[发明专利]混合式集中太阳能联合循环动力装置及其中太阳能重整器

说明书

技术领域

本发明大体涉及动力发生系统，并且更具体而言，涉及混合式太阳能动力发生系统。

背景技术

集中太阳能(CSP)目前被认为是大规模地用太阳能发电的最经济和高效的方式。但是，除了太阳能收集系统的投资费用高之外，仍然存在限制对大规模的动力发生广泛地采用CSP技术的显著的挑战。关于当前建立太阳能动力装置的一个这种挑战是由于太阳能的间歇性质而导致的生产容量因数低。太阳能的这个间歇性质会导致CSP装置成本高，因为蒸汽轮机循环系统在多达75％的时间是空闲的。动力岛的低利用率会导致动力系统有非常低的投资回报，以及因此，不利地影响CSP装置的经济效果。

关于当前建立太阳能动力装置的另一个挑战在于，将大量可再生的动力添加到电网中往往会需要添加基于天然气的备用容量或储备容量，以便弥补可再生的能量的间歇性质，以及对电网提供稳定性。从电网运营商和消费者的角度看，由于对电网添加较多可再生的动力，所以在容量上的这个冗余性是电的高成本的另一个隐性原因。这样的储备动力装置典型地以低容量因数运行，并且仅使用简单循环燃气轮机，简单循环燃气轮机具有较低的效率，以及因此，与联合循环(CC)燃气轮机(CCGT)装置相比，对于每MWh会放出更多CO₂。为了规避集中太阳能的低容量因数，已经提出和在小规模上展现了基于熔盐的热存储技术；但是，由于使用间接的热传递和蒸汽轮机循环的原因，在大规模地使用之前，这些系统需要额外的技术发展来克服高的初始投资成本和低的热效率。

关于太阳能重整器，已经尝试了用于小规模的太阳能重整的设计，该设计旨在通过高温度蒸汽甲烷重整来生产氢。虽然对小规模的应用来说可能是可接受的，但是此设计不适于动力发生情形，因为太阳能热加热系统的成本高且水的消耗高。

因此，提供一种修正与大规模的集中太阳能动力发生有关的以上问题的改进的混合式太阳能动力发生系统将是合乎需要的。

发明内容

简要而言，本发明的一方面在于一种电功率发生系统，其包括：包括太阳能场和蒸汽发生器的集中太阳能装置(CSP)；太阳能重整器；以及用于发电的联合循环燃气轮机(CCGT)动力装置。太阳能重整器构造成接收来自太阳能场的太阳能和作为输入反应剂流的烃流体。太阳能重整器通过重整动作来将太阳能和输入反应剂流转化成热能和化学能，以形成重整燃料。联合循环燃气轮机(CCGT)动力装置构造成接收烃流体和来自太阳能重整器的重整燃料，以及放出燃烧排气。联合循环燃气轮机动力装置构造成能够响应于通往太阳能重整器的太阳能的可用性而基于烃流体和重整燃料中的至少一个来运行。蒸汽发生器构造成接收从联合循环燃气轮机动力装置中放出的热排气，以进行发电。

本发明的另一方面在于一种产生电功率的方法，其包括：控制联合循环燃气轮机动力装置的燃烧室和太阳能重整器之间的烃流体流；在太阳能重整器中通过经由重整动作将太阳能和烃流体转化成热能和化学能来重整烃流体，以形成重整燃料；将重整燃料供应给联合循环动力装置；以及将热排气供应给蒸汽发生器。太阳能重整器构造成接收来自太阳能场的太阳能以及烃流体。联合循环燃气轮机动力装置构造成接收烃流体和来自太阳能重整器的重整燃料中的一个，以及放出热排气。蒸汽发生器构造成接收从联合循环燃气轮机动力装置中放出的热排气，以及进行发电。联合循环燃气轮机动力装置构造成能够响应于通往太阳能重整器的太阳能的可用性而基于烃流体和重整燃料中的至少一个来运行。

本发明的又一个方面在于一种太阳能重整器，其构造成接收来自太阳能场的太阳能和作为输入反应剂流的烃流体，其中，太阳能重整器通过重整动作来将太阳能和输入反应剂流转化成热能和化学能，以形成重整燃料。太阳能重整器包括：锥形开口，其构造成通过石英窗而集中接收太阳能，以及将太阳能集中到重整室中；设置在重整室中的重整催化剂；以及与反应室处于流体连通的同轴的管中管式管道，其构造成提供用于输入反应剂流的入口和用于重整燃料的出口。太阳能重整器运行来在存在太阳能时对联合循环燃气轮机动力装置提供动力。

在审阅结合若干幅图和所述权利要求而得到的以下详细描述之后，本申请的这些和其它特征与改进将对本领域普通技术人员变得显而易见。

附图说明

当参照附图来阅读以下详细描述时，本发明的上述和其它特征、方面与优点将变得更好理解，在附图中，相同符号在所有图中表示相同部件，其中：

图1是根据一个实施例的混合式集中太阳能联合循环动力装置的示意图；

图2是示出了根据一个实施例的、运行混合式集中太阳能联合循环动力装置的方法的流程图；