在日射减少事件期间操作太阳能蒸汽系统的方法和系统

摘要

实施例涉及在日射减少时段期间控制太阳能系统的方法和系统。在一些实施例中，该方法包括：（i）由一个或多个环境状况传感器探测环境属性，该环境属性指示当前的或预期的日射水平，并由此生成指示当前的或迫近的短暂日射减少事件的至少一个信号；（ii）接收来自传感器的指示日射变化的至少一个信号；（iii）响应于至少一个信号，计算当前日射减少事件或迫近的短暂日射减少事件的特征；（iv）响应于计算特征的结果，计算可用日射量；和（v）响应于计算量的结果控制太阳能蒸汽系统中的温度调节流速，以使得进入蒸汽轮机的蒸汽的温度维持在预定范围内。

说明书

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2012年1月31日提交的美国临时申请No.61/593,123的权益，该美国临时申请的公开内容因此通过引用方式将其公开的全部内容并入本文中。

技术领域

本公开主要地涉及太阳能蒸汽系统，并且更特别地涉及响应于探测到的或预测到的日射情况来操作太阳能蒸汽系统的方法和系统。

发明内容

本公开的实施例涉及响应于探测到的和/或预测到的日射情况改变来操作太阳能蒸汽系统的技术和装置。本文中公开的技术可施用于短暂的或暂时的日射减少，或探测到的或预测到的因素的组合，即使预测最终被证明是错误的。可以引起暂时的日射减少的因素可包括但不限于：云覆盖、灰尘/颗粒的增加、暂时功能紊乱的定日镜、与气象相关的现象（即疾风）和日食。

术语“短暂的日射减少”涉及在一天当中发生的事件，其中日射的水平有可能会在同一天内恢复。这与当日落临近时的一天的结尾发生的减少的日射形成对比。

响应于当前的或迫近的短暂日射减少（例如由于云覆盖），在日射减少的事件之前、期间或之后，可以提供控制以使得维持进入蒸汽轮机的蒸汽的温度，从而减少由于蒸汽轮机中的温度波动造成的可能的损坏。还可以通过控制进入蒸汽轮机中的蒸汽的温度以减少蒸汽轮机中的电生产，蒸汽轮机接收来自太阳能接收器的过热的或再热的蒸汽。

通过首先计算或确定在日射减少时段期间的可用日射量，通过调节温度调节（attemperation）流速可维持进入涡轮的蒸汽的入口温度。通过在日射减少的事件之前打开温度调节流量阀门，一旦事件开始且可用的日射量低时，调节温度调节流速是可能的。为了防止一旦事件结束时对蒸汽轮机的热冲击，温度调节流量阀门可被快速的打开，从而降低蒸汽的出口温度。

在多云覆盖的情况下，还可能基于探测到的/预测到的可用日射量，还设置蒸汽的温度。

一些实施例涉及控制具有一个或多个蒸汽轮机和一个或多个太阳能接收器的太阳能蒸汽系统的方法。该方法可包括：（i）通过一个或多个环境状况传感器探测指示当前的或预期的日射水平的环境属性。该传感器可生成至少一个指示当前的或迫近的暂短的日射减少事件的信号。该方法进一步包括：（ii）接收来自传感器的指示日射变化的至少一个信号；（iii）响应于至少一个信号，计算当前日射减少事件或迫近的暂短日射减少事件的特征；（iv）响应于计算出的特征的结果，计算可用的日射量；和（v）响应于计算可用的日射量的结果，控制太阳能蒸汽系统中的温度调节流速，以使得进入一个或多个蒸汽轮机的蒸汽的温度维持在预定范围内。

环境状况传感器可包括太阳热量计、瞄准天空的相机、为捕捉云阴影而定位和瞄准的相机、测量灰尘和/或颗粒水平的设备，通量测量设备和气象站中的至少一种。可从由太阳能蒸汽过热器和太阳能蒸汽再热器组成的组中选择一个或多个太阳能接收器。当前的或迫近的短暂日射减少事件可为云引发的日射减少事件，气候引发的日射减少事件和灰尘/颗粒引发的日射减少事件中的一种。

