[发明专利]太阳能热发电设备

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能热发电设备，尤其涉及对蒸汽发电设备提供 热能的太阳能热发电设备。

背景技术

在对全球变暖的关注和对不可再生能源的枯竭与日益增长的电 力需求的预测中，能量供应商不断寻求作为替代物的原始能源 (primary energy)。这样的一种能源是太阳能，且太阳能热发电设 备是利用太阳能的一种方式。

一种类型的太阳能发电设备利用“辐射集中收集器”，其通过将 太阳辐射聚焦在较小区域上来集中太阳辐射，例如，使用镜面表面 或透镜。在此系统中，反射镜(典型地是抛物线形的)接收入射的 太阳辐射，并将其反射(聚焦)在辐射吸收器(其形成为管子)上。 管辐射吸收器被加工过的玻璃闭合管同心地包围，以限制热量损耗。 收集器系统进一步包括追踪太阳的装置。

为了将通过对流和传导而损耗的热量减到最少，并且为了提高 太阳辐射收集效率，将管辐射吸收器和玻璃闭合管之间的空间抽空 至非常低的压力。

管辐射吸收器由带有涂层的金属制成，该涂层具有高太阳辐射 吸收系数以将从反射镜反射的太阳辐射所赋予的能量传递最大化。 组成传热介质的热流体(典型地是诸如油的液体)在管辐射吸收器 内流动。

然后，由热流体传送的热能用来为蒸汽发电站提供动力，以驱 动一个或多个涡轮机，从而以传统的方式(例如，通过将每个涡轮 机的轮轴与发电机耦接)发电。

热流体通过向蒸汽发电设备传送热能来为其提供动力。虽然蒸 汽-电的循环在高温下更有效，但是，在特定的高温阈值下，一些热 流体可能分离或以其他方式分解或在传递热量时变得不太有效。因 此，典型地将这种太阳能热发电设备限制为在低于此阈值的温度下 操作，对于一些热流体，此阈值可能在大约400℃的区域中。

发明内容

根据本发明的另一方面，提供了一种太阳能热发电设备，其包 括太阳能收集系统和蒸汽发电设备，其中，太阳能收集系统包括一 个或多个其中装有热流体的管辐射吸收器，该系统被构造为通过在 利用太阳辐射来辐射所述吸收器(或者直接、反射，或二者兼有) 的同时使得热流体流过所述一个或多个管辐射吸收器，以加热所述 热流体；蒸汽发电设备包括中压蒸汽涡轮机、低压蒸汽涡轮机和至 少一个附加蒸汽涡轮机(其入口压力高于中压蒸汽涡轮机的入口压 力)，以及容纳工作流体的管道；每个涡轮机与热交换系统相关，并 且在其上游与热交换系统连接，热交换系统适于将热量从所述热流 体传递至所述工作流体。

根据一些实施方式，热流体可以是热油或蒸汽/水。

根据其它实施方式，工作流体可以是熔盐、二氧化碳或氦气。

太阳能收集系统可进一步包括槽形收集器，例如，其可以是单 轴线太阳追踪抛物面反射镜或线性菲涅耳(Fresnel)收集器。

蒸汽发电设备的工作流体可以是蒸汽/水。

太阳能热发电设备可具有低于大约400℃的工作温度。

与附加蒸汽涡轮机相关的热交换系统可包括三个热交换器，第 一个是预热器，第二个是蒸发器，第三个是过热器。

太阳能热发电设备可包括一个附加涡轮机，其中，附加涡轮机、 中压涡轮机和低压涡轮机的入口压力分别是大约150巴、100巴和 20巴。

热发电设备可具有大致是或超过42％的总兰金(Rankine)效率。

太阳能热发电设备可进一步包括适于控制热流体对每个热交换 系统的分布的控制器，从而优化发电设备的效率。

管辐射吸收器可设置在抽空的透明管内，至少设置在太阳能收 集系统内。

与中压涡轮机相关的热交换系统可构成第一再热器(回热器)， 并且，与低压涡轮机相关的热交换系统可构成第二再热器。

根据本发明的另一方面，提供了一种结合任一上述方面和/或任 何相关实施方式所述的太阳能热发电设备，其中，热流体被加热至 不超过大约400℃的温度。因此，蒸汽发电设备的工作温度不超过 大约400℃。

根据本发明的又一方面，提供了一种用于发电的方法，所述方 法包括：

(a)通过使工作流体顺次在至少三个涡轮机阶段中膨胀来从工 作流体中提取能量，其中，在每个膨胀阶段之前，将工作流体加热 至与相应阶段相关的预定温度；并且

(b)将所提取的能量转化成电能；