專利名稱：集成式太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站及其運(yùn)作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)電站的技術(shù)領(lǐng)域。更具體地講，本發(fā)明涉及集成式太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站的運(yùn)作方法，其中所述集成式太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站包括水/蒸汽回路以及太陽能電池陣，所述水/蒸汽回路包括蒸汽渦輪機(jī)以及熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)，并且熱量從太陽能電池陣附加地被供應(yīng)至水/蒸汽回路。本發(fā)明還具體涉及用于實(shí)現(xiàn)所述方法的太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站。
背景技術(shù)：
在具有氣輪機(jī)和水/蒸汽回路的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站內(nèi)集成由太陽能裝置產(chǎn)生的功率以形成集成式太陽能聯(lián)合循環(huán)(ISCC)發(fā)電站使得可以減少自這種發(fā)電站設(shè)施的CO2排放量。在這種情況中，集熱式太陽能(solar-thermal)技術(shù)方案與光伏技術(shù)相反特別適合于這種集成。諸如這些的技術(shù)方案區(qū)別之處在于太陽能被用于直接地或間接地產(chǎn)生蒸汽 (所謂的太陽能蒸汽)，并且這可以以各種不同的方式用于具有氣輪機(jī)的聯(lián)合循環(huán)回路中。 一個優(yōu)選的形式是太陽能蒸汽被添加至水/蒸汽回路(WSC)，而不是將其用于氣輪機(jī)本身中。此外，太陽能蒸汽優(yōu)選在太陽能電池陣中產(chǎn)生，其中所述太陽能電池陣裝配有拋物槽集熱器。圖1示出了諸如此類的集成式太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站的發(fā)電站布局的高度簡化的實(shí)例。如圖1所示的集成式太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站10包括具有連續(xù)燃燒/連續(xù)燃燒器 (sequential combustion)的氣輪機(jī)11 ；具有蒸汽渦輪機(jī)21的水/蒸汽回路20 ；以及具有太陽能電池陣33的太陽能回路30。在該實(shí)例中，氣輪機(jī)11包括兩個壓縮器13a、13b，所述壓縮器一個在另一個之后連接，將經(jīng)由空氣入口 12吸入的燃燒氣體壓縮，并將該燃燒氣體輸至第一燃燒室14，以便使得燃料燃燒。所產(chǎn)生的熱氣體在第一渦輪機(jī)15中膨脹，產(chǎn)生有用功，在第二燃燒室16內(nèi)被再次加熱，并且通過第二渦輪機(jī)17。壓縮器13a、13b和渦輪機(jī) 15、17經(jīng)由軸18連接至發(fā)電機(jī)19。從第二渦輪機(jī)17排出的并仍是熱的廢氣經(jīng)過熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)(HRSG) 26，在那里，廢氣產(chǎn)生用于水/蒸汽回路20的蒸汽，其中所述水/蒸汽回路包括熱回收蒸汽發(fā)電機(jī) 26。在廢氣流經(jīng)熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)26之后，廢氣經(jīng)由廢氣管線通過廢氣煙@件27流到外 部?；旧?，水/蒸汽回路20由與發(fā)電機(jī)25相連的蒸汽渦輪機(jī)21、冷凝器22、供水鍋爐 24、供水泵23以及熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)26形成。熱能從太陽能回路30被附加地供應(yīng)至水/蒸汽回路20，其中所述太陽能回路由具有拋物槽集熱器37的太陽能電池陣33、泵31以及換熱器32形成。當(dāng)然，存儲裝置附加地與太陽能回路30相連，其中所述存儲裝置用于存儲在陽光很少或沒有陽關(guān)時進(jìn)行操作的太陽能熱量。同時可行的是采用裝備有菲涅爾鏡或定日鏡設(shè)備的集熱器而非采用拋物槽集熱器37。太陽能熱量可以在不同的部位處被引入到水/蒸汽回路20中；因此，作為不同技術(shù)方案的代表，圖1僅僅示出了換熱器32與熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)26之間的作為雙箭頭的一種連接裝置28。
