[发明专利]工厂组装的竖直蛇形流动熔盐太阳能接收器

说明书

背景技术

本申请要求于2011年7月29日提交的、申请序列号为61/513,251的美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过参见的方式合并入本申请。

本发明总体涉及用于发电的电力生产领域。更具体地，本发明涉及模型化的、工厂组装的太阳能接收器。该接收器包括传热表面或面（facet）的装置，结构上流体地与之互联的熔盐传热系统，以及一体化支撑结构件，以及其它部件。本发明也公开了一种使用所述工厂组装太阳能接收器的发电系统。

一般地，太阳能接收器是太阳能生产系统的部件，通过太阳能接收器，来自太阳的辐射（即太阳光）被用作热源。来自太阳的辐射和热能被传递到工作流体，所述工作流体用以最终通过使用汽轮机等进行发电。通常，该接收器是永久安装在高架支撑塔顶部的大型单元，该支撑塔战略性地定位在具有收集太阳光线并将这些光线反射到接收器内目标墙壁的定日镜或镜子的场地中。在发电领域，这些系统的高效的、体积较小的太阳能接收器是理想的，该接收器可使用熔盐或类似的传热流体并且设计简单、模块化、结构坚固并且生产、运输和安装都较经济。

现有的风能和太阳能光电发电机没有经济的能量存储能力。由于没有能量存储，在晚上由于风、云和黑暗导致的输电网波动是不可避免的。由于安装了较多的太阳能发电机，因云层经过和每天的开启关闭操作所引起的输电网波动对于保持需求是不可接受的。长远来看，为了控制输电网，需要存储能量。考虑到稳定和可调度的电力，带有熔盐太阳能接收器的熔盐太阳能设备对于满足能量存储的需求是有帮助的。

不像蒸汽/水太阳能电力设备，熔盐太阳能设备能够有效地将所收集的太阳能存储为热能，此允许发电过程和收集能量的过程分开。然后，该电力设备可以在诸如被云遮蔽时或在晚上根据热量存储系统规模按需要生产和调度电力。

使用蒸汽/水接收器和独立使用用于存储热的熔盐是可行的，但是效率较低。需要其它的热交换器来传递由接收器产生的过热蒸汽的热能，以加热熔盐。然后可以存储熔盐，并且当需要时，可将热盐泵送到不同的热交换器系统，这些热交换器将热能从热盐传递到水而产生蒸汽，以驱动常规的兰金循环汽轮发电机，由此发电。该系统的一些问题包括由于添加的热交换器而导致的成本增加。而且，很难设计能够产生足够热的蒸汽以充分利用盐的高温存储能力的蒸汽/水接收器。诸如使用抛物线槽技术的油等不同的传热流体（HTF）可以用于热量存储，然而，这些传热流体限于较低的温度并且效率较低。由于附加的热交换器和不同传热流体的温度限制会使太阳能发电设备的整体效率丧失。

按这些规则，位于西班牙的太阳能发电设备使用单个较大的现场安装的熔盐太阳能接收器并且在2011年春季开始投入使用。该工程被设计成用15个小时的能量存储生产17兆瓦（MWe）的电。

名为“太阳能二号（Solar Two）”的太阳能发电设备工程从1998年1月到1999年4月运行。太阳能二号意图证明塔式熔盐太阳能技术在商业规模上的潜在用途。图1是太阳能二号接收器的立体图。

用于太阳能二号的太阳能接收器是在定日镜场中单个现场安装的接收器。该接收器包括在围绕内部管线、仪表和控盐容器（不可见）以外部圆筒形布置的24个管屏。各个管屏包括包括32个薄壁管，所述薄壁管由不锈钢构成并且涂有黑漆以从定日镜场中吸收最大量的入射太阳能。

图2是太阳能二号接收器的流道的示意图。第一流道是旁路流道。“冷”熔盐向上流过升流管202并进入入口容器210。当打开旁路阀208时，熔盐会直接流过旁路管线206进入降流管204，而不经过管屏和出口容器220。第二流道流过接收器管屏以加热熔盐。冷熔盐从入口容器210流过管230进入所述管屏并穿过所述管屏，然后流入出口容器220。图中也示出了排放阀240、环状集管242和通风阀244。

理想的是，提供一种使用熔盐或相似传热流体并且设计简单、模块化且经济的体积较小的太阳能接收器。

发明内容

本发明的实施例涉及管屏构造和用以获取和存储能量的太阳能接收器。优选地，该太阳能接收器使用熔盐作为传热流体。

太阳能接收器是小型的、模块化的且工厂组装的，允许它们被容易地运输和最小化现场组装成本。多个单元的模块化接收器可以用在镜场中。包括这些模块化单元的熔盐太阳能发电系统也包含在内。本文所使用的术语“模块化”意思是该太阳能接收器是标准化单元，使得可以通过增加其它这样的单元而能够更容易和更快的扩大。