【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可再生发电系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求享有2020年3月9日提交的美国临时专利申请号62/987,135的优先权，其全部纳入本文。
[0003]关于联邦资助研究的声明
[0004]不适用。
技术介绍
[0005]本公开涉及一种利用可再生能源生成高温过热蒸汽的系统，以驱动原动机(诸如汽轮机(steam turbine))和/或输送热量(即高温热量)，其中仅可再生能源系统的一部分需要被设计、改造和制造，以能够承受生成高温过热蒸汽所需的高温工作流体。
技术实现思路
[0006]描述了一种可再生能源系统，用于产生过热蒸汽以为汽轮机提供动力，加热CO2或加热其他工作流体以驱动发电机和/或提供高温热量。这些类型的系统已经面临某些问题，即，如何将高温过热蒸汽供应给汽轮机(或将此类其他工作流体介质加热至高温)，以便在不要求整个可再生系统在高温下运行的情况下，汽轮机将最有效地运行。如上所述，本公开涉及将任何工作流体或介质加热至高温，但在本公开中，重点主要是生成过热蒸汽以驱动汽轮机，其使用可再生能源驱动发电机，其中仅系统的一部分需要被设计和改造以承受生成过热蒸汽所需的高温。然而，本领域技术人员应当理解，本公开适用于将任何传热流体或蓄热介质加热至高温。
[0007]蒸汽的过热通常需要整个可再生能源系统在这种高温下运行，这继而又需要可再生能源系统被设计为能够承受如此高的高温，以便，例如，由可再生能源系统提供的能量能够使大量的蒸汽过热。继而，这要求可再生能源系统及其部件(例如...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种可再生发电系统，包括：蒸汽动力发电系统，其具有被配置为驱动发电机的汽轮机；第一或低/中温可再生能源系统，被配置为生成低/中温蒸汽；以及第二或高温可再生能源系统，被配置为用于使由所述第一可再生能源系统生成的低/中温蒸汽过热、并向所述汽轮机供应过热蒸汽，以使所述汽轮机高效运行。2.根据权利要求1所述的可再生发电系统，其中，所述第一或低/中温可再生能源系统被配置为：利用太阳能将第一工作流体加热至低/中温，并且存储被加热到所述低/中温的足够量的第一工作流体，以当第一可再生能源系统接收太阳能时和当在很长一段时间期间没有来自太阳的能量直接可用时足以生成所述低/中温蒸汽。3.根据权利要求2所述的可再生发电系统，其中，所述第二或高温可再生能源系统被配置为：利用可再生能源将传热工作介质加热到足够高的温度，以使由所述第一可再生系统生成的所述低/中温蒸汽过热，从而将过热蒸汽供应给所述汽轮机。4.根据权利要求3所述的可再生发电系统，其中，所述传热工作介质是气体。5.根据权利要求4所述的可再生发电系统，其中，所述第二可再生能源系统被配置为发电，其中由所述第二可再生能源系统生成的电力的至少一部分被配置为将高温蓄热介质电加热到足够高的温度，以在传热气体与所述蓄热介质发生传热关系时加热所述传热气体，使得所述传热气体能够过热所述低/中温蒸汽，用于容纳被加热至所述高温的蓄热介质的供应的罐，以及适于由所述传热气体加热的过热器，以使由所述第一可再生能源系统生成的低/中温蒸汽过热，并将过热蒸汽供应至所述汽轮机。6.根据权利要求4所述的可再生发电系统，其中，所述第一工作流体的供应被储存在热罐中，并且其中所述系统被配置为将所述第一工作流体从所述热罐输送到蒸发器，以生成所述低/中温蒸汽。