現(xiàn)有技術(shù)的調(diào)查與研究已經(jīng)證實(shí)，諸如此類的集成式太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上是可行并有價(jià)值的，并且適合用于太陽能的利用，尤其是因?yàn)槭强梢岳米C實(shí)的技術(shù)。事實(shí)上，集成式太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站具有多個優(yōu)點(diǎn)，如下所列 對于基于使用GT26型氣輪機(jī)的申請人的KA26型聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站而言，總效率可以從大約57%增加至大約65%，而太陽能的份額僅僅是大約15%。CO2的排放量因而被顯著減少。 ·在傳統(tǒng)的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站(CCPS)中已經(jīng)存在的部件基本上可以用于太陽能蒸汽的利用，因而與純太陽能發(fā)電站相比明顯減少了集成式太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站(ISCC) 中的發(fā)電成本(CoE)(例如在ISCC的情況中從€ 300/MWh至€ 180/MWh)?！づc氣候狀況無關(guān)地，來自可靠供應(yīng)的大量能量可以每天24小時地以及每周7天地產(chǎn)生?！ぶ灰柲茈姵仃嚢l(fā)出熱量，則發(fā)電站就開始工作，由此可以最大化利用太陽能。在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)開展了多項(xiàng)調(diào)查與研究，以便了解在太陽能電池陣中產(chǎn)生的太陽能蒸汽如何能夠集成到聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站中 專利公開文獻(xiàn)US2006/0260314(A1)和 US2006/0174622 (Al)提出了中間回路，以便利用來自太陽能電池陣的熱量產(chǎn)生太陽能蒸汽。 其它研究者研究了拋物槽太陽能電池陣集成到聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站中的經(jīng)濟(jì)和能效方面的問題(Dersch et al. ,"Trough Integration intoPower Plants",Energy,Vol. 29, pages 947-959，2004)?！ね瑯犹岢鲇胁捎媒?jīng)由中間回路與補(bǔ)燃(SF)的自太陽能電池陣產(chǎn)生的蒸汽，以便控制負(fù)荷變化(Hosseini et al. ,"Technical & economicassessment of the ISCC power plants in Iran，，，Renewable Energy, vol. 30, pages 1541-1555,2005)。 專利公開文獻(xiàn)W095/11371(A1)也提出了采用補(bǔ)燃以便適應(yīng)負(fù)荷變化。·專利公開文獻(xiàn)US2008/0127647(A1)尤其說明了參照之前的方案(如上)的多種選擇，以便將太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站與裝有氣輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站組合。目的是通過運(yùn)行現(xiàn)有的或改進(jìn)的發(fā)電站將來自聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站的太陽能成份最大化并將總輸出能量最大化，其中所述現(xiàn)有的或改進(jìn)的發(fā)電站裝備有超標(biāo)設(shè)計(jì)的熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)以及蒸汽渦輪機(jī)，其具有高水平的補(bǔ)燃。盡管將太陽能蒸汽結(jié)合到聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站中毫無疑問地體現(xiàn)了在增加輸出功率方面的積極步驟同時減少了每單位功率的CO2排放量，但是國際研究已經(jīng)表明已知的技術(shù)方案在燃料高效利用(以及因此避免CO2)和經(jīng)濟(jì)參數(shù)(發(fā)電成本)方面并不是最佳的。然而，這些方面對于諸如此類的新技術(shù)的接受和實(shí)施而言例如在集成式太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站的情況中是特別重要的。正如所述，現(xiàn)有技術(shù)是基于補(bǔ)燃，從而匹配發(fā)電站上的負(fù)荷和/或增加輸出功率。 然而，補(bǔ)燃涉及到附加燃料在熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)中(例如借助于通道燃燒器)的燃燒(圖1 中的補(bǔ)燃34)，從而借助于蒸汽渦輪機(jī)產(chǎn)生用于發(fā)電的附加蒸汽。盡管這毫無疑問地增加了輸出功率與運(yùn)行的靈活性，但是熱力學(xué)的考慮表明這減少了發(fā)電站的總效率(這是因?yàn)楦郊拥臒崃恳韵鄬Φ偷臏囟缺划a(chǎn)生)。這意味著具體的CO2排放量和燃料成本都沒有被最小化。