[发明专利]蒸汽兰金循环太阳能设备和用于操作这样的设备的方法

说明书

技术领域

本公开通常涉及蒸汽兰金循环太阳能设备，并且更具体而言，涉及优化这样的太阳能设备的蒸汽循环内的涡轮的性能。

背景技术

在其最基本的形式中，太阳热发电设备由具有镜子的太阳能集中器组成，其将太阳辐射集中到一个或多个接收器，其中，太阳辐射转化成高温热能。太阳热发电设备的一般构造基于传统的兰金-循环发电装备。一般而言，基于蒸汽兰金循环的太阳热应用典型地分为两种一般的捕捉技术类别：线性聚焦技术，诸如抛物线型槽和线性菲涅耳集中器；以及点聚焦集中器，诸如太阳能发电塔。

抛物线型槽是构建成长抛物线型镜的集中器的类型。在镜子的焦点处的是杜瓦管，热传递介质穿过杜瓦管，并且被加热。

线性菲涅耳集中器类似于抛物线型收集，因为它们沿着线聚焦太阳能。但是，它们的不同在于，镜子包括共同或单个地追踪太阳的、水平地安装的平面镜条。

太阳能发电塔（也被称为“中心塔”发电设备或“定日镜”发电设备或只是发电塔）是使用塔来接收聚焦的太阳光的一类太阳炉。太阳能发电塔典型地使用成阵列的可移动平面镜(定日镜)来将太阳的光线聚焦在收集塔上。在蒸汽兰金循环太阳能设备中，用在塔的顶部处的集中的能量，或者直接地通过位于塔中的太阳炉，或者另外通过因为其高热容而选择的热传递介质，来产生蒸汽。通过具有高热容，热传递介质可适于用于在太阳强度低的期间存储能量供稍后在热循环中使用的间接目的。适当的热传递介质的示例包括液态钠和熔盐(40%的硝酸钾、60%的硝酸钠)。

太阳能供应的特性中的一个在于其可变的性质。太阳能设备不仅需要应付白天/夜晚变化和季节变化，而且还要应付阻挡或消耗太阳辐射的其它因素，诸如云、大气灰尘和污染。因此，对系统的要求非常高，这意味着装备必须能够在比传统系统所经历的运行条件远远更大的各种各样的运行条件下运行。

因此，可为过热器或再热器的蒸汽发生器可产生蒸汽数量以及蒸汽温度的对应地大的变化。不仅设备的蒸汽涡轮必须设计成应付相对较罕见的高峰条件，而且还必须对其它辅助装备进行同样的设计，该其它辅助装备包括蒸汽发生器、流通蒸汽管线和其它流通蒸汽路径构件。这个意味着，虽然典型地针对不寻常的“100%负载情况”来优化设计，但由于选择参数的裕度，典型地以较低的效率在“一般条件”下运行。

一种解决办法是提供一种针对“一般条件”而优化的蒸汽涡轮，以及在高峰太阳活动期间，通过例如使太阳能发电塔的定日反射镜不聚焦，或者不用槽型设备的抛物线型镜追踪太阳，来减小太阳收集容量。这导致潜在能量生产的损失。

特别地用于利用热传递介质回路的太阳能发电塔的另一个备选方案是转移经加热的热传递介质中的一些，以在曝晒高峰期间存储，供稍后在太阳热强度低的期间（例如在晚上或夜间）使用。这需要大型存储系统。

另外的备选方案是提供多个蒸汽涡轮，其中，涡轮配置成使得投入使用的蒸汽涡轮的数量基于太阳负载。这会增加安装的复杂性和成本两者。

发明内容

公开一种蒸汽兰金循环太阳能设备，其使得能够相对于一般条件下的效率优化太阳能设备的多级涡轮，同时仍然具有高峰容量。

实施例试图借助于独立权利要求的主题来解决这个问题。在从属权利要求中给出有利的实施例。

根据示例性实施例的一方面，提供一种蒸汽兰金循环太阳能设备，其包括用于产生蒸汽的蒸汽发生器、连接到蒸汽发生器的供给线，以及通过供给线而连接到蒸汽发生器的多级涡轮，其中，涡轮具有第一级和在第一级下游的中间级。位于供给线中的过载阀配置和布置成通过将蒸汽的至少一部分引导到中间级中来限制第一级的蒸汽压力。照这样，蒸汽的一部分可绕过第一级，从而提供具有高峰容量的涡轮。

在另一方面，该设备进一步包括配置和布置成测量通往涡轮的供给线中的压力的传感器。另外，设备还包括与传感器测量通信且与过载阀控制通信的控制器。控制器配置成基于传感器的测量来调节过载阀。

另一方面包括太阳能设备，该太阳能设备包括热传递介质循环和蒸汽兰金循环两者。蒸汽发生器配置和布置成在两个循环中，将热从热传递介质循环传递到蒸汽兰金循环。

在另一方面，太阳能设备包括配置和布置成存储来自热传递介质循环的太阳热能供稍后在蒸汽发生器中使用的太阳热能存储装置。

另一方面提供一种用于控制蒸汽兰金循环太阳能蒸汽设备的方法。该方法包括以下步骤：

·  为蒸汽兰金循环提供多级涡轮

·  将蒸汽供给到涡轮；

·  测量通往涡轮的供给线中的压力；以及

· 基于测得压力，改变直接供给到涡轮的中间级的蒸汽的比例。