在具有塔的集聚式太陽能電廠中的接收器的配置的制作方法
【專利摘要】本發明涉及在具有塔的集聚式太陽能電廠中的接收器的配置，包括至少一個中溫接收器(3)和一個高溫接收器(4)，每個高溫接收器(4)被設置在每個中溫接收器(3)的上方并稍微靠前，使得中溫接收器(3)反射的一部分光線加熱所述高溫接收器(4)的后面部分，并且高溫接收器(4)被定位成使得其大部分表面與腔體(2)的內壁相對，只有接收器(4)的底部部分是保持自由的。
【專利說明】在具有塔的集聚式太陽能電廠中的接收器的配置
【技術領域】
[0001] 本發明屬于太陽能集聚【技術領域】，用于生產過熱蒸汽，更具體地屬于應用在發電 中的基于具有塔和定日鏡的中央接收器的【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 雖然太陽輻射是來自高能量源的高溫熱源，在實際上到達地球表面的流動條件下 的使用，由于可用溫度的大幅下降破壞了其轉變為功的所有潛力。出于這個原因才使用太 陽能熱電廠（STPP)和光學集聚系統，以使得獲得更高的流密度和較高的溫度。
[0003] 目前，已經開發出三種不同的在太陽能發電廠中使用的技術，即，中央接收器，拋 物面槽接收器和斯特林盤。所有這些技術只使用太陽輻射的直射分量，迫使它們具有太陽 跟蹤裝置。
[0004] 所要求保護的發明涉及塔式或中央接收器系統（3D)。這些系統使用大面積 (40-125平方米每單位）的反射鏡，被稱作定日鏡（heliostat)，定日鏡配置有控制系統以 將直接太陽輻射反射到放置在塔的頂部的中央接收器上。在該技術中，集中的太陽能輻射 將接收器中的流體加熱到高達1 〇〇〇 °c的溫度，該熱能可以隨后被用于發電。
[0005] 目前，有不同類型的具有不同配置的接收器。除其他之外，有中溫接收器和高溫接 收器。如果載熱流體是水，則中溫接收器也稱為飽和蒸汽接收器或蒸發器，高溫接收器被稱 為過熱蒸汽接收器。鍋爐安裝在它們之間。
[0006] 具有塔的太陽能集聚接收器可以在位于塔的頂部的腔體的外部，或設置在在腔體 中以減少熱損失。這種配置必須使得入射功率在量值上超過輻射和對流損失。在過熱蒸汽 接收器中，在表面處所達到的溫度高于在飽和蒸汽接收器處所達到的溫度，這就是為什么 輻射損失也更大；但是，它們具有提高熱力循環的效率的優點，這些損失因此被抵銷。
[0007] 專利文獻W02009121030A2提出了不同的板和管的配置，目的是吸收入射的集聚 式太陽輻射。包括具有透明部分的管或板的大多數配置與本專利中提出的結構非常不同， 目的和優點將在下面的章節進行說明。
[0008] 專利文獻US20080078378提出了一種板的配置，包括將過熱蒸汽接收器的板設置 在飽和蒸汽接收器的上面。
[0009] 專利文獻W02011030331A2要求保護若干鍋爐和飽和和過熱蒸汽接收器配置。具 有以中心的方式定位的兩種接收器的配置和飽和蒸汽接收器與過熱蒸汽接收器物理地分 離的配置。
[0010] 由于前述的內容，本發明的目的是設計一種接收器配置，通過化解存在的風險，組 合使用高溫蒸汽的優點，因此實現電廠的更好的控制，并因此有利于電廠及其組件的穩定 性和耐久性。
【發明內容】
[0011] 本發明涉及具有塔的太陽能集聚式發電廠的接收器的配置，具有中溫接收器和高 溫接收器之間的物理分離。
[0012] 在載熱流體是水的情況下，中溫接收器是載熱流體發生蒸發的地方，因此得到輸 出飽和蒸汽。所述蒸汽的過熱發生在高溫接收器中。鍋爐或相分離器被安裝在兩種接收器 之間，確保只有蒸汽進入高溫接收器。
[0013] 過熱相與蒸發相的分離減小了技術風險，假設因為在接收器中沒有相變，從與兩 相不同的膜系數產生的高的溫度梯度相關的問題也不存在了。此外，與太陽能資源的可變 性有關的控制問題也大幅度減少了。
[0014] 本發明的系統與現有技術不同，不是把中溫接收器和高溫接收器的模塊設置為彼 此遠離，而是，本發明所提出的配置包括一個或多個單獨的中溫接收器，或一個或多個高溫 接收器，被設置成使得高溫接收器物理地位于中溫接收器的上方并且較之中溫接收器稍微 _ 邑 _ U。