補(bǔ)燃確實(shí)地可以增加發(fā)電大約10%；然而，同時，來自傳統(tǒng)的集成式太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站的CO2具體輸出也增加了大約3% (沒有補(bǔ)燃的350kgC02/MW，具有補(bǔ)燃的360kgC02/ MW)。現(xiàn)有 技術(shù)要求超標(biāo)設(shè)計(jì)熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)(HRSG)和蒸汽渦輪機(jī)(最大50% )，以便能夠處理來自太陽能電池陣的附加的蒸汽和補(bǔ)燃。這導(dǎo)致了更高的投資成本。此外，在發(fā)電站并不滿功率運(yùn)轉(zhuǎn)時(也就是說，在補(bǔ)燃和/或太陽能加熱并未達(dá)到完全100%時)， 總效率降低，這是因?yàn)檫\(yùn)行并未在標(biāo)稱運(yùn)作點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)。已經(jīng)提到的美國專利公開文獻(xiàn)US2008/0127647(A1)實(shí)際上提出了現(xiàn)有發(fā)電站的轉(zhuǎn)換，其中現(xiàn)有的發(fā)電站已經(jīng)具有大量的補(bǔ)燃(15至50%)并利用了超標(biāo)設(shè)計(jì)的熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)以及超標(biāo)設(shè)計(jì)的蒸汽渦輪機(jī)(也就是說，熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)和蒸汽渦輪機(jī)被設(shè)置成利用來自氣輪機(jī)的100%廢氣熱量以及附加地太陽能熱量和補(bǔ)燃運(yùn)行)。圖2示出了針對這種情況的總輸出電功率(總輸出MWJ針對氣輪機(jī)上的相對負(fù)荷(GT相對負(fù)荷％)的曲線圖。虛線包圍了所期望的設(shè)計(jì)空間DS1。盡管發(fā)電站必須被設(shè)計(jì)成消耗來自太陽能電池陣(+110MW)和補(bǔ)燃(+110MW)的峰值功率(圖2中的運(yùn)作點(diǎn)A')， 但是發(fā)電站(由于白天與夜晚之間的變化以及大氣與天氣狀況之間的變化)將僅僅很少地接收100%的太陽能熱量。這種設(shè)計(jì)意味著每當(dāng)提供低于100%的太陽能熱量時，發(fā)電站被超標(biāo)設(shè)計(jì)并且遠(yuǎn)離所期望的運(yùn)作點(diǎn)(也就是說在A'與C'之間)地運(yùn)行。盡管太陽能本身并不值錢，但是太陽能所應(yīng)用的設(shè)備、基礎(chǔ)設(shè)施、土地以及其它需求(例如用于清潔太陽能電池陣中的鏡的水)是非常昂貴的。因此，僅僅最大化集成式太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站的太陽能系統(tǒng)并不必然地體現(xiàn)針對環(huán)境保護(hù)、性能與經(jīng)濟(jì)方面之間平衡的最佳技術(shù)方案。在對應(yīng)的方式中，之前敘述的發(fā)電站并沒有最大化效率同時最小化經(jīng)濟(jì)與環(huán)境成本，并且因此并沒有最大潛力地利用太陽能。實(shí)際上，以前的技術(shù)方案僅僅試圖最大化太陽能部分。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的因此在于提供一種集成式太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站的運(yùn)作方法，其避免了已知的方法的不足并且特征尤其在于對經(jīng)濟(jì)性、性能和環(huán)境方面提供了同等的重要性，并且本發(fā)明的目的還在于提供一種用于實(shí)現(xiàn)所述方法的集成式太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站。該目的通過權(quán)利要求1和7的全部特征來實(shí)現(xiàn)。對于根據(jù)本發(fā)明的方法重要的是， 水/蒸汽回路僅僅針對氣輪機(jī)上的滿負(fù)荷被設(shè)計(jì)，并且在將來自太陽能電池陣的附加的功率供入到水/蒸汽回路中時，氣輪機(jī)上的負(fù)荷基于自太陽能電池陣附加地被供入的功率相應(yīng)地被減小，以使得集成式太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站的總輸出功率維持大致恒定。根據(jù)本發(fā)明的方法的一個改型其特征在于，在所述集成式太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站下降至部分負(fù)荷地運(yùn)行時，自所述太陽能電池陣附加地供入的功率被維持，并且所述氣輪機(jī)上的負(fù)荷相應(yīng)地被減小。優(yōu)選地，太陽能電池陣上的滿負(fù)荷相應(yīng)地被供入到所述水/蒸汽回路中，在這種情況中，在白天的過程中可用的平均功率自所述太陽能電池陣有利地提取出作為所述太陽能電池陣的滿負(fù)荷。
