一种太阳塔(1)包括太阳辐射接收器(4)和燃气涡轮发动机(2)。燃气涡轮发动机(2)竖直地布置在塔内且按向下流动顺序包括：压缩机(3)，其用于压缩通过在塔的上端处的至少一个空气入口吸入的环境空气(15)；加热装置(4)，其用于加热来自压缩机的压缩空气，太阳辐射接收器包括加热装置的至少一部分；以及涡轮(5)，其用于从加热的压缩空气提取功。燃气涡轮发动机(2)与太阳塔(1)一体地形成，并且燃气涡轮发动机(2)的气体加热装置与太阳辐射接收器(4)一体地形成。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及聚光太阳能，并且具体地涉及用来发电的太阳能塔与燃气涡轮发动机的有利组合。
技术介绍
聚光太阳能涉及使用透镜、反射镜或其它光学设备将来自大的入射面积的太阳辐射会聚到小面积上。然后将来自太阳辐射的能量用来产生功率。聚光太阳能预计在未来将成为重要的能量源。已存在对聚光太阳能技术的许多提议。被认为最有潜力用于提供高效率功率发生的技术是中央接收器技术。该技术涉及使用中央太阳能塔来接收太阳辐射，该辐射被位于塔周围的太阳能场中的跟踪反射器阵列反射以入射到太阳能塔上。已知使用入射到太阳塔上的太阳辐射来直接加热水，以生成用于使用朗肯循环的蒸汽涡轮的蒸汽。通过使用蒸汽涡轮来驱动发电机来为公用电网产生电力，该发电机通过合适的整流器/逆变器组合连接到电网。热蒸汽中的一些可从涡轮转移并在绝缘的罐中储存有限的时间，以便在短时间的低日照期间补充功率产出。一些其它的太阳能方案使用入射到太阳塔上的太阳辐射来直接加热熔融盐，熔融盐然后行进通过热交换器以加热水，从而生成用于蒸汽涡轮等的蒸汽。熔融盐也被用作储热器，使得在低日照或零日照期间，储存的熔融盐仍能用来加热蒸汽并根据需要产生电力以馈送到公用电网中。参见例如我们的在先专利GB2449181B。当由太阳辐射直接加热水或熔融盐时，利用安装在太阳塔上的表面接收器将来自太阳辐射的能量转移到流体。在表面接收器中，热量通过加压的管壁转移到流体。因此，表面接收器具有与锅炉相同的技术局限。这将流体可被加热的温度限制到大约750°C并且相应地限制了太阳塔的最高效率。为了克服利用表面接收器的太阳塔固有的效率问题，已经提出利用容积式接收器加热气体的太阳塔。容积式接收器形成为使得入射到太阳塔上的太阳能被传递给网状多孔陶瓷，该陶瓷能被加热至高达1500°C的温度。然后通过将气体行进通过热的多孔陶瓷来加热气体。加热的气体可接着用来加热水，并因此利用按照朗肯循环操作的蒸汽涡轮产生功率和/或利用按照布雷登循环操作的燃气涡轮产生功率。容积式接收器可以是开放的，其中太阳辐射被直接聚焦到多孔陶瓷上，并且气体被从周围的环境大气直接抽吸进入太阳塔并通过多孔陶瓷。备选地，容积式接收器可与环境大气密封并被加压。在密封的容积式接收器中，多孔陶瓷被定位在密封空间内，并且来自太阳辐射的能量通过使密封的空间与周围环境密封的窗口或壁而转移到多孔陶瓷。这允许在接收器内保持压力。两种目前提出的密封的容积式接收器为窗口接收器和腔体接收器。在窗口接收器中，接收器被弹性窗口密封，该窗口对太阳辐射大致透明。弹性窗口密封容积式接收器，从而允许在接收器内保持压力。窗口不从入射到其上的太阳辐射吸收显著量的能量。相反，太阳辐射行进通过窗口，并且能量被接收器内部的多孔陶瓷吸收。建议的窗口材料包括石英玻璃。一般地，用于窗口接收器的窗口被成形为确保它们在窗口接收器被使用时可承受由于跨窗口的温差而使窗口所经受的应力。在腔体接收器中，接收器被实心壁密封，实心壁可吸收入射到其上的太阳辐射。壁密封容积式接收器，从而允许在接收器内保持压力。相比窗口接收器，壁不对太阳辐射透明，并且吸收来自辐射的能量。能量在壁内被转化为热量，并且然后传导到多孔陶瓷内，多孔陶瓷被定位在接收器内且与壁接触。建议的壁材料包括碳化硅。通常，腔体接收器的壁限定伸入容积式接收器内的腔体。这使得与多孔陶瓷接触的壁的表面积和因此从壁传递到多孔陶瓷的热量能够最大化。