控制温度调节流速的步骤可进一步包括：将多个定日镜重瞄准，以增加指向接收器的日射总量和打开温度调节阀门。

在一些实施例中，该方法可进一步包括：（vi）至少部分基于可用日射量的计算或确定，设定进入一个或多个涡轮的蒸汽的入口温度。该方法可进一步包括（vii）响应于发生在调节温度调节流速之后晚些时候的额外的日射水平探测或预测，将进入一个或多个涡轮的蒸汽的入口温度调节为蒸汽轮机中允许的蒸汽的最大温度。步骤（vi）中的蒸汽的入口温度可以低于或等于步骤（vii）中蒸汽的入口温度。步骤（vi）中的蒸汽的入口温度比步骤（vii）中蒸汽的入口温度低50°C，75°C，100°C或150°C。在进一步的实施例中，该方法可进一步包括减少蒸汽的流速以使得流至涡轮的蒸汽的流速减少。

一些实施例涉及用于从太阳能辐射产生电的太阳能蒸汽系统。该系统可包括：一个或多个太阳能接收器，每个太阳能接收器被配置为利用日射加热其中的蒸汽，以使得每个太阳能接收器出口处的出口蒸汽温度超过到太阳能接收器入口处的温度；配置为接收来自一个或多个太阳能接收器的日射加热蒸汽的一个或多个蒸汽涡轮；和配置为调节温度调节流量的温度调节流量控制器，温度调节流量控制器被配置为响应于控制信号，维持进入一个或多个蒸汽轮机的蒸汽的温度；其中，从指示日射变化的一个或多个环境状况传感器产生的控制信号。

从由太阳能蒸汽过热器和太阳能蒸汽再热器组成的组中选择一个或多个接收器。

该系统可进一步包括配置为在短暂的日射减少事件之前和/或在短暂的日射减少事件之后，维持进入一个或多个蒸汽轮机的蒸汽温度的分布式控制系统。在一些实施例中，该系统还可包括配置为分析描述流行的或历史的气候情况的数据和根据分析的结果实现探测或预测的电子电路。电子电路包括一个或多个模拟电子器件、数字电子器件和计算机可执行编码。

涉及控制太阳能蒸汽系统的方法的一些实施例，具有一个或多个蒸汽轮机和一个或多个太阳能接收器。该方法可包括：（i）由一个或多个环境状况传感器探测指示当前的或预期的日射水平的环境属性。传感器可生成指示当前的或迫近的短暂日射减少事件的至少一个信号。该方法进一步包括（ii）接收来自传感器的指示日射改变的至少一个信号；（iii）响应于至少一个信号，计算当前的日射减少事件或迫近的短暂日射减少事件的特征；（iv）响应于计算出的特征的结果，计算可用日射量；和（v）基于响应于计算可用日射量的结果，设定进入一个或多个涡轮的蒸汽的入口温度；其中，设定的蒸汽的入口温度低于在接收指示日射改变的信号之前的蒸汽的入口温度。

该方法进一步包括：（vi）响应于入发生在设置入口温度之后的晚些时候的日射水平的额外的改变，调节进入一个或多个涡轮的蒸汽的入口温度，以使得蒸汽的入口温度为蒸汽涡轮中所允许的蒸汽的最大温度。步骤（v）中蒸汽的入口温度低于或等于步骤（vi）中蒸汽的入口温度。步骤（v）中蒸汽的入口温度比步骤（vi）中蒸汽的入口温度低50°C，75°C，100°C或150°C。

涉及控制太阳能蒸汽系统的方法的一些实施例，具有一个或多个蒸汽轮机和至少一个太阳能接收器。从由太阳能蒸汽过热器和太阳能蒸汽再热器组成的组中选择太阳能接收器。太阳能接收器被配置为利用反射的太阳辐射加热太阳能接收器中的流体，并且蒸汽轮机被配置为利用由太阳能接收器加热的流体产生电。该方法可包括：在第一日射情况期间，调节流经太阳能接收器的蒸汽流体的出口温度，以使得产生电。在第二日射情况期间，调节流经太阳能接收器流和至蒸汽轮机的流体流量，以致第二日射情况下流至蒸汽轮机的流体的入口温度与第一日射情况下的相比有所减少，所述第二日射情况比第一日射情况的日射水平低。在第一日射情况期间，进入一个或多个涡轮的蒸汽的入口温度可通过由分布式控制系统生成的信号确定。在第二日射情况期间，进入一个或多个涡轮的蒸汽的入口温度可通过指示日射变化的一个或多个环境状况传感器生成的信号决定。