根據(jù)本發(fā)明的方法的另一改型其特征在于，補(bǔ)燃被提供以便在所述水/蒸汽回路內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，并且所述補(bǔ)燃僅僅暫時地在過渡階段中使用。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的方法的情況中，具有連續(xù)燃燒/連續(xù)燃燒器的氣輪機(jī)被用作為所述氣輪機(jī)，這是因?yàn)樵摎廨啓C(jī)本身是高效的，尤其在部分負(fù)荷時是高效的根據(jù)本發(fā)明的太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站包括水/蒸汽回路，其中所述水/蒸汽回路具有蒸汽渦輪機(jī)以及熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)，來自氣輪機(jī)的熱的廢氣流經(jīng)所述熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)，熱量自太陽能電池陣被附加地供至所述水/蒸汽回路，其特征在于，所述水/蒸汽回路僅僅針對所述氣輪機(jī)上的滿負(fù)荷被設(shè)計(jì)，并且設(shè)置一用于所述氣輪機(jī)的控制器，所述控制器基于自所述太陽能電池陣附加地被供入的功率而相應(yīng)地控制所述氣輪機(jī)上的負(fù)荷，以使得所述集成式太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站的總輸出功率維持大致恒定。根據(jù)本發(fā)明的太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站的一個改型其特征在于，所述氣輪機(jī)是具有連續(xù)燃燒器的氣輪機(jī)。優(yōu)選地，所述水/蒸汽回路和所述太陽能電池陣被設(shè)置成使得，所述太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站的輸出功率在所述氣輪機(jī)上滿負(fù)荷并且自所述太陽能電池陣沒有任何附加的功率時的情況中與在所述太陽能電池陣上滿負(fù)荷并且所述氣輪機(jī)上僅滿負(fù)荷的85至90% 的情況中相比是相同的。另一個改型其特征在于，所述太陽能電池陣由拋物槽集熱器形成，并且設(shè)置增加所述水/蒸汽回路內(nèi)的新蒸汽溫度的裝置。


本發(fā)明將參照示意性實(shí)施例以及結(jié)合附圖在以下更加詳細(xì)地說明，其中圖1示出了可應(yīng)用于本發(fā)明基礎(chǔ)的集成式太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站的基本設(shè)計(jì)；圖2示出了集成式太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站輸出功率針對氣輪機(jī)上的負(fù)荷的曲線圖，從而說明針對具有補(bǔ)燃的傳統(tǒng)發(fā)電站的運(yùn)作點(diǎn)以及設(shè)計(jì)空間；圖3示出了可與圖2比較的曲線圖，其針對根據(jù)本發(fā)明的一個示意性實(shí)施例的方法與發(fā)電站；圖4示出了與圖2對應(yīng)的曲線圖，以說明如圖2和3所示的設(shè)計(jì)空間和運(yùn)作點(diǎn)的對比；并且圖5示出了用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的氣輪機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)例。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明關(guān)注于集成式太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站的設(shè)計(jì)新方案，其最大化總效率(每棚最低的CO2排放量)，而同時最小化總成本(最小化發(fā)電成本CoE)。方案本質(zhì)在于針對功率、效率和經(jīng)濟(jì)變量而言最高效地利用太陽能熱量以及燃料 (天然氣)。這通過以下措施實(shí)現(xiàn) 在連續(xù)運(yùn)行中總是避免利用補(bǔ)燃。補(bǔ)燃34至多在過渡階段的過程中短暫使用?！に?蒸汽回路20被設(shè)計(jì)成在氣輪機(jī)11上的負(fù)荷為100% (例如大約120巴或標(biāo)準(zhǔn)全載壓力的75%)時在熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)26中出現(xiàn)較低峰值壓力。相應(yīng)的運(yùn)作點(diǎn)在圖3中由符號A表示?？傊@對應(yīng)于非常低程度的超標(biāo)設(shè)計(jì)。然而，發(fā)電機(jī)、軸、蒸汽渦輪機(jī)、變壓器和高壓開關(guān)面板被使用，也就是說這些部件并未被超標(biāo)設(shè)計(jì)?！