如在我们的在先专利GB2 449 181B和以及在现有专利DE2 939 416C2中那样，也已经提出将太阳能塔与燃气涡轮结合使用。太阳辐射被直接地或间接地用来加热随后行进通过涡轮的气体。为了增加热力学效率，来自太阳能塔的热量中的一些也可用来为蒸汽涡轮生成蒸汽，例如通过以联合循环装置的方式从燃气涡轮排气中回收热量。来自燃气涡轮和蒸汽涡轮两者的轴功率可然后驱动一个或多个发电机以用于发电。包括用于加热气体的容积式接收器且利用按照布雷登循环操作的燃气涡轮产生功率的太阳塔目前在实现热力学效率方面提出了特别的挑战。这是因为在容积式太阳能接收器中加热的气体必须以经济而无损的方式从接收器输送到距接收器一定距离的燃气涡轮。对克服这个问题的现有研究集中在使用陶瓷材料用于气体管道和热交换器，以便最小化热损耗。鉴于上述情况，需要一种新的太阳塔设计，其利用容积式接收器来加热气体以操作燃气涡轮，但又最小化能量损耗。
技术实现思路
一种太阳塔包括太阳辐射接收器和燃气涡轮发动机,该燃气涡轮发动机竖直布置在塔内且按流动顺序包括: -压缩机，其用于压缩通过在塔的上端处的至少一个空气入口而吸入的环境空气，-加热装置，其用于加热来自压缩机的压缩空气，太阳辐射接收器包括加热装置的至少一部分，以及 -涡轮，其用于从加热的压缩空气提取功。在该布置中，燃气涡轮发动机与太阳塔一体地形成，并且燃气涡轮发动机的气体加热装置与太阳辐射接收器一体地形成。所述太阳塔优于现有技术，因为它使燃气涡轮发动机和太阳能接收器可最紧凑地安装在塔内，并且使由于从太阳能接收器件输送热量至燃气涡轮所导致的能量损耗最小化。该太阳塔通过将太阳能接收器与燃气涡轮的气体加热装置一体化，并且因此消除对从太阳能接收器向与能量接收器分开的燃气涡轮输送热量的需要，从而实现上述目的。也就是说，由入射到太阳塔上的太阳辐射所产生的热量在形成它的位置(即太阳塔的太阳能接收器)处被直接利用。燃气涡轮的竖直布置还使其气体加热装置和其一体的太阳能接收器能够关于太阳塔周向对称，从而允许将最大量的太阳辐射用于加热压缩空气，因为压缩空气从压缩机出口流过短距离到涡轮入口。如容易理解地，为了让燃气涡轮发动机操作，有必要将位于压缩机和涡轮之间的气体加热装置与周围环境密封，使得进入加热装置的气体仅从压缩机吸入，而离开加热装置的气体仅通过涡轮离开。因此，有必要将转移热量到压缩空气的太阳能接收器的一部分与周围环境密封开。从而，太阳能接收器优选地为密封容积式，其中一定体积的网状多孔陶瓷或其它合适吸热材料通过诸如碳化硅或石英的吸热和传热材料的实心壁而与环境密封开。太阳能接收器可包括一个或多个腔体接收器。备选地，太阳能接收器可包括一个或多个窗口接收器。在一个优选的实施例中，太阳能接收器包括周向对称的太阳能接收器。也就是说，太阳能接收器关于太阳塔周向对称，从而允许太阳辐射围绕太阳能接收器的周边大致同样地进入太阳能接收器。周向对称的太阳能接收器可由一个或多个窗口接收器或者一个或多个腔体接收器或者接收太阳辐射的任何其它合适器件形成。便利地，燃气涡轮发动机形成为使得压缩机和任何相关的空气入口大致在塔的上端处。因此可能优选的是，太阳塔还包括定位在塔的上端正上方的保护顶。合适的保护顶可被形成为使得空气可仍能经由空气入口进入压缩机，但将防止雨水或碎屑被吸入压缩机并因此损坏燃气涡轮发动机。上述太阳塔优选地包括由燃气涡轮发动机驱动的发电机,该发电机安装在太阳塔内。发电机可由燃气涡轮发动机直接驱动。备选地，发电机可由燃气涡轮发动机通过传动装置间接驱动。为了允许空气在行进通过燃气涡轮发动机等之后离开太阳塔，可以提供至少一个排气口。排气口可设置在任何合适位置，例如在太阳塔的基部处或附近。太阳塔还可包括至少一个热交换器，其被布置成用于从燃气涡轮发动机的排气提取热量。从气体提取的热本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：K魏格哈特，
申请(专利权)人：阿尔斯通技术有限公司，
类型：
国别省市：
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