及び例3の39.6%から約39.8%にランキンサイクル効率を上げることが可能である。例4のパラメータを下記の表4に示す。
例5及び6は例2、3及び3において議論した2サイクル装置の代わりの設計を提供する。例5の装置パラメータは例2、3又は4と同一である。例6は例3に示すものと同一の装置パラメータで操作する。
例5
過熱スチームの製造(4容器設計)
放物面トラフソーラコレクタシステム又はリニアフレネルソーラコレクタシステムなどの2つのソーラエネルギー収集システム、DOWTHERM(商標)Aなどの1つの伝熱流体及び少なくとも1つの溶融塩を用いて過熱スチームを製造する。図4は過熱スチームを製造しそして電気を生産するためにその過熱スチームを使用するための装置400を示している。装置400は第一のサイクル401を含み、その第一のサイクル401は第一の複数の放物面トラフソーラコレクタ403を含む第一のソーラエネルギー収集システム402を含み、また、第二のサイクル404を含み、その第二のサイクル404は第二の複数の放物面トラフソーラコレクタ406を含む第二のソーラエネルギー収集システム405を含む。同一の結果はリニアフレネルソーラコレクタシステムを使用して得られる。DOWTHERM(商標)Aなどの伝熱流体を第一のソーラエネルギー収集システム402中に導入する。第一のソーラエネルギー収集システム402は伝熱流体を約393℃の温度に加熱する(ポイントa)。任意要素である燃料燃焼型伝熱流体ヒータ407も、システムの凍結を防止するためにスタートアップ時又は低温期間に伝熱流体を加熱するのを援助することができる。伝熱流体循環ポンプ408の前及び/又は後に、伝熱流体は第一のバルブ409及び第二のバルブ410に入ることができる。伝熱流体は、その後、燃料燃焼型伝熱流体ヒータ407を通過することができ、ここで、伝熱流体は加熱されうる。その後、伝熱流体は第三のバルブ411に入ることができる。
過熱スチームの製造(4容器設計)
放物面トラフソーラコレクタシステム又はリニアフレネルソーラコレクタシステムなどの2つのソーラエネルギー収集システム、DOWTHERM(商標)Aなどの1つの伝熱流体及び少なくとも1つの溶融塩を用いて過熱スチームを製造する。図4は過熱スチームを製造しそして電気を生産するためにその過熱スチームを使用するための装置400を示している。装置400は第一のサイクル401を含み、その第一のサイクル401は第一の複数の放物面トラフソーラコレクタ403を含む第一のソーラエネルギー収集システム402を含み、また、第二のサイクル404を含み、その第二のサイクル404は第二の複数の放物面トラフソーラコレクタ406を含む第二のソーラエネルギー収集システム405を含む。同一の結果はリニアフレネルソーラコレクタシステムを使用して得られる。DOWTHERM(商標)Aなどの伝熱流体を第一のソーラエネルギー収集システム402中に導入する。第一のソーラエネルギー収集システム402は伝熱流体を約393℃の温度に加熱する(ポイントa)。任意要素である燃料燃焼型伝熱流体ヒータ407も、システムの凍結を防止するためにスタートアップ時又は低温期間に伝熱流体を加熱するのを援助することができる。伝熱流体循環ポンプ408の前及び/又は後に、伝熱流体は第一のバルブ409及び第二のバルブ410に入ることができる。伝熱流体は、その後、燃料燃焼型伝熱流体ヒータ407を通過することができ、ここで、伝熱流体は加熱されうる。その後、伝熱流体は第三のバルブ411に入ることができる。