と鐖D3所示的水/蒸汽回路20針對100%的太陽能熱量以及氣輪機(jī)上的85至 95%的負(fù)荷被設(shè)計(jì)。這對應(yīng)于圖3中由C表示的運(yùn)作點(diǎn)(其針對88%氣輪機(jī)功率示出)?！ぬ柲茈姵仃?3并沒有被設(shè)計(jì)用于最高級別，但是最小化由太陽能裝置所發(fā)電的成本?！び商柲苎b置所產(chǎn)生的功率以及來自氣輪機(jī)/蒸汽渦輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站 (CCPS)的功率被設(shè)定成導(dǎo)致了全負(fù)荷的大致恒定的輸出功率(輸出功率在圖3中的點(diǎn)C與 A之間是大致恒定的，也就是說，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站在點(diǎn)A處為滿負(fù)荷輸出(cc，基本負(fù)荷)，在 C點(diǎn)處具有集成式太陽能電池陣輸出(太陽能+cc，部分負(fù)荷)的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站的輸出功率以及在點(diǎn)A與C之間的氣輪機(jī)負(fù)荷點(diǎn)處輸出的輸出功率(太陽能+cc，部分負(fù)荷)是大致相同的，如虛線所示)。由太陽能裝置(太陽能電池)所產(chǎn)生的功率輸出中的變化適當(dāng)?shù)赜蓺廨啓C(jī)上的負(fù)荷變化補(bǔ)償。在極端的情況中(例如在夜晚并且沒有存儲器)，發(fā)電站以氣輪機(jī)100%負(fù)荷的方式運(yùn)行。如果本發(fā)明是要以僅僅部分負(fù)荷的方式運(yùn)行發(fā)電站，則太陽能部件被維持至其滿負(fù)荷狀態(tài)，并且僅僅來自氣輪機(jī)的功率被減小。這種技術(shù)方案可以被稱為 “氣輪機(jī)調(diào)節(jié)”。 太陽能滿負(fù)荷并不必對應(yīng)于太陽能電池陣的最大可能的太陽能功率。實(shí)際上，它對應(yīng)于白天時可獲得的平均功率。太陽能電池陣的最大可能的太陽能功率僅僅針對總時間的受限的時間段被達(dá)到。利用平均功率作為基準(zhǔn)變量，發(fā)電站在較長時間段內(nèi)更加接近其標(biāo)稱運(yùn)作點(diǎn)地運(yùn)作。

根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)從圖3可以明顯看出·通過簡單調(diào)節(jié)氣輪機(jī)可以總是獲得恒定的輸出功率。·總效率僅僅作為氣輪機(jī)上的負(fù)荷的函數(shù)而稍微變化。例如，在點(diǎn)B處的效率 η (CC，部分負(fù)荷)比在點(diǎn)A處的效率Il (CC，基本負(fù)荷)低僅僅大約0. 1%。在滿太陽能功率被使用時，發(fā)電站的效率增加。例如，在點(diǎn)C處的效率η (太陽能+cc，部分負(fù)荷)比在點(diǎn) A處的效率η (cc，基本負(fù)荷)高6.5%。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)在與傳統(tǒng)的技術(shù)方案直接對比時甚至是更加明顯的。圖4示出了盡管傳統(tǒng)類型的水/蒸汽回路針對設(shè)計(jì)空間DSl中的點(diǎn)A'被設(shè)計(jì)(也就是說，100%氣輪機(jī)負(fù)荷+100%太陽能+100%補(bǔ)燃)，但實(shí)際上它僅僅在點(diǎn)B'運(yùn)作一大部分時間(大約50%)，這是因?yàn)槿鄙偬柲?。即使降低效率的補(bǔ)燃也被停止，傳統(tǒng)的發(fā)電站也在點(diǎn)C'處運(yùn)作，這由于較高的發(fā)電站成本而導(dǎo)致了更高的發(fā)電成本。相反地，本發(fā)明提出了一種覆蓋較窄輸出功率范圍(圖4中的設(shè)計(jì)空間DS2)的發(fā)電站設(shè)計(jì)，但是其導(dǎo)致了更高的總效率以及更低的發(fā)電成本。所提出的新穎的技術(shù)方案的另一優(yōu)點(diǎn)在于——在利用具有連續(xù)燃燒的氣輪機(jī)時， 如圖ι所示，在氣輪機(jī)上的負(fù)荷從100%減少至88%時，第二燃燒室(圖1中的16)下游的渦輪機(jī)入口溫度TIT降低。這意味著燃燒室上的以及渦輪機(jī)(圖17中的17)上的熱負(fù)荷被減小，并且它們的壽命在如圖3所述太陽能熱量被逐漸引入到過程中時延長。圖5示出了用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的氣輪機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)例水/蒸汽回路 20接收來自氣輪機(jī)11和來自太陽能電池陣33的熱量，并且在出口處輸出電能。具有發(fā)電機(jī)的氣輪機(jī)11同樣產(chǎn)生電能。這兩處電能都由功率傳感器36測量，并且它們的值被送至用于氣輪機(jī)11的控制器35。同時，控制器35從傳感器接收由太陽能電池陣33所產(chǎn)生的太陽能熱量的值。