用于能量生產(chǎn)的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于從資源生產(chǎn)能量的裝置，如從太陽能，特別是集中式太陽能(CSP)裝置，但是也可以從其他熱能源，包括但不限于核反應(yīng)堆、化石燃料工廠及深處地?zé)嵩础８唧w地，本發(fā)明涉及對現(xiàn)有裝置設(shè)計或用于建造更簡單和更有效的新裝置的改型。
[0002]發(fā)明背景和現(xiàn)有技術(shù)
[0003]在國際規(guī)模上正做出大量的研究和開發(fā)的努力以提高能量生產(chǎn)系統(tǒng)的效率和環(huán)保性能?，F(xiàn)今做出的近半數(shù)努力是在可再生能源領(lǐng)域而非傳統(tǒng)的化石燃料或核燃料類型的火電生產(chǎn)領(lǐng)域做出的。顯然，蓄能將會成為進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，并且在發(fā)展這種能力方面，特別是通過利用充電式電池、抽水蓄能裝置、壓縮空氣、飛輪、氫氣轉(zhuǎn)換和熱儲存器(包括具有材料相變的熱儲存器)進(jìn)行蓄能，目前已進(jìn)行大量投資。
[0004]通常認(rèn)為，總體上蓄能可促進(jìn)能源傳輸?shù)较M者和市場的時間依存適應(yīng)性，并且當(dāng)主電力生產(chǎn)不足或失敗時，通過橋接送電，蓄能可以提供傳輸安全性。
[0005]對于某些類型的可再生能源生產(chǎn)，具有儲存器是絕對必要的。一種這樣的領(lǐng)域是集中式太陽能(CSP)，其中熱儲存器用于補(bǔ)償產(chǎn)熱不足或失敗，例如在白天當(dāng)運量出現(xiàn)及在夜間沒有太陽時。在使用拋物面槽式聚熱器的CSP的情況下，通過反射和聚集對管道系統(tǒng)中的油進(jìn)行加熱的太陽光線產(chǎn)生熱量；該油隨后與儲存在大型隔熱的儲存槽內(nèi)的熔鹽進(jìn)行熱交換。該油是一種合適的礦物的、有機(jī)的或合成的傳熱油，例如Therminol ( 一種傳熱油)。當(dāng)需要將儲存的熱量用于補(bǔ)充或擴(kuò)大能源生產(chǎn)時，由熔鹽和油之間的反向熱交換來提取熱量。此后，油再一次被熱交換至水蒸汽，其反過來又經(jīng)渦輪和發(fā)電機(jī)用于能源生產(chǎn)。該技術(shù)存在諸多嚴(yán)重的缺點，因為其涉及使用非常昂貴的儲存流體，例如熔鹽，它需要多個油/鹽熱交換器，需要至少兩個大的熔鹽儲存槽，需要熔鹽泵和相應(yīng)的泵浦能將熔鹽移到儲存槽或從儲存槽移出，并且存在該鹽在管道或其它結(jié)構(gòu)內(nèi)凝固的風(fēng)險，即便在非常高的溫度下都可能發(fā)生。
[0006]CSP的另一種變型是，其中大的反射鏡(定日鏡)將太陽光線反射到高塔，其中充滿高溫工作流體，例如熔鹽，的接收器用于光-熱轉(zhuǎn)換的。在使用熔鹽作為工作流體的情況下，該流體可直接與水蒸汽進(jìn)行熱交換以通過使用渦輪和發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。可選地，熔鹽可儲存在大槽中以如上所述說明的隨后用于發(fā)電。
[0007]最近的研究工作還考慮使用蒸汽作為用于CSP塔技術(shù)的工作流體；這樣可避免使用將熔鹽變?yōu)檎羝臒峤粨Q器。直接蒸汽技術(shù)的問題在于能夠儲存供延遲使用的熱量，特別是與能源生產(chǎn)的有效結(jié)合。本發(fā)明提供了一種針對該問題的可能的解決方案。
[0008]存在多種傳統(tǒng)技術(shù)，其中主要的能源是熱量和壓力；如化石燃料(煤、油、氣)工廠和核電站。盡管這些設(shè)備可以不依靠為能源生產(chǎn)的周期性缺乏做好的儲備，對于這些設(shè)備，熱儲存器可以是很大的優(yōu)勢并且在經(jīng)濟(jì)上是有利的。例如，在24小時一天的周期內(nèi)，熱儲存器可便于充分或更好地利用產(chǎn)熱能力，因為在夜間產(chǎn)生的熱量可以完全或部分地儲存并根據(jù)市場需求在白天能提供更強(qiáng)勁地能源生產(chǎn)。此外，儲存器對于提供能源供應(yīng)的連續(xù)性和安全性或應(yīng)對電網(wǎng)系統(tǒng)中暫時的瓶頸具有很大的價值。
[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種用于能量生產(chǎn)的裝置，該裝置對于之前提到的技術(shù)問題是有益的。此外，該裝置的儲存器應(yīng)優(yōu)選:
[0010].與現(xiàn)有系統(tǒng)相比能夠簡化儲熱、輸熱和蓄熱的整個過程
[0011].能在最適于將熱量匯集并傳輸?shù)絻Υ嫫鞯臏囟群蛪毫ο逻M(jìn)行操作
[0012].能適應(yīng)被視作最適于上述提到的操作的不同類型的工作流體
[0013].通過具有適于熱提取過程的溫度和壓力的流體能有效地將熱量輸出
[0014].能適應(yīng)最適合從儲存器進(jìn)行傳熱的各類工作流體