[0015] 一系列鍋爐或分離器被設置在這些中溫接收器和高溫接收器之間，確保兩相流體 僅作為蒸汽離開中溫接收器進入高溫接收器。
[0016] 無論是否在腔體內，本發明的接收器和板的配置是有效的。如果使用腔體內的接 收器的設計，則相對于接收器被分離在不同腔體中的腔體內接收器的其他配置，符合本發 明的配置，即高溫接收器在中溫接收器的上方，減少了接收器中的熱損失。
[0017] 前述結果是由于下述的事實，即在本申請要求保護的配置中，接收器在腔體內，腔 體的開口（入射輻射通過其進入）的中心位于高溫接收器的下限的下方，使得高溫接收器 的大多數表面與腔體的內壁相對。該內壁通常涂上一層反射絕熱材料。假設接收器位于 塔的頂部，被定日鏡反射的太陽光容易地撞擊接收器的整個表面，因為它們從下面進入，具 有確定的軌跡，即使高溫接收器沒有面對腔體的開口，輻射通過該開口進入，到達高溫接收 器，而不碰撞腔體的外壁。
[0018] 高溫接收器的大部分表面面對腔體的內部以及開口的一小部分，其結果是使得被 高溫接收器以輻射損失的形式散發的能量的大部分到達腔體內部的絕熱材料并被反射，隨 后被高溫接收器本身或中溫接收器再吸收，因此減少損失，提高了電廠的效率。
[0019] 這種配置的另一個特點是，相對于中溫接收器，把高溫接收器安裝得稍微靠前。由 于這種配置，在中溫接收器中被反射的光線的一部分到達高溫接收器的后面。迄今為止，已 成功測試了飽和蒸汽在板中的生產，其中輻射僅撞擊板的表面之一。在這些情況下，飽和再 循環液體的巨大流量的對流系數和相對低的通過中溫接收器循環的流體的溫度防止具有 過高的金屬溫度。但是，在輻射僅撞擊板表面之一和蒸汽在非常高的溫度下循環的高溫接 收器中，在某些區域中預期在600°C以上的金屬溫度，從而導致材料應力的產生。
[0020] 在本發明的高溫接收器的情況中，在接收器最關鍵的區域處（該區域峰值流量更 大并且具有最高的金屬溫度）在兩個表面接收輻射，假設從前面吸收來自定日鏡的輻射， 并且假設也在較低的部分接收來自后方的輻射，因為安置在后方的中溫接收器的頂部反射 的能量的大部分撞擊該區域。
[0021] 本文所描述的配置因此允許高溫接收器的下部區域的金屬溫度均勻化，這意味著 具有技術的優點：低得多的存在應力和在高溫接收器的最關鍵的區域上的更加均衡的變 形，因此實現了材料的使用壽命的延長。
[0022] 在如在本申請中提出的一種配置中，便于具有較小的斑點或投影的定日鏡（例如 更靠近塔的定日鏡）被朝向高溫板聚光，以具有更低的溢出損耗（假設需要有最小數量的 定日鏡朝向這些板聚光從而為接收器提供一定的電力），以及在高溫接收器中的更好的峰 值流量控制。更靠近塔的定日鏡然后比其他的定日鏡朝向更高的點（高溫接收器的中心） 聚光，因此它們能夠反射的平均每年的能量會比高溫接收器沒有定位在中溫接收器的上方 的其它配置更高（由于余弦效應，障礙物和陰影）。因此，在這種類型的配置中，到達太陽能 接收器的總能量也增加了。
[0023] 當所述載熱流體是水/蒸汽時或是在油、鹽或任何其他流體的情況下，上述的優 點是有效的。
[0024] 這樣的配置使得其允許簡化電廠的控制，減少其需要的功率流（通過增加接收器 的效率）和提高其抵抗瞬態事件或在啟動和停止期間的性能。過熱蒸汽以有效和可控的方 式獲得，以保證持久的耐用性和太陽能電廠在不同應用中的正常運作；發電，工藝用熱的生 產，太陽能燃料的生產和熱化學工藝的應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025] 為了補充前述的描述和為了幫助更好地理解本發明的特征的目的，優選實施例的 詳細描述將基于一組附于本說明書的附圖做出，以示意而不是限制的方式表達以下內容：
[0026] 圖1示出了具有三個腔體的塔的示意圖，每個腔體包括中溫接收器和高溫接收 器。
[0027] 圖2示出了所提出的配置的二維圖，和在腔體內的中溫和高溫接收器的基本布局 圖。
[0028] 在上面的圖中，參考標記對應于以下部件和元件：
[0029] 1-中心塔。
[0030] 2-腔體