第二のサイクル404において、溶融塩を第二のソーラエネルギー収集システム405中に導入する。第二のソーラエネルギー収集システム405は溶融塩を約565℃の温度に加熱する(ポイントh)。任意要素である燃料燃焼型溶融塩ヒータ412は、また、例えば、システムの凍結を防止するためにスタートアップ時又は低温期間に伝熱流体を加熱するのを援助することができる。さらに、任意要素である第一の熱交換器システム413は第一のサイクル401からの伝熱流体を使用して溶融塩を加熱することができ、又は、第二のサイクル404からの溶融塩は第一の熱交換器システム413を介して第一のサイクル401からの伝熱流体を加熱することができる。溶融塩は第四のバルブ414に入ることができ、その後、燃料燃焼型溶融塩ヒータ412を通して流れることができ、ここで、溶融塩は再び加熱される。もし第一のサイクル401で貯蔵された熱が十分にあるならば、第一のサイクル401からの伝熱流体は第五のバルブ415に入れることができ、その後、熱交換器システム413を通して流れることができ、その後、第一のサイクル401に戻る。溶融塩は第六のバルブ416に入り、その後、伝熱流体熱交換器413を通して流れ、それは伝熱流体により加熱される。第二のソーラエネルギー収集システム405、燃料燃焼型溶融塩ヒータ412及び/又は伝熱流体熱交換器413により加熱された後に、溶融塩は第一の高温溶融塩貯蔵容器417に入る。
第一のソーラエネルギー収集システム402及び第二のソーラエネルギー収集システム405は、日中の時間には過剰のエネルギーを発生するように設計されており、そのエネルギーは第一の高温溶融塩貯蔵容器417及び第二の高温溶融塩貯蔵容器418に貯蔵される。高放射日照時間の間には、第一のソーラエネルギー収集システム403からの一部の流れは第三のバルブ411、第五のバルブ415、第七のバルブ419及び第八のバルブ420を通してランキンサイクル421に行き、その他の部分は第七のバルブ419を介して第二の熱交換器システム422に入り、ここで、第一の低温溶融塩貯蔵容器423からの溶融塩は加熱され、そして第二の高温溶融塩貯蔵容器418にポンプ送りされる。第二の熱交換器システム422を通過する流れは、また、第二のバルブ410及び第一のバルブ409を通して通過し、その後、さらなる加熱のために伝熱流体循環ポンプ408によりソーラエネルギー収集システム403にポンプ送りして戻される。第二のサイクル404において、第二の低温溶融塩貯蔵容器424からの溶融塩を第六のバルブ416及び第四のバルブ414を介して第二のソーラエネルギー収集システム405にポンプ送りし、加熱する。第二のソーラエネルギー収集システム406からの高温溶融塩は、その後、第一の高温溶融塩貯蔵容器417中に貯蔵される。第一のサイクル401で使用される溶融塩は第二のサイクル404で使用される溶融塩よりも低い温度に加熱されるので、第一のサイクル401は第二のサイクル404での溶融塩よりも安価な溶融塩を使用することができる。
日照が伝熱流体及び溶融塩を加熱するのに十分でないときには、装置400は凍結保護モードに切り替え、ランキンサイクル421を、第一の高温溶融塩貯蔵容器417及び第二の高温溶融塩貯蔵容器418からの貯蔵されたエネルギーにより加熱される。伝熱流体は伝熱流体循環ポンプ408により第一のバルブ409及び第二のバルブ410を通してポンプ送りされうる。その後、伝熱流体は燃料燃焼型伝熱流体ヒータ407(任意要素)又は第二の熱交換器システム422のいずれかを通して流れることができ、ここで、伝熱流体は加熱され、その後、第三のバルブ411又は第七のバルブ419に入り、その後、第八のバルブ420を介してランキンサイクル421に入ることができる。第一のサイクル401で第二の高温溶融塩貯蔵容器418からの溶融塩は第二の熱交換器システム422を通して第一の低温溶融塩貯蔵容器423にポンプ送りされ、その間に、第二の熱交換器システム422を通過する伝熱流体は加熱される。第二のサイクル404において、溶融塩は第一の高温溶融塩貯蔵容器417からランキンサイクル421に、その後、第二の低温溶融塩貯蔵容器424にポンプ送りされうる。第一の高温溶融塩貯蔵容器417、第二の高温溶融塩貯蔵容器418、第一の低温溶融塩貯蔵容器423及び第二の低温溶融塩貯蔵容器424は移送ポンプを含む。
