高效率发电系统和系统升级技术方案

热/电动力转换器包括：气体涡轮机，具有可联接至惰性气体热动力源的输出的输入；压缩机，包括可联接至惰性气体热动力源的输入的输出；以及发电机，联接至气体涡轮机。热/电动力转换器还包括热交换器，具有联接至气体涡轮机的输出的输入和联接至压缩机的输入的输出。热交换器包括串联联接的过热器热交换器、沸腾器热交换器和水预加热器热交换器。热/电动力转换器还包括储存罐和配置成调整热/电动力转换器的动力输出的储存罐控制阀。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高效率发电系统和系统升级相关申请的交叉引用本申请要求由威廉·爱德华·辛普金(W·E·辛普金)在2012年8月22日提交的题为“高效率改造”(HiEffMod)的美国临时申请序列号No.61/691,955的优先权，该申请与本申请共同受让并且通过引用合并于此。
本专利技术一般涉及发电系统，并且更具体地涉及用于采用布雷顿(Brayton)闭合循环发电设备来发电并提供用于热驱动负载的热源的系统和方法。
技术介绍
烧煤发电是21世纪发电困境中的关键性的一个。全球电力的百分之五十五来自烧煤。由烧煤所形成的烟气排放包含宽范围的难以治理的改变气候与损害健康的化合物。例如，二氧化碳(改变气候的气体)，在发电设施中从经济上考虑事实是不可能消除。代替煤的天然气的使用，减少了但并未消除二氧化碳。煤和天然气两者还排出产生臭氧(ozone)的气体以及烟尘颗粒，从排气和烟气中提取是成本高的。用于家庭的空间与水加热的天然气基础设施被完全开发为优选的燃料源。对于地面运输且作为用于宽范围的化学处理的原料是有利的。然而，可得到的天然气储藏比煤有限得多。用于发电的天然气的使用从长远观点来看似乎是被引入歧途的。为提供一种视角，田纳西河流域管理局(“TVA”)金士顿化石电站一天烧大约14,000吨的煤，但是每天产生高于50,000吨的二氧化碳。未提及臭氧的排出和颗粒排放。该电站向700,000个家庭提供电力，但是要求必须从地里挖出且运输至金士顿的煤的每天140个货运车厢装载量的传输。煤开采、横越全国传输、现场处理以及燃烧可以直接关系到人力成本，并且可以直接关系到对于仅该一个电站的安装环境劣化。世界电力的大约百分之二十生产自具有不同的公众接受程度的水冷核裂变，不同的公众接受程度从被动但不情愿的接受的到绝对要求消除核动力的歇斯底里的恐惧。现有的核电站提供固有的风险，但是被按照优异的安全规范进行工程设计和操作。核电站最初设计为20年的寿命。越来越多的核电站接近60年的寿命。在全面检查和分析之后重复授予10年和20年的操作许可证延长。对于电站老龄化的令人满意的解决方案是难以找到的。人口增长、提高的生活水平以及经济增长正在使全世界的输电电网产生容量余地处在危险之中。节约和可供选择的产生源是有帮助的，但是不期望满足日益增长的需求。另外，规划了全世界的为用于空调的日益增长的需求和用于电动汽车的预期的需求提供动力的电需求增长，以致进一步过度增加了现有电网容量的压力。显然，存在着用于更多电力的日益增长的需求，但是当前的发电方法是有问题的并且是不可持续的。1824年，萨迪·卡诺(SadiCarnot)描述了取决于最高热输入温度和最低废热温度的完美发动机的最终热机效率极限。朗肯(Rankine)、狄赛尔(Diesel)、奥托(Otto)和布雷顿设想了基本发电发动机循环并且其他人对这些基本发动机进行了完善。阿特金森循环是奥托和狄赛尔循环的近年来的改进。通用电气(“GE”)和西门子开发了开放气体涡轮/蒸汽联合循环发电站。各自对电力生产技术做出了独特的贡献。基于蒸汽的朗肯循环发动机在发电上占据主要地位。