控制器35現(xiàn)在確認(rèn)，由于太陽能熱量增加，所以氣輪機(jī)11上的負(fù)荷被減少，并且反之亦然，而輸出功率總體上被大致保持恒定。 取決于太陽能發(fā)電的大部分成本可以歸于換熱器(圖1中的32)，其形成了太陽能電池陣與水/蒸汽回路之間的連接元件。在分析太陽能發(fā)電成本時，也就是說在分析由于為了太陽能熱回收和處理的附加發(fā)電站部件所導(dǎo)致的成本時，必須記得由于針對換熱器的快速增加的成本而應(yīng)當(dāng)限制太陽能針對集成式太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站的份額。這種限制明顯低于現(xiàn)有技術(shù)中提出的技術(shù)方案的情況。在拋物槽集熱器37被用于太陽能電池陣(圖1中的33)中時，隨著熱學(xué)油流經(jīng)太陽能回路30中的拋物槽集熱器37，太陽能蒸氣可以以380°C的溫度被供到熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)26的高壓過熱器中。然而，結(jié)果，在蒸汽渦輪機(jī)21入口處的新的蒸汽的溫度減少了超過 80°C，因而減少了發(fā)電站的效率，并且增加了發(fā)電成本。因此，有利的是將新的蒸汽溫度增加至580°C。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)的高壓部分的表面面積應(yīng)該相應(yīng)地被增加。同樣有利的是在具有連續(xù)燃燒的氣輪機(jī)被使用時在夜晚將發(fā)電站運(yùn)行在低負(fù)荷區(qū)域(低負(fù)荷運(yùn)行方案LL0C)中。這避免了在電的銷售價(jià)低時為了發(fā)電而消耗燃料。然后， 只要太陽能再次可用(在白天的時候)，則可以非常迅速地增加輸出功率。此外，還可以針對氣輪機(jī)/蒸汽渦輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站部件上的100%的負(fù)荷加上附加的太陽能(“太陽能增強(qiáng)(Solar Boost)”)設(shè)計(jì)發(fā)電站。發(fā)電站部件(發(fā)電機(jī)、軸、 變壓器、高壓開關(guān)面板)然后針對更高的功率被設(shè)計(jì)。除了如圖3所示的氣輪機(jī)調(diào)節(jié)以外，補(bǔ)燃也可以被調(diào)節(jié)，而這兩種調(diào)節(jié)之間具有平滑的過渡。附圖標(biāo)記列表10集成式太陽能聯(lián)合循環(huán)(ISCC)發(fā)電站11氣輪機(jī)12空氣入口13a、13b 壓縮器14、16 燃燒室15、17 渦輪機(jī)18軸19、25 發(fā)電機(jī)20水/蒸汽回路21蒸汽渦輪機(jī)22冷凝器23供水泵24供水鍋爐26熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)(HRSG)27廢氣煙囪件28連接裝置
29廢氣 管線30太陽能回路31泵32換熱器33太陽能電池陣34補(bǔ)燃35控制器36功率傳感器37拋物槽集熱器DS1、DS2設(shè)計(jì)空間。
權(quán)利要求
1.一種集成式太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站(10)的運(yùn)作方法，其中所述集成式太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站包括水/蒸汽回路(20)，其中所述水/蒸汽回路具有蒸汽渦輪機(jī)(21)以及熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)(26)，來自氣輪機(jī)(11)的熱的廢氣流經(jīng)所述熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)，所述水/ 蒸汽回路(20)附加地供應(yīng)有來自太陽能電池陣(33)的熱量，其特征在于，所述水/蒸汽回路(20)僅僅針對所述氣輪機(jī)(11)的滿負(fù)荷被設(shè)計(jì)，并且在將附加的能量從所述太陽能電池陣(33)供應(yīng)到所述水/蒸汽回路(20)中時，所述氣輪機(jī)(11)上的負(fù)荷基于自所述太陽能電池陣(33)附加地被供入的功率相應(yīng)地被減少，以使得所述集成式太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站(10)的總輸出功率維持大致恒定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述集成式太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站 (10)下降至部分負(fù)荷地運(yùn)行時，自所述太陽能電池陣(33)附加地供入的功率被維持，并且所述氣輪機(jī)(11)上的負(fù)荷相應(yīng)地被減小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述太陽能電池陣(33)上的滿負(fù)荷相應(yīng)地被供入到所述水/蒸汽回路(20)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在白天的過程中可用的平均功率自所述太陽能電池陣(33)提取出作為所述太陽能電池陣(33)的滿負(fù)荷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述的方法，其特征在于，補(bǔ)燃(34)被提供以便在所述水 /蒸汽回路(20)內(nèi)產(chǎn)生蒸汽，并且所述補(bǔ)燃(34)僅僅暫時地在過渡階段中使用。