[0031] 3-中溫接收器（飽和蒸汽接收器或蒸發器）
[0032] 4-高溫接收器（過熱器）
[0033] 5-絕熱
[0034] 6-開口
【具體實施方式】
[0035] 為了便于理解本發明，優選實施例在下面以詳細的方式并基于附圖公開。
[0036] 在本優選實施例中，通過裝置循環的載熱流體是水，因此中溫接收器（3)也稱為 飽和蒸汽接收器或蒸發器，高溫接收器（4)被稱為過熱蒸汽接收器。
[0037] 如圖1所示，在優選實施例中，在塔⑴的頂部的接收器（3,4)的配置或位置的設 計如下：3個飽和蒸汽接收器（3)和3個過熱蒸汽接收器（4)，兩個一組地設置在三個不同 的腔體⑵內。過熱蒸汽接收器⑷設置在飽和蒸汽接收器⑶的上方并且比飽和蒸汽接 收器（3)略微靠前。
[0038] 在優選實施例中，飽和蒸汽接收器（3)由垂直管形成，過熱蒸汽接收器（4)由水平 或垂直管形成且在這兩種情況下都在接收器的流體入口和出口處具有集熱器。每種類型的 接收器被設置在每個腔體（2)中，對每個飽和蒸汽接收器（3)和過熱蒸汽接收器（4)具有 若干板（也就是說，相對于給定的方向這些板形成不同的角度）。
[0039] 若干腔體（2)也被考慮在同一個塔（1)中，朝向不同的位置，鍋爐設置在位于每個 建造的腔體中的過熱蒸汽接收器（4)的上方。
[0040] 利用這種配置，太陽能接收器的總效率被提高，由于過熱蒸汽接收器（4)(具有更 高的壁溫度）的位置面對腔體（2)的壁的大部分和由于如圖2所示的所述壁的絕熱（5)，熱 損失被降低了。
[0041] 輻射從每個方向到達接收器，只要輻射只撞擊飽和接收器（3)的表面之一，因為 被飽和蒸汽接收器（3)反射的部分輻射撞擊后表面的較低區域，過熱接收器（4)的兩個表 面受輻射照射。這個區域，即較低區域，是關鍵區域，因為峰值流量更高；因此，從兩個表面 接收熱量有助于降低材料的應力。
[〇〇42] 此外，由接收器接收到的每年總能量增加了，因為一些定日鏡具有比其它配置的 估計值更高的聚光點。
【權利要求】
1. 一種在具有塔的集聚式太陽能電廠中的接收器的配置，所述塔圍繞其基部具有一系 列定日鏡，用于把太陽輻射反射到安裝在腔體（2)中的至少一個中溫接收器（3)和一個高 溫接收器（4)，所述配置的特征在于：每個高溫接收器（4)被設置在每個中溫接收器（3)的 上方并且較之該中溫接收器（3)稍微靠前，使得該中溫接收器（3)反射的一部分光線加熱 該高溫接收器的后面部分。
2. 根據權利要求1的在具有塔的集聚式太陽能電廠中的接收器的配置，其特征在于， 所述高溫接收器（4)被定位成使得安裝有該高溫接收器（4)的腔體（2)的開口（6)的中心 位于該高溫接收器（4)的下限的下方，以使該接收器（4)的大部分表面與該腔體（2)的內 壁相對。
3. 根據權利要求1的在具有塔的集聚式太陽能電廠中的接收器的配置，其特征在于， 載熱流體是水，并且所述中溫接收器（3)是蒸發器或飽和蒸汽接收器，并且所述高溫接收 器⑷是過熱器。
4. 根據權利要求3的在具有塔的集聚式太陽能電廠中的接收器的配置，其特征在于， 所述飽和蒸汽接收器（3)由垂直管形成，所述過熱蒸汽接收器（4)由水平或垂直管形成且 兩種情況下在接收器的流體入口和出口處都具有集熱器。
5. 根據權利要求1的在具有塔的集聚式太陽能電廠中的接收器的配置，其特征在于， 所述塔包括三個飽和蒸汽接收器（3)和三個過熱蒸汽接收器（4)，兩個一組地位于三個不 同的腔體（2)中的。
6. 根據權利要求1的在具有塔的集聚式太陽能電廠中的接收器的配置，其特征在于， 具有較小斑點或投影的所述定日鏡（例如更靠近所述塔的定日鏡）較之其他的定日鏡朝更 高的點聚光，因為它們瞄向所述高溫接收器（4)的板。
【文檔編號】F24J2/07GK104067067SQ201280058986
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2012年11月28日 優先權日:2011年11月29日
【發明者】約瑟·瑪利亞·門德斯馬科斯, 麥特·迪亞戈洛佩茲, 盧西婭·塞拉諾加利亞爾, 勞爾·納維奧希拉韋特 申請人:阿本戈太陽能新技術公司