朗肯循环发动机具有两个可能的能量源，烧煤或其他化石燃料以及核裂变。在两者中，处于高压的过热蒸汽驱动涡轮机，涡轮机进而驱动电交流发电机。在闭合系统中，水和蒸汽稳定的、连续的、再循环流过锅炉、涡轮机、冷凝器和水泵。热源是煤、低级(sub-grade)烃或天然气的外部燃烧，或者来自沸水核反应堆。废热在蒸汽冷凝热交换器中在环境露点(dew)温度或接近环境露点温度时被从涡轮机排气中排出。该低温的废热排出温度是正常循环效率在百分之(“％”)35至40％的范围内的关键。然而，连续的、过热的蒸汽涡轮机入口温度被限制为大约1000度(“°”)华氏(“F”)以避免涡轮机叶片的氢脆(hydrogenenbrittlement)。该材料限制排除了在以较高过热蒸汽温度进行操作的较高效率。该过热蒸汽温度限制对于两种燃烧以及核热源都存在。燃煤机组一般采用以煤/化石为燃料的、闭合朗肯循环(蒸汽)发电站、通过在锅炉中烧煤以对水进行加热从而产生蒸汽来发电。处于巨大压力的蒸汽流入涡轮机内，该涡轮机使发电机旋转以发电。蒸汽被冷却、冷凝回水，并且水被泵吸返回至锅炉以使过程继续。例如，在田纳西州诺克斯维尔附近的TVA的金士顿化石电站(KingstonFossilePlant)处的燃煤锅炉将水加热至大约1000°F(540°摄氏(“C”)以创建蒸汽。蒸汽被以超过1,800磅每平方英寸(130千克每平方厘米)的压力管道传输至涡轮机。涡轮机被连接至发电机并接着使其以3600转每分钟的速度旋转，以产生例如20,000伏的交流电。河水通过管子被泵吸在冷凝器中以使从涡轮机排出的蒸汽冷却和冷凝。金士顿发电站一年发电大约100亿千瓦小时，或者供给700,000个家庭的足够的电。如在上文中先前所述的，为该满足该需求，金士顿一天烧大约14,000吨的煤，这样的量将每日填满140个铁路车厢。开放布雷顿循环一般用在烧液体或气体化石燃料的涡轮机与联合循环发电站中，并产生棘手的环境压力源(stressor)。然而，由超合金材料形成以限制氧化和蠕变温度特性的涡轮机叶片以及其他结构将涡轮机操作温度限制为大约2000°F至2100°F。复杂的内部涡轮机叶片冷却系统使得涡轮机入口气体温度能够超过2500°F，但是这些高温度产生了全范围的有害臭氧活性剂以及高水平的氮和氮氧化物(“NOx”)。500°F至700°F的典型涡轮机排气温度将效率损害至百分之40几的范围(mid-40percentagerange)。在传统的以化石为燃料的发电站中，无论设计用于蒸汽还是气体的涡轮机，燃烧产物是作为环境压力源的产生臭氧的气体、二氧化碳以及颗粒烟尘。这些有毒排气产物不能被容易地消除，并且将其降低的成本高。从燃煤锅炉中去除挑战气候稳定性的二氧化碳在这个时候是不实际的。在核动力的发电站中，通过水与裂变反应燃料棒的接触冷却产生高压蒸汽。在加热过程中，循环水和蒸汽变成放射性的。该大量的放射性污染的水是所有现有的核电站中的不可避免且不幸的副作用。结果，所有现有的核电站都必须绝对防止水和蒸汽放气或泄漏。它们还必须在所有操作模式中被主动地控制以防止“融化”(melt-down)和伴随的水离解、氢爆炸以及放射性气体、液体和粒子的不受控的扩散。这些类型的故障的预防是安全文化中的工程设计、制造以及警戒操作方面的全面且详尽性优异的高度成果。尽管有这些预防措施，在过去的半个世纪中还是发生了包括没有损伤的三里岛在内的三起反应堆融化事件。另一事故发生在切尔诺贝利，31人当场死亡以及1000平方公里区域的长期疏散、再加上未公开的高度的人类和动物疾病与早期死亡。2011年，日本福岛发电站的多起融化跟随具有极大灾难的海啸而发生。传统的发电途径的限制现在已成为具有高效率以及低水平不期望的环境污染物的大规模发电的基本障碍。没有出现令人满意的策略以提供用于解决这些争论的可持续的长期的解决方案。于是，现有技术中需要克服当前解决方案中的缺陷的新途径。