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一所述的方法，其特征在于，具有連續(xù)燃燒器(14至17)的氣輪機(jī)被用作為所述氣輪機(jī)(11)。
7.一種用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1至6任一所述的方法的太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站(10)， 所述太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站(10)包括水/蒸汽回路(20)，其中所述水/蒸汽回路具有蒸汽渦輪機(jī)(21)以及熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)(26)，來自氣輪機(jī)(11)的熱的廢氣流經(jīng)所述熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)，熱量自太陽能電池陣(33)被附加地供至所述水/蒸汽回路(20)，其特征在于，所述水/蒸汽回路(20)僅僅針對所述氣輪機(jī)(11)上的滿負(fù)荷被設(shè)計(jì)，并且設(shè)置一用于所述氣輪機(jī)(11)的控制器(35)，所述控制器(35)基于自所述太陽能陣列(33)附加地被供入的功率而相應(yīng)地控制所述氣輪機(jī)(11)上的負(fù)荷，以使得所述集成式太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站 (1)的總輸出功率維持大致恒定。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站，其特征在于，所述氣輪機(jī)(11)是具有連續(xù)燃燒器(14至17)的氣輪機(jī)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站，其特征在于，所述水/蒸汽回路 (20)和所述太陽能電池陣(33)被設(shè)置成使得，所述太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站(10)的輸出功率在所述氣輪機(jī)(11)上滿負(fù)荷并且自所述太陽能電池陣(33)沒有任何附加的功率時的情況中與在所述太陽能電池陣上滿負(fù)荷并且所述氣輪機(jī)(11)上僅滿負(fù)荷的85至90%的情況中相比是相同的。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站，其特征在于，所述太陽能電池陣(33)由拋物槽集熱器(37)形成，并且設(shè)置增加所述水/蒸汽回路(20)內(nèi)的新蒸汽溫度的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及集成式太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站(10)的運(yùn)作方法，其中所述集成式太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站(10)包括水/蒸汽回路(20)，其中所述水/蒸汽回路具有蒸汽渦輪機(jī)(21)和熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)(26)，來自氣輪機(jī)(11)的熱的廢氣流經(jīng)所述熱回收蒸汽發(fā)電機(jī)，所述水/蒸汽回路(20)附加地自太陽能電池陣(33)供有熱量。在這種方法中，優(yōu)化成本利益關(guān)系得以實(shí)現(xiàn)在于，水/蒸汽回路(20)僅僅針對氣輪機(jī)(11)上的滿負(fù)荷被設(shè)計(jì)，并且在將來自太陽能電池陣(33)的附加的功率供入到水/蒸汽回路(20)中時，氣輪機(jī)(11)上的負(fù)荷基于自太陽能電池陣(33)附加地被供入的功率相應(yīng)地被減小，以使得集成式太陽能聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站(10)的總輸出功率維持大致恒定。
文檔編號F03G6/06GK102200103SQ20111008025
公開日2011年9月28日 申請日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者C·佩德雷蒂, P·P·A·德魯沃特, R·卡羅尼, T·達(dá)拉皮亞扎 申請人:阿爾斯通技術(shù)有限公司