加熱された後に、伝熱流体及び溶融塩はランキンサイクル421中で作動流体を加熱するために使用される。ランキンサイクルは種々のシェルアンドチューブ型熱交換器:プレヒータ425、エバポレータ426、第一のスーパーヒータ427、第二のスーパーヒータ428、プレリヒータ429及びリヒータ430を含む。別の実施形態において、プレリヒータ429は任意要素であることができる。第八のバルブ420では、伝熱流体の一部はプレリヒータ429を通して流れ、そして伝熱流体の一部は第一のスーパーヒータ427、エバポレータ426及びプレヒータ425を通して流れる。溶融塩は第九のバルブ443に入り、そこから、部分流は第二のスーパーヒータ428に行きそして他の部分はリヒータ430に進む。別の実施形態において、溶融塩はまず第二のスーパーヒータ428を通して、次いで、リヒータ430を通して流れることができる。熱交換器を通過した後に、伝熱流体は約288℃の温度である(ポイントb)。その後、伝熱流体は伝熱流体循環ポンプ408により第一のソーラエネルギー収集システム402にポンプ送りされ、再び加熱される。スタートアップ及び通気操作の間に、伝熱流体は伝熱流体膨張容器431を通過する。通常操作の間に、伝熱流体は伝熱流体膨張容器431をバイパスする。
ランキンサイクル421は例2、3又は4のランキンサイクルと同様に操作しうる。ランキンサイクル421において、水などの作動流体を過熱しそして電気の発生に使用する。水はプレヒータ425を通して流れ、ここで、それを約沸点まで加熱する。その後、エバポレータ426を通して流れ、それを沸騰まで持って行く。それは、次に、第一のスーパーヒータ427及び第二のスーパーヒータ428を通して流れ、ここで、それを約1×107パスカル(100バール)の圧力で約530℃に過熱する(ポイントc)。過熱スチームは高圧タービン432を横切って膨張し、約307℃に冷却され、そして圧力は約20バール)に低減される(ポイントd)。その後、スチームの一部を、プレリヒータ429及びリヒータ430を通して流し、ここで、それを再び、約2×106パスカル(20バール)の圧力で約530℃に加熱する(ポイントe)。次に、再加熱されたスチームは低圧タービン433を超えて膨張する。
高圧タービン432及び低圧タービン433は約27.5メガワットの電力及びランキンサイクル効率約39.6%で発電機434に動力供給する(ポイントg)。例1と比較して、本例は過熱スチームの温度がより高いので、ランキン効率がより高くなっている。
低圧タービン433を超えて膨張した後に、水は約46℃の温度及び1×104パスカル(0.1バール)の圧力である(ポイントf)。その後、スチームの一部は凝縮器435に入り、スチームの一部はフィード水/脱気容器436に入り、フィード水を脱気する。スチームは複数の出口を通してタービンを出てくることができる。複数の出口の各々を出てくるスチームの各部分は異なる温度及び圧力を有することができる。例えば、フィード水/脱気容器436に入るスチームの少量部分は凝縮器435に入るスチームの部分よりも高い圧力及び温度である。冷却水ループは冷却水ポンプ438を介して冷却水タワー437からの冷却水を凝縮器435に循環し、それにより、スチームを凝縮して、低圧タービン433を出てくる。凝縮器435からの凝縮物を低圧フィード水ポンプ439を介して任意要素である低圧フィード水熱交換器440にポンプ送りし、ここで、低圧タービン433からの抽気により予熱しうる。予熱した水はフィード水/脱気容器436に約100℃の温度で入り、そして次に、高圧フィード水ポンプ441からポンプ送りされ、任意要素である高圧フィード水熱交換器442を介してプレヒータ425に戻す。高圧フィード水熱交換器442は高圧タービン432からの抽気により水を加熱する。
例6
過熱スチームの製造(3容器設計)
