[發明專利]用于相變材料太陽能接收器的流量控制系統及方法

在審

• 申請號: 201380065154.2
• 申請日: 2013-12-19
• 公開（公告）號: CN104969012A
• 公開（公告）日: 2015-10-07
• 發明（設計）人: 盧克·埃里克森;拉塞爾·穆倫;瑞安·韋伯斯特;科里·霍奇金斯;德雷克·蒂利
• 申請（專利權）人: 阿文戈亞太陽能有限責任公司
• 主分類號: F24J2/04
• 分類號: F24J2/04;F24J2/30;F24J2/24
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 董敏;王艷江

技術領域

本文公開的實施方式總體上涉及聚光太陽能發電(“CSP”)技術，并且更特別地涉及用于CSP技術的接收器流量控制系統及方法，用于CSP技術的接收器流量控制系統及方法利用在開放或部分開放的傳熱材料回路內經歷固體至液體相變的傳熱材料。

背景技術

聚光太陽能發電(CSP)系統利用太陽能驅動熱動循環以產生電力。CSP技術包括但不限于拋物線型槽式系統、線性菲涅耳式系統、中央接收器或“發電塔”式系統、以及碟式/發動機式系統。對CSP的相當大的興趣是由可再生能源配額制和西班牙的可再生能源電價補貼驅動的，可再生能源配額制適用于美國西南部的能量提供者。CSP系統通常部署為大型集中的發電廠以利用經濟規模。

先前公開的CSP系統通常利用油、熔鹽或蒸汽來將太陽能從太陽能接收器傳遞至發電塊(power?generation?block)。這些傳熱材料通常在管或輸送管的系統中作為氣體或液體流動并且因而普遍地稱為“傳熱流體”。通常傳熱流體流動通過熱交換器裝置以將單獨的“工作流體”加熱至工作溫度，該“工作流體”然后用于發電循環以驅動渦輪并且產生電力。

現有接收器設計通常包括為封閉的傳熱流體回路的部分的接收器管道。封閉的回路在正常工作期間通常不對環境大氣開放并且因此包括基本封閉的一組管、導管、泵、閥和其他元件。相應地，固定流量的傳熱流體進入和離開接收器，因為傳熱流體回路的封閉特性使通過接收器的傳熱流體的體積守恒并且不允許另外的體積進入接收器。因此，在常規的傳熱流體設計中，離開接收器的傳熱流體流量必須等于傳熱流體入口流量。因此，封閉的傳熱流體回路允許從如給送接收器的泵的單個點相對簡單地控制接收器內的傳熱流體流量。

一些CSP系統和接收器設計可以以固體傳熱材料為特征。一個已知的系統以下落的固體顆粒為特征，下落的固體顆粒通過集中的太陽輻射通量照射和加熱，正如Evans等人在1985年的Sandia報告SAND85-8249的“Numerical?Modeling?of?a?Solid?Particle?Solar?Central?Receiver”(固體顆粒的太陽能中央接收器的數值模擬)描述的。固體顆粒CSP設計可以產生更高的理論最大溫度，并且因此可以利用更高的理論發電循環效率。遺憾的是，固體顆粒接收器系統的對流損失因為下落顆粒和接收器內的空氣的相互作用在大部分中是高的。如果使用窗來限制空氣和顆粒的相互作用，產生了其他設計挑戰，這會影響整個系統效率，例如，窗吸收率。此外，在太陽能接收器中窗的使用增加了保持可接受窗戶透明度和避免破裂的難度。

在美國專利4,469,088中描述了具有限制在接收器內的固液相變材料的拋物線型太陽能槽。該固液相變材料設計允許同時加熱單獨的、靜止的熱能儲存材料和傳熱流體。然而，由于在該設計中熱能儲存材料與傳熱流體之間的熱交換相對于絕緣的中央儲存裝置必須發生在接收器自身中，因此限制了總系統效率，因為抑制了在裝料、卸料和穩定操作期間的總熱損失。

在W.Steinmann和R.Tamme在Journal?of?Solar?Energy(太陽能工程期刊(2008)130(1)的“Latent?heat?storage?for?solar?steam?systems”(“用于太陽能蒸汽系統的潛熱儲存”)的美國專利4,127,161中描述了采用具有固液相變的材料的CSP塔和槽系統。然而，在這些系統中，熱儲存系統物理上遠離接收器，從而導致固有的瞬態系統特性和復雜的操作步驟以及通過間接熱交換器的使用的熱降解(heat?degradation)。

以將固體至液體相變材料作為傳熱流體為特征的系統不能通過閉環傳熱流體回路方便地實施。因此，在固體至液體相變材料接收器中的傳熱流體流量控制會存在問題。

本文描述的實施方式旨在克服包括但不限于上文討論的問題的一個或更多個技術限制。

發明內容

本文公開的一些實施方式包括聚光太陽能發電(CSP)系統和用于CSP系統的太陽能接收器，用于CSP系統的太陽能接收器構造成提供入口傳熱材料流量控制和出口傳熱材料流量控制。公開的實施方式以開放的傳熱流體回路為特征。一些實施方式可以利用將固液相變材料作為傳熱材料來實施。替代性實施方式包括在CSP系統中的傳熱材料流量控制的方法以及如本文所述構造的CSP系統。