[发明专利]用于太阳能蓄热器的传热流体的仅在蒸汽状态下的循环

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电站，并且更具体地涉及用水作为传热流体与显热蓄热介质相结合的太阳能电站。

背景技术

已经提出了这样的太阳能电站来存储被捕获的太阳能，即，该太阳能电站使用显热蓄热介质，典型的是熔盐。接着，显热蓄热介质能用于产生蒸汽，以驱动传统的蒸汽涡轮发电机系统。

因为使用于显热蓄能介质的蓄热介质的量最小化，所以优点是在较高的温度下存储能量，并允许从较高温度下的蓄热介质回收能量，从而导致发电循环中较高的换能效率。

借助传热流体，能量从太阳能集热器传递至显热蓄能介质。已经提出用合成油作为传热流体，但这些合成油通常只稳定到约400℃，这限制了显热蓄热介质的最大温度。通常地，油被用作槽式太阳能设备的传热介质，槽式太阳能设备包括具有熔盐蓄热物的设备。虽然槽式太阳能设备受限于温度上限，但它们能以可接受的效率工作，因为它们在单独的轴线上追踪太阳，因而与双轴线追踪式的太阳能集热器(例如，盘式集热器)相比具有较低的集中率。在槽式太阳能设备中使用油的确限定了温度上限，以其他方式它们可从例如450℃至约400℃而进行操作。

太阳能盘式部件和塔式部件的技术具有达到较高温度的能力，超过600℃，这具有如前所述的优点，即，使蓄热介质的量最小化并有益于在发电站循环中(获得)较高的换能效率。遗憾的是，没有在这样的高温下以及在环境温度下都保持为液态的流体(除了钠钾合金(NaK)，钠钾合金被认为对于太阳能管道网来说太危险，因为其与水的反应性很高，并且当与水或空气接触时可发生爆炸。

通常，太阳能塔式部件技术(其具有固定的太阳能接收器)在焦点直接加热融盐，该焦点布置成非常接近存储容器。盐(其既用作蓄能介质也用作传热流体)的网状化(reticulation of salt)是相对简单的，并且重力回流确保盐在夜间或云存在较长时间的期间从管道排空，因此不能在管道或接收器中凝固。对于太阳能盘式部件技术而言，直接加热的方案是有问题的，因为每个盘式部件具有自身的焦点，并且盘式部件可在非常大的区域被分布。排空管道可能不实际或很难实现。用作蓄热物的盐混合物在环境温度下是固体，因此，用盐作为传热流体和蓄热介质的分布太阳能部件的区域需要在全部时间(日间和夜间)被加热。加热系统的任何故障都将导致管道网中的盐凝固。

水能被用作为传热流体。当使用水作为高温范围内的传热流体时，在实际工作温度下通常存在相变。因为水被冷却并发生相变从过热蒸汽成为液态水，所以在将能量从蒸汽传递至单独的显热蓄热介质时存在已知的“夹点”问题。即使能获得高温蒸汽，但“夹点”问题大大限制了蓄热的上限温度。

对于将热从水(无论是蒸汽还是液体)传递至蓄热介质来说，相对在沿热交换器的所有位置处的蓄热介质，水必须处于较高温度。当将蒸汽冷凝至液体时，在100％蒸汽和100％液体之间温度保持不变(在恒压下)。这引起在100％汽相处的夹点，该夹点限制了在蓄热介质中能获得的最大温度。在图1中的温度-焓图中示出了夹点问题，图1示出了在165巴的水2从300℃至600℃的焓，和被水加热了的显热蓄热介质4的焓。尽管在该实例中，输入蒸汽的温度高，但蓄热介质的最大温度受“夹点”限制至约380℃。

已经提出了将蒸汽流分为三部分：纯液体、两相-液体和蒸汽，以及纯蒸汽。在该方法中，需要三种分开的蓄热介质。存在用于液相和汽相的显热蓄热物，以及用于两相区域的相变材料(例如，合适的盐)。虽然这避免了夹点问题，但将导致相对复杂的蓄能系统。

由于高温能力和高的光效率相结合，使用盘式部件的太阳能发电厂以是其他技术(塔式技术或槽式技术)几乎两倍的效率将阳光转变为电。但是，当与熔盐蓄热物结合时，利用盘式太阳能部件的发电在使用传统方式的传热流体时由于前述原因就遇到了问题。

技术内容

本发明提供了这样的能量源(例如太阳能电站)，即，该能量源在将能量传递至显热蓄热物时使只是汽态的传热流体(优选水)循环。循环完全是汽(过热)态的水避免了夹点问题，并避免了与高温稳定性的其他液体类型及在环境温度下为固相相关的问题，如之前所述的。