第二日射情况可包括云引起的日射减少事件、气象引起的日射减少事件和灰尘引起的日射减少事件中的一种。

根据一些实施例，蒸汽轮机在第二日射情况期间生成的电与其在第一日射情况期间生成的电相比有所减少。

当结合附图考虑时，本公开的实施例的目的和优点会由于以下说明变得显而易见。

附图说明

下文中将参考附图描述实施例，所述附图并非按比例绘制。在适当的位置，可不描述一些特征，以辅助下面特征的说明和描述。在整个附图中，同样的附图标号指示同样的部件。

图1A显示根据公开的主题的一个或多个实施例的太阳能发电塔系统；

图1B显示根据公开的主题的一个或多个实施例的带有二级反射镜的太阳能发电塔系统；

图1C显示根据公开的主题的一个或多个实施例的包括多个塔的太阳能发电塔系统；

图1D显示根据公开的主题的一个或多个实施例的包括单个塔中的多个接收器的太阳能发电塔系统；

图2为根据公开的主题的一个或多个实施例的定日镜控制系统的示意图；

图3说明根据一个或多个实施例的其中过热蒸汽从太阳能接收器流至涡轮的太阳能蒸汽系统；

图4A-图4B说明根据一个或多个实施例的太阳能接收器的冷却；

图5为根据一个或多个实施例的响应于预测到或探测到的暂时的/临时的可用日射的减少（或消除）而控制太阳能系统的程序流程图；

图6、图7A和图7B为根据一个或多个实施例的实施图5的程序（或其一个或多个步骤）的不同系统（或其的组件）的框图；

图8A-图8C为根据一个或多个实施例的涉及太阳能蒸汽系统的不同控制系统的框图。

具体实施方式

中央接收系统（诸如具有在塔上支持有接收器的中央接收系统）可以包括至少一个太阳能接收器和多个定日镜。每个定日镜追踪以将光反射至塔上的目标或在此目标上的瞄准点。可以以任意合适的方式排列定日镜。例如，能够根据预测的气象数据和至少一个最优化目标（诸如总体的太阳能利用、太阳能储存、电力生产或来由电力销售收益产生）选择定日镜间隔和位置以在寿命周期提供最优的经济回报。

日射可被太阳能塔系统用于产生过热蒸汽和/或超临界蒸汽和/或加热熔盐。在图1A中，太阳能塔系统可包括太阳能塔50，该太阳能塔50接收来自定日镜的太阳能场60（只在图1A左侧部分中示出单独的定日镜70）的反射的聚焦阳光10。例如，太阳能塔50可具有至少25米、50米、75米、100米、125米或更高的高度。定日镜70可以瞄准太阳能接收器系统20，例如，系统20的一个或多个接收器的太阳能接收表面。定日镜70可调整其定向以在太阳横穿天空移动时追踪太阳，从而将阳光持续地反射至与接收器系统20相关的一个或多个瞄准点上。可以将太阳能接收器系统20安装于太阳能塔50中或太阳能塔50上，该太阳能接收器系统20可以包括一个或多个单独的接收器。太阳能接收器可被构建为通过使用从定日镜接收到的日射来加热水和/或蒸汽和/或超临界蒸汽和/或任何其他类型的太阳能流体。可替选的或另外的，目标或接收器20可以包含但不限于光电组件，产生蒸汽的组件（或用于加热固体或流体的另一个组件），用于生长生物物质（如生产生物燃料）的生物生长组件，或被配置成将聚焦的日射转换成有用能量和/或功的任意其他目标。

术语“接收器”其本身在本文中以指接收器为目标的设备的部分，其捕捉入射通量并将其转化为热并且通过热传递或工作流体主动冷却，与主要反射或只是用于再辐射或对流热的部分（诸如热瓦或耐火遮蔽）相对。接收器可为锅炉、热交换器、过热器或其他用于将阳光转换成流体中的热的设备的聚集的光接收部分的集合体。