[0015].能在主要的熱交換器模式下運行，其中在主要的熱量輸入管路中的工作流體的熱量直接進(jìn)行熱交換，并同時與熱提取管道系統(tǒng)內(nèi)的另一種類型的熱交換器內(nèi)的工作流體存在于儲存式熱交換器內(nèi)
[0016].適合與已經(jīng)市售的部件如泵、閥門、管道、傳感器和控制系統(tǒng)一起實施
[0017].提供優(yōu)于現(xiàn)有系統(tǒng)的成本和效率優(yōu)勢
[0018]?環(huán)境安全
[0019].易于在現(xiàn)有設(shè)備內(nèi)集成并能將現(xiàn)有設(shè)施改型以及在新設(shè)施的設(shè)計和操作中使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]本發(fā)明提供一種用于能量生產(chǎn)的裝置，包括可操作地布置在裝置輸入側(cè)的任何類型的熱源或能源，包括但不限于太陽能電源、核反應(yīng)堆、化石燃料發(fā)電廠、風(fēng)力發(fā)電廠、潮力發(fā)電廠、廢熱發(fā)電廠和地?zé)嵩?，和可操作地布置在裝置輸出側(cè)(delivery side)的熱傳遞設(shè)備和能量生產(chǎn)設(shè)備，例如渦輪-電動發(fā)電機(jī)組。該裝置的特色在于其還包括具有集成的熱交換器的熱能儲存器，熱能儲存器包括固態(tài)蓄熱材料、傳熱流體和用于能量輸入和輸出的設(shè)備，其中:
[0021]儲存器包括至少一個傳熱容器，
[0022]固態(tài)蓄熱材料布置在傳熱容器周圍，
[0023]傳熱容器容納傳熱流體及用于能量輸入和輸出的裝置，從而在相應(yīng)傳熱容器內(nèi)發(fā)生經(jīng)由傳熱流體的所有傳熱對流和熱傳導(dǎo)，
[0024]具有熱交換器的熱能儲存器布置在熱絕緣材料內(nèi)，并且
[0025]具有熱交換器的固態(tài)熱能儲存器已經(jīng)布置在裝置的輸入側(cè)和輸出側(cè)之間以用于儲存及熱交換，該儲存器直接與熱源聯(lián)接或通過另外的熱交換器與熱源聯(lián)接，該儲存器直接與裝置輸出側(cè)聯(lián)接或通過另外的熱交換器與裝置輸出側(cè)聯(lián)接。
[0026]術(shù)語直接聯(lián)接在本文中的意思是在熱源中或輸出側(cè)的工作流體與在儲存器中的工作流體是相同的，并且這些系統(tǒng)在沒有另外的熱交換器或儲存器的情況下僅通過管道、閥門、泵或壓縮機(jī)聯(lián)接。
[0027]從屬權(quán)利要求中定義了該裝置的優(yōu)選實施方案，參考了該從屬權(quán)利要求。
[0028]熱能儲存器和熱交換器被稱為具有熱交換器的NEST熱能儲存器。
[0029]最優(yōu)選地，NEST熱能儲存器和熱交換器包括一個或多個在外容器或管段內(nèi)并排直立布置的傳熱容器，該一個或多個傳熱容器和外容器或管段間的空間已填充有混凝土或其它固態(tài)材料。將不需要傳統(tǒng)銷裝棒(armouring bars)或銷裝結(jié)構(gòu),從而簡化了裝置的熱儲存器的生產(chǎn)。通過布置多個并排直立的每一個都填充有混凝土的圓柱形外容器或管段及一個或多個如上描述的傳熱容器，并且將用于熱輸入和輸出的傳熱容器裝置一起聯(lián)接到下面所描述和示出的熱源及輸出側(cè)，可出奇容易地提供大型裝置。如上所述的在傳熱容器與外管或外容器之間填充了混凝土的管套管(pipe in pipe)或容器套容器的方案為本發(fā)明的裝置的熱儲存器提供了有效的基本單元或熱單元。在底部連接成對的傳熱容器從而使工作流體能從一處流向另一處，在傳熱容器與外管或外容器之間具有混凝土，為本發(fā)明的裝置的熱儲存器提供了另一種有效的基本單元或熱單元。在另一個優(yōu)選實施方案中，熱儲存器熱單元的固態(tài)材料包括水泥漿和混凝土，水泥漿布置在混凝土與傳熱容器之間。包括許多基本單元格或單元的儲存器包括在儲存器周圍的隔熱材料，防止與地面或空氣的熱交換和防止到地面或空氣中的熱損耗。
[0030]請參考通過引用并入本文的專利N0332707或?qū)＠暾圥CT/N02012/050088，以得到NEST固態(tài)熱能儲存器本身以及特別是其優(yōu)選的實施方案的詳細(xì)描述，在本發(fā)明的裝置中使用了其中的一些實施方案。
[0031]本發(fā)明對于所有上述提到的問題是有益的，根據(jù)下文的進(jìn)一步的描述和附圖，這將是清楚的。
[0032]主熱量輸入系統(tǒng)在大多數(shù)典型實例中是充滿工作流體的管道的閉環(huán)，其中冷涼的流體通過其被一些能源加熱的產(chǎn)熱系統(tǒng)被泵送，并且隨后被輸送到在其中熱量被傳遞的儲存器，因此流體的溫度和壓力將降低。在集中式太陽能(CSP)的實例中，加熱來自在充滿有循環(huán)工作流體的接收器上反射的太陽光(光子輻射)。太陽能接收器的主要類型是拋物線型槽，其中拋物面反射器(鏡)將太陽光線反射到焦點內(nèi)的管道接收器上，工作流體在管道接收器內(nèi)流動并被加熱。另一種類型是定日鏡場反射器(鏡)，其將太陽光線反射到頂部具有接收器場的塔上，工作流體通過該塔循環(huán)并被加熱。其它的類型是拋物面系統(tǒng)，其中太陽