7.根据权利要求6所述的可再生发电系统，其中，所述系统被配置为：将所述第一工作流体在离开所述蒸发器后储存在冷罐中，以在太阳能可用时，所述第一工作流体由所述第一可再生能源系统再加热至所述低/中温。8.根据权利要求5所述的可再生发电系统，其中，所述蓄热介质由电加热器加热至所需温度，并且其中所述电加热器被配置为由所述第二可再生能源系统供电。9.根据权利要求8所述的可再生发电系统，其中，所述第二可再生能源系统包括：用于容纳足够量的被加热的蓄热介质的蓄热介质存储罐，以便在所述第二可再生能源系统不可用时可以在长时间内使所述低/中温蒸汽过热。10.根据权利要求9所述的可再生发电系统，其中，所述系统被配置为：在低压下循环所述传热气体，以便使其与熔融的蓄热介质处于传热关系，所述系统被配置为：在足以使所述低/中温蒸汽过热的温度和流速下将被加热的所述传热气体供应至所述过热器，以便将过热蒸汽供应至所述汽轮机。11.根据权利要求10所述的可再生发电系统，其中，在所述传热气体使所述低/中温蒸汽过热后，所述系统被配置为返回所述传热气体，以由所述高温蓄热介质进行再加热。12.根据权利要求5所述的可再生发电系统，其中，所述蓄热材料是熔融金属或类金属。13.根据权利要求5所述的可再生发电系统，其中，所述蓄热材料是合适的高温固体材料，诸如砂、岩石、混凝土或陶瓷材料。
14.根据权利要求1所述的可再生发电系统，其中，所述系统被配置为使得在所述过热蒸汽为所述汽轮机提供动力后，来自所述汽轮机的低温蒸汽和/或冷凝物流向冷凝器，并且其中来自所述冷凝器的冷凝物被供应到蒸发器以生成所述低/中温蒸汽。15.根据权利要求1所述的可再生发电系统，其中，所述第一或低/中温可再生能源系统是聚光太阳能系统，并且其中所述第一工作流体是熔融盐工作流体。16.根据权利要求1所述的可再生发电系统，其中，所述第一或低/中温可再生能源系统是槽式反射器系统，并且其中所述第一工作流体是熔融盐工作流体。17.根据权利要求9所述的可再生发电系统，其中，所述第二可再生能源系统被配置为具有高温部分，所述高温部分包括：被配置为包含熔融蓄热介质以防止所述熔融蓄热介质的过度氧化或其他降解的所述高温蓄热介质存储罐，被配置为使向其供应的所述低/中温蒸汽过热的过热器，以及被配置为在所述传热气体已被所述熔融蓄热介质加热之后将所述传热气体供应至所述过热器以过热所述低/中温蒸汽的管道，并且其中所述高温蓄热罐和所述管道构成所述第二可再生能源系统的高温部分，并且其中仅所述高温部分需要由特殊高温材料构造。18.根据权利要求17所述的可再生发电系统，其中，所述熔融蓄热介质具有足够的量并且处于足够的温度，使得所述熔融蓄热介质能够将所述传热气体加热到足以长时间使所述低/中温蒸汽过热的温度。19.根据权利要求17所述的可再生发电系统，其中，所述熔融蓄热介质为类金属。20.根据权利要求19所述的可再生发电系统，其中，所述熔融蓄热介质为硅。21.根据权利要求6所述的可再生发电系统，其中，所述第一可再生能源系统包括省煤器/蒸发器，并且其中所述第一可再生能量系统被配置为将所述低/中温工作流体从蓄热罐供应至所述省煤器/蒸发器，以生成低/中温蒸汽。22.根据权利要求17所述的可再生发电系统，其中，所述熔融传热介质选自基本上由以下一种或多种组成的组：硼、硅、锗、砷、锑、碲、钋、铅铋共晶、钠、锡或铅。23.根据权利要求17所述的可再生发电系统，其中，所述熔融传热介质包括以下之一：硼、硅、锗、砷、锑、碲、钋、铅铋共晶、钠、锡或铅。24.