如图1A中所示的，太阳能接收器系统20在被布置在塔50的顶部或塔50顶部的附近。在另一个实施例中，如图1B中所示的，二级反射器40可被布置在塔50的顶部或塔50顶部的附近。二级反射器40从而可接收来自定日镜场60的日射并朝着太阳能接收器系统20改变日射方向（例如通过反射）。太阳能接收器系统20可被布置在定日镜场60内、定日镜场60外、在地平面上或地平面附近、在另一个塔50顶部或另一个塔50顶部的附近、在反射器40上方或下方，或其它地方。

可提供多于一个的太阳能塔50，每个太阳能塔在其上有各自的太阳能接收系统，例如太阳能发电蒸汽系统。不同的太阳能接收系统可具有不同的功能性。例如，太阳能接收系统中的一个可以利用反射的太阳辐射来加热水以产生蒸汽，而另一个太阳能接收系统可以用于利用反射的太阳能辐射来使蒸汽过热。多个太阳能塔50可共享共用的定日镜场60或具有各自分开的定日镜场。一些定日镜可被构建和布置以使将日射交替地指引向不同的塔中的太阳能接收系统。另外，定日镜可被配置成例如在倾卸状态期间，指引日射离开任一塔。如图1C所示，可以提供两个太阳能塔，每个太阳能塔带有各自的太阳能接收系统。第一塔50A具有第一太阳能接收系统20A，而第二塔50B具有第二太阳能接收系统20B。太阳能塔50A，50B被布置以使得接收来自公用定日镜场60的反射太阳辐射。在任一给定时间，定日镜场60内的定日镜可指向太阳能塔50A，50B中的任一个的太阳能接收器。尽管图1C中只示出具有各自的太阳能接收系统的两个太阳能塔，但是可以使用任何数量的太阳能塔和太阳能接收系统。

在太阳能塔上可提供多于一个的太阳能接收器。多个组合的太阳能接收器可形成太阳能接收系统20的一部分。不同的太阳能接收器可具有不同的功能性。例如，太阳能接收器中的一个可以利用反射的太阳辐射来加热水以产生蒸汽，而另一个太阳能接收器可以用于使用反射的太阳辐射来使蒸汽过热。多个太阳能接收器被布置在同一个塔上的不同高度处或在同一个塔上的不同位置处（如，不同面，诸如北面，西面，等等）。场60中的一些定日镜可以被构造或布置以使得将日射交替地指引向不同的太阳能接收器。如图1D中所示，单个塔50上可设置两个太阳能接收器。太阳能接收系统20从而包括第一太阳能接收器21和第二太阳能接收器22。在任一给定时间，定日镜70可瞄准太阳能接收器中的一个或两者，或不是接收器中的任一个。在一些使用场景中，定日镜70的瞄准可被调整以使得将投射到塔50上的反射光束太阳能接收器中的一个（如太阳能接收器21）移至另一个太阳能接收器（如太阳能接收器22）。尽管图1D中只示出两个太阳能接收器和单个塔，但是可使用任意数量的太阳能塔和太阳能接收器。

如图2所示，例如，场60中的定日镜70可以通过中心定日镜场控制系统91来控制。例如，中心定日镜场控制系统91可通过数据通信网络与单独定日镜的控制器进行分级通信。图2示出了分级控制系统91，其包含三个等级的控制分级，但是在其它实现中可有更多或更少等级的分级，且在又其它实现中，例如在使用对等通信协议的分布式处理布置中，整个数据通信网络可没有分级。

在图示中最低等级的控制分级中（即由定日镜控制器提供的等级）提供有可编程定日镜控制系统（HCS）65，其例如当定日镜跟踪太阳的运动时控制该定日镜（图中未示出）的双轴（方位角和仰角）运动。在更高等级的控制分级中，提供了定日镜阵列控制系统（HACS）92、93，其中每个通过采用如CAN、设备网（Devicenet）、以太网等的网络操作系统的多点数据网络94来与定日镜场96、97中的定日镜70（未示出）关联的可编程定日镜控制系统65进行通信，以控制这些定日镜70的操作。在又一更高等级的控制分级处，提供了主控制系统（MCS）95，其通过网络94与定日镜阵列控制系统92、93进行通信而间接控制定日镜场96、97中的定日镜的操作。主控制系统95通过经网络94与接收器控制系统（RCS）99通信而进一步控制太阳能接收器（未示出）的操作。