放物面トラフソーラコレクタシステム又はリニアフレネルソーラコレクタシステムなどの2つのソーラエネルギー収集システム、DOWTHERM(商標)Aなどの1つの伝熱流体及び溶融塩を用いて過熱スチームを製造する。図5は過熱スチームを製造しそして電気を生産するためにその過熱スチームを使用するための装置500を示している。装置500は第一のサイクル501を含み、その第一のサイクル501は第一の複数の放物面トラフソーラコレクタ503を含むソーラエネルギー収集システム502を含み、また、第二のサイクル504を含み、その第二のサイクル504は第二の複数の放物面トラフソーラコレクタ506を含むソーラエネルギー収集システム505を含む。同一の結果はリニアフレネルソーラコレクタシステムを使用して得られる。DOWTHERM(商標)Aなどの伝熱流体をソーラエネルギー収集システム502中に導入する。ソーラエネルギー収集システム502は伝熱流体を約393℃の温度に加熱する(ポイントa)。任意要素である燃料燃焼型伝熱流体ヒータ507も、システムの凍結を防止するためにスタートアップ時又は低温期間に伝熱流体を加熱するのを援助することができる。伝熱流体循環ポンプ508の前及び/又は後に、伝熱流体は第一のバルブ509及び第二のバルブ510に入ることができる。伝熱流体は、その後、燃料燃焼型伝熱流体ヒータ507を通して流れることができ、ここで、伝熱流体は加熱されうる。その後、伝熱流体は第三のバルブ511に入ることができる。
過熱スチームの製造(3容器設計)
放物面トラフソーラコレクタシステム又はリニアフレネルソーラコレクタシステムなどの2つのソーラエネルギー収集システム、DOWTHERM(商標)Aなどの1つの伝熱流体及び溶融塩を用いて過熱スチームを製造する。図5は過熱スチームを製造しそして電気を生産するためにその過熱スチームを使用するための装置500を示している。装置500は第一のサイクル501を含み、その第一のサイクル501は第一の複数の放物面トラフソーラコレクタ503を含むソーラエネルギー収集システム502を含み、また、第二のサイクル504を含み、その第二のサイクル504は第二の複数の放物面トラフソーラコレクタ506を含むソーラエネルギー収集システム505を含む。同一の結果はリニアフレネルソーラコレクタシステムを使用して得られる。DOWTHERM(商標)Aなどの伝熱流体をソーラエネルギー収集システム502中に導入する。ソーラエネルギー収集システム502は伝熱流体を約393℃の温度に加熱する(ポイントa)。任意要素である燃料燃焼型伝熱流体ヒータ507も、システムの凍結を防止するためにスタートアップ時又は低温期間に伝熱流体を加熱するのを援助することができる。伝熱流体循環ポンプ508の前及び/又は後に、伝熱流体は第一のバルブ509及び第二のバルブ510に入ることができる。伝熱流体は、その後、燃料燃焼型伝熱流体ヒータ507を通して流れることができ、ここで、伝熱流体は加熱されうる。その後、伝熱流体は第三のバルブ511に入ることができる。
第二のサイクル504において、溶融塩をソーラエネルギー収集システム505中に導入する。ソーラエネルギー収集システム505は溶融塩を約565℃の温度に加熱する(ポイントh)。任意要素である燃料燃焼型溶融塩ヒータ512は、また、例えば、システムの凍結を防止するためにスタートアップ時又は低温期間に伝熱流体を加熱するのを援助することができる。さらに、任意要素である第一の熱交換器システム513は第一のサイクル501からの伝熱流体を使用して溶融塩を加熱することができ、又は、第二のサイクル504からの溶融塩は第一の熱交換器システム513を介して第一のサイクル501からの伝熱流体を加熱することができる。溶融塩は第四のバルブ514に入ることができ、その後、燃料燃焼型溶融塩ヒータ512を通して流れることができ、ここで、溶融塩は加熱されうる。もし第一のサイクル501で貯蔵された熱が十分にあるならば、第一のサイクル501からの伝熱流体は第五のバルブ515に入ることができ、その後、伝熱流体熱交換器513を通して流れることができ、その後、第一のサイクル501に戻る。溶融塩は第六のバルブ516に入り、その後、伝熱流体熱交換器513を通して流れ、それは伝熱流体により加熱される。第二のソーラエネルギー収集システム505、燃料燃焼型溶融塩ヒータ512及び/又は伝熱流体熱交換器513により加熱された後に、溶融塩は高温溶融塩貯蔵容器517に入る。
