[发明专利]储热系统和方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年1月3日提交的美国临时申请号61/429,288的权益，其被整体地通过引用结合到本文中。

技术领域

本公开一般地涉及使用太阳能日射的能量产生，并且更具体地涉及使用储热储存器的太阳能的储存。

发明内容

日射可以用来将太阳能流体加热(例如，水或二氧化碳)以供在发电时使用(例如经由蒸汽涡轮机)。在相对较高日射的时段期间，与发电所需的相比，可能在过热太阳能流体中存在过量的热能(即，焓)。相反，在相对较低日射的时段期间(例如，云覆盖或在晚上)，太阳能流体中的焓可能不足以发电。一般地，在相对较高日射的时段期间，可以将多于焓储存在储热系统中(即，充填存储系统)以供后续使用，例如在相对较低日射的时段期间或在需要补充的发电时的时间(例如，在峰值功率时段期间)。在储热系统的充填期间，可以将来自过热太阳能流体的焓传递至储热系统从而将其中的存储介质加热，但是焓传递可能是有限的，使得过热太阳能流体不会冷凝或仅部分地冷凝。仍留在结果得到的去过热(de-superheated)太阳能流体中的焓可以用于其它应用，诸如但不限于使太阳能流体预热以用于蒸发太阳能接收机、补充到过热太阳能接收机中的输入、家庭或工业应用、资源提取以及燃料产生。

在一个或多个实施例中，使用日射的发电方法可以包括在第一操作时段使用日射在大于大气压力的压力下产生过热蒸汽，并使用产生的过热蒸汽的第一部分来驱动涡轮机从而产生电。可以将所产生过热蒸汽的第二部分指引到与第一和第二热储存器热连通的第一热交换器的第一流动路径中。在指引的同时，可以使存储介质沿着第一热交换器的第二流动路径从第一储存器流动至第二储存器，使得在第一流动路径中产生的过热蒸汽的第二部分中的焓被传递至第二流动路径中的存储介质，从而将存储介质从所述压力下在水的沸点以下的第一温度加热至在水的沸点之上的第二温度。从第一热交换器的第一流动路径离开的流体具有在所述压力下处于或大于水的沸点的温度，并且离开第一热交换器的第一流动路径的流体中的至少某些仍保持蒸汽的形式。该方法还可以包括在第二操作时段使存储介质沿着第一热交换器的第二流动路径从第二储存器反向流动至第一储存器，使得第二流动路径中的存储介质中的焓被传递至第一热交换器的第一流动路径中的加压水，从而产生蒸汽。然后可以使用由所述反向流动产生的蒸汽来驱动涡轮机从而产生电。存储介质可以包括熔盐和熔融金属中的至少一个。第一操作时段期间的日射水平可以比在第二操作时段期间大。

在一个或多个实施例中，一种用于从日射发电的系统可以包括太阳能收集系统、储热系统、发电系统、第一热交换器以及控制系统。可以将该太阳能收集系统构造成从日射产生蒸汽。储热系统可以包括第一和第二储热储存器。发电系统可以包括使用蒸汽来发电且可以耦合到太阳能收集系统从而从那里接收所产生的蒸汽的涡轮机。第一热交换器可以将太阳能收集系统和储热系统相互热耦合，使得可以将太阳能收集和储热系统中的一个中的焓传递至太阳能收集和储热系统中的另一个。可以将控制系统配置成控制储热系统，使得在第一操作时段期间，存储介质通过第一热交换器从第一储存器流动至第二储存器，从而将蒸汽中的焓经由第一热交换器从太阳能收集系统传递至存储介质。还可以将控制系统配置成控制储热系统，使得在第二操作时段期间，存储介质通过第一热交换器从第二储存器流动到第一储存器，从而将焓经由第一热交换器从存储介质传递至水。该控制系统还可以控制储热系统，使得在第一操作时段期间离开第一热交换器的蒸汽和存储介质的温度处于水的沸点或其以上。

在一个或多个实施例中，太阳能的储热方法可以包括在第一时间期间在第一压力下将焓从汽相太阳能流体的第一部分传递至储热介质，从而增加储热介质的温度。该传递可以使得在焓传递之后的太阳能流体的所述第一部分的温度在第一压力下仍大于或等于所述太阳能流体的沸点温度。可以使用太阳日射来产生汽相太阳能流体。