在图2中，在定日镜场96中提供的那部分网络94可以基于铜线或光纤连接，并且在定日镜场96中提供的每个可编程定日镜控制系统65可以装配有有线通信适配器，如主控制系统95、定日镜阵列控制系统92和有线网络控制总线路由器100那样，其被可选地部署在网络94中以更高效地处理到定日镜场96中的可编程定日镜控制系统65及其之间的通信业务。另外，在定日镜场97中提供的可编程定日镜控制系统65借助于无线通信通过网络94与定日镜阵列控制系统93通信。为此，定日镜场97中的每个可编程定日镜控制系统65装配有无线通信适配器102，如无线网络路由器101，其被可选地部署在网络94中以更高效地处理到定日镜场97中的可编程定日镜控制系统65及其之间的网络业务。另外，主控制系统95可选地装配有无线通信适配器（未示出）。

图3用于通过涡轮产生电的太阳能蒸汽系统的框图。该系统包括太阳能接收器（即锅炉和/或过热器和/或再热器和/或超临界蒸汽发生器），其中聚集的太阳辐射（或日射）加热工作流体。在图3的结构中，水和/或蒸汽（温度为T_in）经由入口504和线路L_in进入太阳能接收器500，且蒸汽（温度为T_out）经由出口508和线路L_out离开太阳能接收器500.

因为太阳能接收器接收聚集的日射（在图中由INS指示），所以离开太阳能接收器500的蒸汽中的焓（具有在图3中指示的温度如T_out）超过包括表示为T_in的温度的蒸汽和/或水进入太阳能接收器500时的焓。例如，典型的温差（T_out-T_in）可为30或50或70或100或150或200或300或400摄氏度。

经加热过的蒸汽流至涡轮580（例如单级或多级），在涡轮580处产生电。如从图3所看到的，蒸汽在蒸汽线路L_in内（由方框箭头表示）、太阳能锅炉系统的自身内部和在蒸汽线路L_out内以确定的方向朝着涡轮580流动（由方框箭头表示）。

如图3的底部的曲线图所指示的，其中水平轴代表太阳能锅炉内沿流体路径的线性距离并且垂直轴代表蒸汽温度，沿着太阳能锅炉的长度具有典型的某些温度分布。可以理解的是，所示出的线性分布仅仅是一个非限制性示例，并且不同的实施例特将由各自的（不同的）温度分布来特征化。

由于例如云遮盖、灰尘、颗粒、日食或其他原因，日射是可预测（日变化）和不可预测变化的。图4A-图4B示出在日射暂时下降期间，根据时间（其中时刻t₁晚于时刻t₀，时刻t₂晚于时刻t₁）的太阳能锅炉内的温度分布上的效果。太阳能锅炉和锅炉管内的蒸汽逐渐变冷。例如，取决于锅炉结构、材料和日射、以及环境气候情况（如图4A中所示），太阳能锅炉中的蒸汽可逐渐地趋于达到或多或少的统一的温度，所述统一温度可为通常模式入口温度或低于通常模式入口温度，或和周围环境温度一样低（如图4B中所示）。

本发明的一些实施例涉及据此响应于预测到的或探测到的可用日射的暂时减少，执行潜在地用于保存跨太阳能接收器（例如蒸汽过热器或蒸汽再热器）的热梯度的一个或多个操作的方法和装置。这些操作也可用于维持太阳能接收器内和/或涡轮自身内的温度和/或保持其内的焓。