第一のソーラエネルギー収集システム502及び第二のソーラエネルギー収集システム505は、日中の時間には過剰のエネルギーを提供するように設計されており、そのエネルギーは高温溶融塩貯蔵容器517及び中温溶融塩貯蔵容器518に貯蔵される。高放射日照時間の間には、第一のソーラエネルギー収集システム502からの一部の流れは第三のバルブ511、第五のバルブ515、第七のバルブ519及び第八のバルブ520を通してランキンサイクル521に行き、その他の部分は第七のバルブ519を介して第二の熱交換器システム522に入り、ここで、低温溶融塩貯蔵容器523からの溶融塩は加熱され、そして中温溶融塩貯蔵容器518にポンプ送りされる。第二の熱交換器システム522を通過する伝熱流体は、また、第二のバルブ510及び第一のバルブ509を通して通過し、その後、さらなる加熱のために伝熱流体循環ポンプ508によりソーラエネルギー収集システム502にポンプ送りして戻される。第二のサイクル504において、中温溶融塩貯蔵容器518からの溶融塩を第六のバルブ516及び第四のバルブ514を介して第二のソーラエネルギー収集システム505にポンプ送りし、加熱する。第二のソーラエネルギー収集システム505からの高温溶融塩は、その後、高温溶融塩貯蔵容器517中に貯蔵される。高温溶融塩貯蔵容器517、中温溶融塩貯蔵容器518及び低温溶融塩貯蔵容器523は移送ポンプを含む。
日照が伝熱流体及び溶融塩を加熱するのに十分でないときには、装置500は凍結保護モードに切り替え、ランキンサイクル521を、高温溶融塩貯蔵容器517及び中温溶融塩貯蔵容器518からの貯蔵されたエネルギーにより加熱される。伝熱流体は伝熱流体循環ポンプ508により第一のバルブ509及び第二のバルブ510を通してポンプ送りされうる。その後、伝熱流体は燃料燃焼型伝熱流体ヒータ507(任意要素)又は第二の熱交換器システム522のいずれかを通して流れることができ、ここで、伝熱流体は加熱され、その後、第三のバルブ511又は第七のバルブ519に入り、その後、第八のバルブ520を介してランキンサイクル521に入ることができる。中温溶融塩貯蔵容器518からの溶融塩は第九のバルブ524及び第二の熱交換器システム522を通して低温溶融塩貯蔵容器523にポンプ送りされ、その間に、第二の熱交換器システム522を通過する伝熱流体は加熱される。第二のサイクル504において、溶融塩は高温溶融塩貯蔵容器517からランキンサイクル521に、その後、中温溶融塩貯蔵容器518にポンプ送りされうる。
加熱された後に、伝熱流体及び溶融塩はランキンサイクル521中で作動流体を加熱するために使用される。ランキンサイクルは種々のシェルアンドチューブ型熱交換器:プレヒータ525、エバポレータ526、第一のスーパーヒータ527、第二のスーパーヒータ528、プレリヒータ529及びリヒータ530を含む。別の実施形態において、プレリヒータ529は任意要素であることができる。第八のバルブ520では、伝熱流体の一部はプレリヒータ529を通して流れ、そして伝熱流体の一部は第一のスーパーヒータ527、エバポレータ526及びプレヒータ525を通して流れる。溶融塩は第十のバルブ543に入り、そこから、部分流は第二のスーパーヒータ528を通過しそして他の部分はリヒータ530に進む。別の実施形態において、溶融塩はまず第二のスーパーヒータ528を通して、次いで、リヒータ530を通して流れることができる。熱交換器を通過した後に、伝熱流体は約288℃の温度である(ポイントb)。その後、伝熱流体は伝熱流体循環ポンプ508により第一のソーラエネルギー収集システム502にポンプ送りされ、再び加熱される。スタートアップ及び通気操作の間に、伝熱流体は伝熱流体膨張容器531を通過する。通常操作の間に、伝熱流体は伝熱流体膨張容器531をバイパスする。