技术实现思路
通过本专利技术的优越的实施例，一般解决或避免了这些以及其他问题，并且一般获得了技术优点，在本专利技术的优越的实施例中，引入了包括热/电动力转换器在内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热/电动力转换器，包括：气体涡轮机，具有可联接至惰性气体热动力源的输出的输入；压缩机，机械地联接至所述气体涡轮机，包括可联接至所述惰性气体热动力源的输入的输出；发电机，机械地联接至所述气体涡轮机；热交换器，具有联接至所述气体涡轮机的输出的输入和联接至所述压缩机的输入的输出，所述热交换器包括串联联接的过热器热交换器、沸腾器热交换器和水预加热器热交换器；以及惰性气体储存罐，经由储存罐控制阀联接至所述压缩机的输入并经由另一储存罐控制阀联接至所述压缩机的所述输出，所述储存罐控制阀和所述另一储存罐控制阀被配置成调整所述热/电动力转换器的动力输出。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.08.22 US 61/691,9551.一种热/电动力转换器，包括：气体涡轮机，具有可联接至惰性气体热动力源的输出的输入；压缩机，机械地联接至所述气体涡轮机，包括可联接至所述惰性气体热动力源的输入的输出；发电机，机械地联接至所述气体涡轮机；热交换器，具有联接至所述气体涡轮机的输出的输入和联接至所述压缩机的输入的输出，所述热交换器包括串联联接的过热器热交换器、沸腾器热交换器和水预加热器热交换器；以及惰性气体储存罐，经由储存罐控制阀联接至所述压缩机的所述输入并经由另一储存罐控制阀联接至所述压缩机的所述输出，所述储存罐控制阀和所述另一储存罐控制阀被配置成调整所述热/电动力转换器的动力输出。2.根据权利要求1所述的热/电动力转换器，其中所述压缩机的所述输出能被直接联接至所述惰性气体热动力源的所述输入。3.根据权利要求1所述的热/电动力转换器，其中所述热/电动力转换器包括联接至所述惰性气体热动力源的闭合循环布雷顿动力过程。4.根据权利要求1所述的热/电动力转换器，其中所述气体涡轮机被配置以压力比以将来自所述气体涡轮机的所述输出的惰性气体的排出流的温度提供成设定用于向热驱动过程负载提供动力的取决于应用的温度水平。5.根据权利要求1所述的热/电动力转换器，其中所述惰性气体热动力源包括温度受控的、气体冷却的以及极高温度的反应堆。6.一种发电系统，包括：惰性气体热动力源；热/电动力转换器，包括：气体涡轮机，具有联接至所述惰性气体热动力源的输出的输入；压缩机，机械地联接至所述气体涡轮机，包括联接至所述惰性气体热动力源的输入的输出；发电机，机械地联接至所述气体涡轮机；热交换器，具有联接至所述气体涡轮机的输出的输入和联接至所述压缩机的输入的输出，所述热交换器包括串联联接的过热器热交换器、沸腾器热交换器和水预加热器热交换器；以及惰性气体储存罐，经由储存罐控制阀联接至所述压缩机的所述输入并经由另一储存罐控制阀联接至所述压缩机的所述输出，所述储存罐控制阀和所述另一储存罐控制阀被配置成调整所述热/电动力转换器的动力输出；以及热驱动过程负载，具有联接至所述热交换器的另一输出的输入和联接至所述热交换器的另一输入的输出。7.根据权利要求6所述的发电系统，其中所述压缩...

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉·爱德华·辛普金，
申请(专利权)人：海埃芙实用救援有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US