可用日射的暂时减少可归因于多个原因中的任意一个，包括但不限于：云、尘土、颗粒、与气象相关的日射减少（诸如疾风）、一个或多个定日镜的暂时的技术问题或其他任何原因。

在不同的实施例中，响应于预测到的或探测到的可用日射的暂时减少，而执行操作的示例包括但不限于：调节温度调节流速，设置流至或流经太阳能蒸汽动力涡轮（或流至或流经太阳能蒸汽过热器或再热器）的蒸汽的温度，并且减少流至或流经太阳能蒸汽动力涡轮（或流至或流经太阳能蒸汽过热器或再热器）的蒸汽流量。更明确地，上述的操作可响应于计算出的或确定的可用日射量而执行。响应于探测到的或预测的短暂日射减少事件而计算或确定可用日射量。

在不同的实施例中，至少部分地通过操作分布式控制系统842（见图6、图7A和图7B）和/或定日镜控制系统81（见图5）来执行一个或多个本发明公开的操作，以控制温度调节流速和/或控制压力和/或控制定日镜瞄准和/或控制用于产生电的太阳能蒸汽系统的任一其他操作参数。

定日镜控制器81可被配置为计算或确定对太阳能接收器上每一点可用的日射量。相应地，为了补偿太阳能接收系统的一个或多个部分上的，或一个或多个太阳能接收器上的日射减少，可由定日镜控制器81修正一个或多个定日镜的一个或多个瞄准点。例如，修正后的瞄准点可以为维持一个或多个太阳能接收器表面上的统一温度或通量分布。每个定日镜的瞄准的修正可以包括机械地移动定日镜瞄准点以引起投射的定日镜光束从太阳能接收系统的一面移动至太阳能接收系统的另一面（例如在同一塔上）。在一个实施例中，一个或多个定日镜的重瞄准可引起从其投射的各自光束只移动小的距离，例如少于10m，或少于5m，或少于2m。

典型地，在先前已知的系统中，温度调节用于控制进入一个或多个涡轮的蒸汽的温度。为了预防温度高于蒸汽轮机允许的最大温度和避免不得不使用额定用于高温的高成本材料，在稳状操作期间可将温度调节用于限制蒸汽温度。在一些实施例中，温度调节可位于过热器内和/或再热器内或可替选地位于过热器和蒸汽轮机之间的线路L2上。在一些实例中，取决于需要冷却效果或温度控制的地方，具有多个温度调节的位置是有利的。

在一些实施例中，温度调节器会有蒸汽温度设定点T_attemp，该设定点的温度比由分布式控制系统842确定的蒸汽设定点T_set的温度稍微高。T_attemp可比T_set高1度到5度之间。在典型的稳态操作期间，只要蒸汽温度维持在预定范围内，就关闭温度调节（即没有流至过热的蒸汽中的喷射）。如果有信号发送至分布式控制系统842，该信号为指示蒸汽的出口温度超过T_set和T_attemp两者，则分布式控制系统842将打开温度调节阀门以冷却蒸汽。温度调节阀门会保持打开直至蒸汽的温度回到设定点温度（见图8A）。

图5为响应于预测到的或探测到的暂时的/短暂的可用日射的减少（或消除）而控制太阳能系统的程序的流程图，并且将在下文中进行解释。图6、图7A和图7B为太阳能蒸汽系统的框图，图4中的程序可在该太阳能蒸汽系统中执行。在一些实施例中，太阳能蒸汽系统包括分布式控制系统842和/或配置为实现图5的程序的任何一个或多个步骤的定日镜控制系统81。

如图6中所示的，太阳能蒸汽系统包括第一太阳能接收器810（例如被设定为上游太阳能接收器）和第二太阳能接收器820（例如被设定为下游太阳能接收器）。另外的太阳能接收器可存在。可替选的，可存在较少的太阳能接收器。

在实施例中，接收器810是配置为将水煮沸成蒸汽的太阳能蒸发器，或接收器810是配置为通过把水或蒸汽加热至高于超临界温度的温度以产生超临界蒸汽的超临界蒸汽生成器。太阳能蒸发器810经由线路L14接收流体和/或水蒸气H₂O。第二太阳能接收器820（例如太阳能蒸汽过热器或太阳能蒸汽再热器）进一步加热经由线路L1接收到的蒸汽或超临界蒸汽，所述接收到的蒸汽或超临界蒸汽是由上游太阳能接收器810生成的。经进一步加热过的蒸汽经由线路L2离开下游接收器并被传送至具有涡轮入口828的涡轮830。在正常的操作情况下，线路L2中的蒸汽比线路L1中的蒸汽更干。

