[发明专利]组合循环电力设备

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2007年6月6日提交的名称为“Combined Cycle PowerPlant”的美国临时专利申请No.60/933,619的优先权，在此通过引用并入其整体内容。本专利还涉及要求于2007年6月6日提交的名称为“IntegratedSolar Energy Receiver-Storage Unit”的美国临时专利申请No.60/933,620的优先权的名称为“Integrated Solar Energy Receiver-Storage Unit”的美国专利申请No._____(代理标签号No.62715-2000400)，在此通过参考并入其中的每一个的整体内容。

技术领域

本申请涉及包括热能存储系统的组合循环电力设备(combined cyclepower plant)。

背景技术

组合Brayton循环系统和Rankine循环系统的热电设备是公知的，其中在热回收蒸汽发生器(HRSG)中使用从废弃的Brayton循环流体中回收的热以产生或增加用于在Rankine循环系统中膨胀的蒸汽的生成。与单循环系统相比，这些已知的顺序组合两种热力学循环的组合循环系统可以提供更高的工作效率和/或更快的启动。

发明内容

概括地说，本文公开一种方法和组合循环电力设备，其中将居间热能存储单元用于存储从该设备的采用热力学顶循环(top thermodynamiccycle)发电的部分获得的废弃或剩余的热能，从而所存储的剩余的热能可以用作在该设备的采用热力学底循环(bottom thermodynamic cycle)额外发电的部分中的能源。

从而，本文公开的方法包括：(a)使用通过热力学顶循环工作的第一顶循环热机产生电能和剩余的热能，(b)存储至少一部分所述剩余的热能，以及(c)使用至少一部分所存储的剩余的热能以在通过热力学底循环工作的第一底循环热机中产生额外的电能。一些方法可以包括存储全部回收的剩余的热能，而其他方法可以包括存储一部分回收的剩余的热能的并转移一部分剩余热能用于经由热力学底循环而直接用于发电。

所述方法可以包括使用任何合适的燃料或能源以驱动顶循环热机。例如，可以使用太阳能，例如从塔式太阳能阵列(例如多塔太阳能阵列)、使用抛物面槽的太阳能阵列或线性Fresnel反射器太阳能阵列收集的太阳能。可替代地或额外地，可以使用诸如化石燃料和/或生物质衍生的燃料的燃料以对顶循环热机供能。在特定情况中，除了所存储的热能之外，可以使用补充的能源(例如太阳能、化石燃料和/或生物质衍生燃料)，以驱动底循环热机。

所述方法可以包括使用用于产生电能的顶循环热机和底循环热机的任何合适的组合发电。例如，在一些变型例中，顶循环热机可以使用Brayton循环，这种顶循环热机包括通过天然气供能的重型Brayton循环涡轮机或者通过天然气供能的航改式(aeroderivative)Brayton循环涡轮机。外部加热模式的Brayton循环热机是可能的，并且如果热在这些热机的膨胀与压缩部分之间再生，认为外部加热的模式使用Ericsson循环。太阳能热是可应用于Brayton循环或Ericsson循环热机的外部热的一种形式。底循环热机可以使用Rankine或Kalina循环，其中工作流体经历相变。从而，所述方法可以包括：压缩、加热和通过第一涡轮膨胀第一工作流体以驱动使用热力学顶循环的第一发电器，在第一工作流体膨胀之后存储包含在该第一工作流体中的剩余的热能，利用所存储的热能加热第二工作流体，以及使用经加热的第二工作流体通过第二发电器例如在Rankine循环热机中产生电能。在热力学顶循环和底循环中可以使用任何合适的工作流体，例如，第一工作流体可以主要包括空气(例如环境空气)，第二工作流体可以包括蒸汽、水、蒸汽/水混合物、或烃流体。

如果该设备在其热力学底循环中包括Rankine循环热机以发电，例如，所述方法可以包括，利用所存储的热能加热第二工作流体，以及通过与第二发电器耦合的第二涡轮使经加热的第二工作流体膨胀。在Rankine循环热机的一些变型例中，可以通过一组多个膨胀级，例如多个涡轮，使经加热的被压缩的第二工作流体连续膨胀。在这些变型例中，所述方法可以包括在膨胀级之间再加热第二工作流体，在一些变型例中，可以利用从顶循环热机中回收的所存储的热能进行所述再加热。