溶融塩が熱交換器を通過した後に、それは中温溶融塩貯蔵容器518に入り、その後、第九のバルブ524に入り、第2のソーラエネルギー収集システム505に入って再び加熱されるか、又は、第二の熱交換器システム422に入って伝熱流体を加熱するかのいずれかである。
ランキンサイクル521は例3にて説明したのと同様に操作しうる。ランキンサイクル521において、水などの作動流体を過熱しそして電気の発生に使用する。水はプレヒータ525を通して流れ、ここで、それをおよそ水の沸点まで加熱する。その後、エバポレータ526を通して流れ、それを沸騰まで持って行く。それは、次に、第一のスーパーヒータ527及び第二のスーパーヒータ528を通して流れ、ここで、それを約1×107パスカル(100バール)の圧力で約530℃に過熱する(ポイントc)。過熱スチームは高圧タービン532を横切って膨張し、約307℃に冷却され、そして圧力は約2×106パスカル(20バール)になる(ポイントd)。その後、スチームの一部を、プレリヒータ529及びリヒータ530を通過させ、ここで、それを再び、約2×106パスカル(20バール)の圧力で約530℃に加熱する(ポイントe)。次に、低圧スチームは低圧タービン533を超えて膨張する。
高圧タービン532及び低圧タービン533は約27.5メガワットの電力及びランキンサイクル効率約39.6%で発電機534に動力供給する(ポイントg)。例1と比較して、本例は過熱スチームの温度がより高いので、ランキン効率がより高くなっている。
低圧タービン533を超えて膨張した後に、スチームは約46℃の温度及び1×104パスカル(0.1バール)の圧力である(ポイントf)。その後、スチームの一部は凝縮器535に入り、スチームの一部はフィード水/脱気容器536に入り、フィード水を脱気する。スチームは複数の出口を通してタービンを出てくることができる。複数の出口の各々を出てくるスチームの各部分は異なる温度及び圧力を有することができる。例えば、フィード水/脱気容器536に入るスチームの少量部分は凝縮器535に入るスチームの部分よりも高い圧力及び温度である。冷却水ループは冷却水ポンプ538を介して冷却水タワー537からの冷却水を凝縮器535に循環し、それにより、スチームを凝縮して、低圧タービン533を出てくる。代わりの実施形態において、冷却は空冷又は乾燥冷却により行うことができる。
凝縮器535からの凝縮物を、その後、低圧フィード水ポンプ539を介して任意要素である低圧フィード水熱交換器540にポンプ送りし、ここで、低圧タービン533からの抽気により予熱しうる。予熱した水はフィード水/脱気容器536に約100℃の温度で入り、そして次に、高圧フィード水ポンプ541からポンプ送りされ、任意要素である高圧フィード水熱交換器542を介してプレヒータ525に戻す。高圧フィード水熱交換器542は高圧タービン532からの抽気により水を加熱する。
本発明をその好ましい実施形態により上記に説明してきたが、本開示の精神及び範囲内で変更することができる。本願は、それゆえ、本明細書中に開示された一般原理を用いた本発明のいかなる変更、使用又は改作を網羅することが意図される。さらに、本願は本発明の属する技術において既知又は慣用の実務の範囲内に当たりそして以下の特許請求の範囲の限定の範囲内に当たるときには、本開示からのそのような逸脱を網羅することが意図される。
Claims (19)
- 第一の伝熱媒体を加熱するための第一のリニアソーラコレクタシステム、
第二の伝熱媒体を加熱するための第二のリニアソーラコレクタシステム、ここで、第一のリニアコレクタシステム及び第二のリニアコレクタシステムは同一のコレクタタイプである、
水を予熱及び蒸発させ、そしてスチームを過熱するために前記第一の伝熱媒体からの熱を使用する第一の熱交換器システム、及び、
前記第一の熱交換器システムにより発生した過熱スチームの温度を増加させるために前記第二の伝熱媒体からの熱を使用する第二の熱交換器システム、