对于本公开，可以理解的是，术语“涡轮”例如是指大型涡轮，其功率输出为兆瓦特或更多的数量级。在不同的实施例中，涡轮的功率输出可为至少1兆瓦特，至少5兆瓦特，至少10兆瓦特，至少50兆瓦特或至少100兆瓦特或至少200兆瓦特或更多。

术语“上游”和“下游”是指与一些实施例相关联的系统结构，而并不是意图进行限制。

本公开中的某一个位置上，上游接收器810被称为太阳能锅炉/蒸发器或太阳能蒸发器。值得注意的是这并不是限制，并且在其他实施例中（甚至当未明确的提及时），上游接收器810（或以810标示的任意接收器）可为太阳能超临界蒸汽生成器，该太阳能超临界蒸汽生成器从流体和/或水蒸气中生成超临界蒸汽。

在满日射的正常操作情况期间，蒸汽过热器（或图7B的蒸汽再热器140）的出口处温度可以比蒸发器的出口温度热得多，蒸发器的目的在于将液体水（或水和蒸汽的混合物）转变成蒸汽。在不同的实施例中，蒸汽过热器（或图7B的蒸汽再热器140）中的出口温度为至少250或300或350或400或450或500或550或600摄氏度。

在图7A的示例中，接收器810是蒸发器/锅炉，接收器820为过热器，并且用于将液相和汽相之间分离的蒸汽分离器皿（例如，蒸汽分离鼓110）被布置在810和820之间。在图7A的示例中，太阳能蒸汽蒸发器810被配置当做再循环锅炉（例如，包括用于再循环流量的泵180）。因此，液体或蒸气水可进行多次通过太阳能蒸发器810。

在一些实施例中，蒸汽分隔器皿110（例如鼓）实质上阻挡水到达过热器820。这样可防止对过热器的短期或长期的损坏。阻挡可具有改善热效率的优点。

在实施例中，尽管对隔离水蒸气和流体水有效的例如任意尺寸或形状或形成因素可被使用，但是蒸汽隔室110特别为鼓。

除上述讨论的分布式控制系统842外，太阳能热系统还可包括用于控制定日镜的机械行为的太阳能控制系统81。例如，见于本文中提供的参考图2的讨论。

图7B示出太阳能热系统，该太阳能热系统包括太阳能再热器。在一些实施例中，图6和/或图7A的系统可为图7B中所描述的较大系统的一部分。图7B是根据一些实施例的用于从太阳能中产生电的太阳能锅炉系统100的框图。系统100包括：（i）蒸汽隔离鼓110，饱和蒸汽从其离开；（ii）太阳能过热器820，其经由线路L1接收饱和蒸气并且使饱和蒸汽过热以产生过热蒸气；（iii）高压（HP）涡轮830，其从过热蒸气中产生功；（iv）太阳能蒸汽再热器840，其将离开高压（HP）涡轮840的蒸汽再加热；（v）低压（LP）涡轮850，其从再加热蒸汽产生功；和（vi）冷凝器860（例如，空气冷却或以任意其他方式冷却），其冷却从低压涡轮850离开的蒸汽。

参考图7B，由方框箭头所指示的，水和/或蒸汽流动如下：（i）饱和蒸气经由线路L1从蒸汽分离器110（在实施例中为分离鼓）流至太阳能蒸汽过热器820；（ii）更干的或干的蒸汽经由线路L2从太阳能蒸汽过热器820流至高压涡轮830；（iii）高压出口蒸汽离开HP涡轮830经由线路L3流至太阳能蒸汽再热器840；（iv）再热蒸汽经由线路L4从太阳能蒸汽再热器840流至LP涡轮850；（v）水和/或蒸汽经由线路L5离开LP涡轮850并流至冷凝器860；（vi）冷凝后的水经由线路L6离开冷凝器并被泵870（经线路L7）泵送回太阳能蒸汽生成器（图中未示出）的给水容器（例如，给水鼓）或可替选的泵送回处理站（图中未示出）。