根据权利要求5所述的可再生发电系统，其中，所述过热器包括高压过热器和再热器，所述高压过热器被配置为由高温蓄热罐(29)中的所述蓄热材料(30)加热至高温的所述传热气体进行加热，并且被配置为从所述蒸发器供应低/中温蒸汽，从而产生被输送到所述汽轮机的高压级的过热蒸汽，并且所述再热器被配置成接收来自所述汽轮机的高压汽轮机排气，并且进一步被配置成由、再热过热器中的所述传热气体加热，以产生被输送到所述汽轮机的中压级的中压蒸汽。25.根据权利要求24所述的可再生发电系统，被进一步配置为，在所述传热气体已通过所述过热器和所述再热器后，其被返回以由所述高温蓄热材料进行再加热。26.根据权利要求5所述的可再生发电系统，其中，所述第一工作流体的供应被储存在热罐(23)中，并且其中所述系统被配置为将所述第一工作流体从所述热罐(22)输送到蒸发器(15，201)以生成所述低/中温蒸汽。27.根据权利要求26所述的可再生发电系统，其中，所述蒸发器(15，201)包括被配置成从所述涡轮机接收冷凝物的省煤器(203)，所述蒸发器被配置成将所述第一工作流体从所
述蒸发器输送到所述省煤器(203)，所述省煤器被配置为在其中加热所述冷凝物并将被加热的冷凝物输送至所述蒸发器，所述蒸发器被配置为使用所述第一工作流体来生成被输送至所述过热器的所述低/中温蒸汽。28.根据权利要求26所述的可再生能源系统，其中，所述第一工作流体在从所述省煤器排出后被输送至蓄冷罐。29.根据权利要求28所述的可再生能源系统，其被配置使得所述蒸发器和所述省煤器构成第一蒸发器和省煤器配对，并且其中所述可再生能源系统还包括第二蒸发器和省煤器配对，其中所述配对彼此并联连接，其中每一配对的蒸发器被配置成从所述热罐(23)接收所述第一工作流体，并且其中每一配对的省煤器被配置成从所述汽轮机接收冷凝物，其中每一配对的每一蒸发器被配置为在所述第一工作流体已经通过所述蒸发器之后向每个相应的省煤器供应所述第一工作流体，其中每个省煤器被配置为通过流经每个所述省煤器的所述第一工作流体加热所述冷凝物，并将被加热的冷凝物输送至其相应的所述蒸发器，每个所述省煤器被配置成将离开所述省煤器的所述工作流体输送至蓄冷罐。30.一种可再生发电系统，包括：蒸汽动力发电系统，具有被配置为驱动发电机的汽轮机，第一或低/中温可再生能源系统，被配置为生成低/中温蒸汽，以及第二或高温可再生能源系统，被配置为使由所述第一可再生能源系统生成的低/中温蒸汽过热并向所述汽轮机供应过热蒸汽，其中所述第一或低/中温可再生能源系统被配置为利用太阳能将第一工作流体加热至低/中温，并存储被加热到所述低/中温的足够量的第一工作流体，以在所述第一可再生能源系统接收太阳能时和当很长一段时间期间没有来自太阳的能量可用时足以生成所述低/中温蒸汽，所述低/中温可再生能源系统被配置为向蒸发器供应热量以生成所述低/中温蒸汽，第二或高温可再生能源系统被配置为利用可再生能源将高温传热工作流体加热到足够高的温度，以使由所述第一可再生系统生成的所述低/中温蒸汽过热，从而将过热蒸汽供应到所述汽轮机，所述第二或高温可再生能源系统具有过热器，其被配置为由所述高温工作流体加热以生成过热蒸汽，所述第二可再生能源系统被配置为发电，其中由所述第二可再生能源系统生成的电力的至少一部分被配置为将高温蓄热介质电加热到足够高的温度，以当所述高温工作流体与所述蓄热介质发生热传递关系时将所述高温工作流体加热到所需的高温，使得当所述高温工作流体与所述过热器发生运行关系时，所述高温工作流体使所述低/中温蒸汽过热并将过热蒸汽供