を含む装置。 - 前記第一の伝熱媒体は有機伝熱流体又はシリコーン系伝熱流体である、請求項1記載の装置。
- 前記第二の伝熱媒体は溶融塩である、請求項1又は2記載の装置。
- 前記第一の伝熱媒体は約350℃〜約425℃の温度に加熱される、請求項1〜3のいずれか1項記載の装置。
- 前記第二の伝熱媒体は約450℃〜約600℃の温度に加熱される、請求項1〜4のいずれか1項記載の装置。
- 前記第二の伝熱媒体のための1つ以上の貯蔵容器をさらに含み、前記第二の伝熱媒体は前記第一の伝熱媒体を加熱するために使用される、請求項1〜5のいずれか1項記載の装置。
- 前記第一の伝熱媒体は前記第二の伝熱媒体を加熱するために使用される、請求項1〜6のいずれか1記載の装置。
- 前記第一のリニアソーラコレクタシステム及び前記第二のリニアソーラコレクタシステムは放物面トラフソーラコレクタシステム及びリニアフレネルソーラコレクタシステムからなる群より選ばれる、請求項1〜7のいずれか1記載の装置。
- 第一のリニアソーラコレクタシステム中で第一の伝熱媒体を加熱すること、
第二のリニアソーラコレクタシステム中で第二の伝熱媒体を加熱すること、ここで、第一のリニアソーラコレクタシステム及び第二のリニアコレクタシステムは同一のコレクタタイプである、
予熱、蒸発及び過熱のために少なくとも第一の熱交換器システム及びさらなる過熱のために少なくとも第二の熱交換器システムを含む、熱交換システムに作動流体を供給すること、
前記第一の伝熱媒体を前記第一の熱交換器システムに供給すること、及び、
前記作動流体を過熱するために前記第二の熱交換器システムに第二の伝熱媒体を供給すること、
を含む、方法。 - 前記第一の伝熱媒体は有機伝熱流体又はシリコーン系伝熱流体である、請求項9記載の方法。
- 前記第二の伝熱媒体は溶融塩である、請求項9又は10記載の方法。
- 前記第二の伝熱媒体により前記第一の伝熱媒体を加熱することをさらに含み、前記第二の伝熱媒体は1つ以上の貯蔵容器中に貯蔵される、請求項9〜11のいずれか1記載の方法。
- 前記第一の伝熱媒体により前記第二の伝熱媒体を加熱することをさらに含む、請求項9〜12のいずれか1記載の方法。
- 前記作動流体は水であり、前記熱交換システムは過熱スチームを製造する、請求項9〜13のいずれか1記載の方法。
- 前記第一のリニアソーラコレクタシステム及び前記第二のリニアソーラコレクタシステムは放物面トラフソーラコレクタシステム及びリニアフレネルソーラコレクタシステムからなる群より選ばれる、請求項9〜14のいずれか1記載の方法。
- 第一の伝熱媒体を加熱するための第一のリニアソーラコレクタシステム、
第二の伝熱媒体を加熱するための第二のリニアソーラコレクタシステム、ここで、第一のリニアコレクタシステム及び第二のリニアコレクタシステムは同一のコレクタタイプである、
前記第一の伝熱媒体からの熱を使用して水を予熱して予熱水を製造するようになっているプレヒータ、
前記第一の伝熱媒体からの熱を使用して前記予熱水を蒸発させて第一の温度でスチームを製造するようになっているエバポレータ、
前記第一の伝熱媒体からの熱を使用して前記スチームを第二の温度に過熱して過熱スチームを製造するようになっている第一のスーパーヒータ、ここで、前記第二の温度は前記第一の温度よりも高い、及び、
前記第二の伝熱媒体からの熱を使用して前記過熱スチームを第三の温度にさらに過熱するようになっている第二のスーパーヒータ、ここで、前記第三の温度は前記第二の温度よりも高い、
を含む装置。 - 前記第三の温度は約370℃〜約570℃である、請求項16項記載の装置。
- 少なくとも部分的に前記過熱スチームにより駆動される発電機をさらに含む、請求項16又は17記載の装置。
- 前記第一の伝熱媒体は有機伝熱流体又はシリコーン系伝熱流体であり、前記第二の伝熱媒体は溶融塩である、請求項16〜18のいずれか1記載の装置。
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