应到所述汽轮机，罐用于容纳被加热到所述高温的所述蓄热介质的供应，所述发电系统具有类HRSG组件，其包括具有入口和出口的壳体，其中所述入口被配置为接收由所述高温蓄热介质加热的高温工作流体，其中所述高温工作流体流经所述壳体并从所述壳体流出，被配置为从所述出口接收所述高温工作流体并返回所述高温工作流体以由所述高温蓄热介质再加热的再循环系统，所述壳体在其中具有多个盘管，所述盘管被布置在所述壳体内，以由从所述入口到所述出口流过所述壳体的所述高温工作流体依次加热，所述多个盘管包括：被定位在所述壳体内的第一盘管，以便当高温工作流体进入所述壳体时成为由所述高温工作流体加热的所
述盘管中的第一个，被布置在所述壳体中所述第一盘管下游的第二盘管，被布置在所述壳体中所述第二盘管下游的第三盘管，以及被布置在所述壳体中所述第三盘管下游的第四盘管，所述工作流体的温度当它环绕通过每个所述盘管时降低，所述第四盘管被配置为以相对低温度接收来自所述汽轮机的蒸汽，以再加热所述蒸汽，并将被再加热蒸汽供应到所述第二盘管的入口，所述第二盘管被配置为对所述被再加热蒸汽进行再加热并将被再加热蒸汽供应到所述汽涡机的适当级，所述第三盘管具有入口，其被配置为接收由所述第一可再生能源系统加热的来自所述蒸发器的蒸汽，所述第三盘管被配置为将其中的所述蒸汽过热至略高于离开所述蒸发器的蒸汽的温度的温度，并将所述过热蒸汽供应到所述第一盘管的入口，其构造成第二过热器，所述第二过热器被配置为使所述蒸汽进一步过热，所述第一盘管将所述过热蒸汽供应到所述汽轮机。31.一种可再生发电系统，包括：蒸汽动力发电系统，具有被配置为驱动发电机(7)的汽轮机(5)；第一或低/中温可再生能源系统(9)，被配置为生成低/中温蒸汽；以及第二或高温可再生能源系统(11)，被配置为使由所述第一可再生能源系统生成的低/中温蒸汽过热并向所述汽轮机(5)供应过热蒸汽，其中所述第一或低/中温可再生能源系统(9)被配置为利用太阳能将第一工作流体(例如，熔融盐)加热至低/中温，并存储被加热到所述低/中温度的足够量的所述第一工作流体，以在所述第一可再生能源系统(9)接收太阳能时和当很长一段时间期间没有来自太阳的能量可用时足以生成所述低温/中温蒸汽，所述低/中温可再生能源系统(9)被配置为向蒸发器(15)供应热量以生成所述低/中温蒸汽，所述第二或高温可再生能源系统(11)被配置为利用可再生能源将高温传热工作流体加热到足够高的温度，以使由所述第一可再生系统生成的所述低/中温蒸汽过热，从而将过热蒸汽供应到所述汽轮机，所述第二或高温可再生能源系统(11)具有过热器(19)，其被配置为由所述高温工作流体加热以生成过热蒸汽，所述第二可再生能源系统(11)被配置为发电，其中由所述第二可再生能源系统生成的电力的至少一部分被配置为将足够量的高温蓄热介质(30)电加热到足够高的温度，以当所述高温工作流体与所述蓄热介质发生热传递关系时将所述高温工作流体加热到所需的高温，使得所述高温工作流体在当与所述过热器(19)发生运行关系时，使所述低/中温蒸汽过热并将所述过热蒸汽供应到所述汽轮机，罐(29)用于容纳被加热到所述高温的足够量的所述蓄热介质(30)，以当第二可再生能源系统(11)可用时以及当其很长一段时间不可用时生成被供应至所述汽轮机的所述过热蒸汽，所述发电系统(1)具有第一和第二类HRSG组件(301、303)，其每个包括壳体(307、321)，所述壳体(307、...
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