太阳能过热器820和太阳能再热器840两者都通过接收日射来操作。在一个示例中，太阳能过热器和/或太阳能再热器包括多个管。在一个非限制性示例中，蒸汽被过热器820加热至少50或75或100或150或300摄氏度。例如，蒸汽可在温度大约为300摄氏度下经由线路L1被递送至过热器820，并被加热至大约540摄氏度。该540摄氏度的过热蒸汽经由线路L2被递送至HP涡轮830。在另一个示例中，蒸汽可被加热至超临界温度和压力。典型的，当有足够的日射来提供一个或多个涡轮所需的温度下和所需的压力下的蒸汽时，系统100在“正常”模式下操作。例如，为了在要求的循环效率下操作，HP涡轮830可要求最低温度下的蒸汽。

在图6，图7A和图7B中还示出用于控制流体流动的速度和/或方向和/或一个或多个器皿或涡轮或连接线路内的压力的分布式控制系统842。分布式控制系统842可包括以下的任意结合：（i）作为控制系统的机械部分的机械装置（例如包括阀门、阀门控制、发动机、马达）和（ii）作为流体流动控制系统的电气部分的电路（例如模拟和/或数字电子器件的任何组合和可选地存储于计算机内存或存储器中的计算机可执行编码）。分布式控制系统的机械部分的行为可由分布式控制系统的电气部分调节，以使得产生电气控制信号促使控制系统的机械部分响应来调节流速、压力、流向或任意其他流动属性。因此，可以利用电信号（例如由电路和/或执行软件生产的）来调节机械流动属性。

分布式控制系统842可位于任一位置或位置的组合。注意到分布式控制系统842只示意性的以黑盒子在图中示出，但分布式控制系统842可以包括一个或多个构件、设备或系统以允许控制进入一个或多个涡轮的蒸汽的入口温度。

如本文中所使用的，术语“锅炉”或“太阳能接收器”可被用于指任意热传递器和/或接收器组合，不论沸腾是否真的在其中发生。例如，术语“锅炉”或术语“太阳能接收器”中的任一个可应用于太阳能蒸汽过热器。术语“太阳能蒸发器”或“蒸发器”或“锅炉/蒸发器”同义用于指配置加热水使其从液态至气态的太阳能接收器。锅炉/蒸发器（例如810）是太阳能接收器的一个示例。太阳能接收器的另一个示例为蒸汽过热器（例如820）。太阳能接收器的另一个示例（未在图中示出，例如其可为上游太阳能接收器810或下游太阳能接收器820）为超临界蒸汽生成器，该超临界蒸汽生成器生成超临界蒸汽。太阳能接收器的再另一个示例为太阳能再热器，该太阳能再热器用于再加热从具有再热循环的蒸汽涡轮中提取的低压或中压蒸汽。每个太阳能接收器典型地具有制造者准许的一组运行参数（即温度和/或压力和/或流量）。

如上面所注意到的，蒸汽涡轮830可包括涡轮入口828，其使得能够通过控制流阻（诸如阀门控制或其他适当的设备）来实现对经由入口828进入涡轮830的流体压力的控制。蒸汽轮机可在“启动”（例如在早上）被控制以使得在入口828处的压力为流速的线性函数。这被称为变化的压力策略。

参考图5，在步骤S301中，例如在当太阳能蒸汽从太阳能接收器（例如下游太阳能接收器820，例如太阳能过热器或再热器）流至在其处产生有用电的蒸汽涡轮830的时候，探测到当前的或迫近的日射减少事件。

步骤S301的探测可由例如环境状况传感器以任意方式执行。在一个示例中，空气中灰尘和/或颗粒的集中可由激光定量散射探测出。在另一个示例中，利用一个或多个相机并分析云或阴影或其他可分类的和可计量的特征的存在图像对天空和/或地面成像。在另一个示例中，由安装于任意太阳能接收器上或任意太阳能接收器中的流量计测量流量强度。探测可自动或手动地执行。在又一另一个示例中，在一个或多个光电或光化学的设备中响应的电压或电流响应可用于确定云或灰尘的存在和日射减少影响。在另一个示例中，可向气象站提出探测/预测气象事件的请求，所述气象事件可减少接收器上的日射水平。例如，疾风可使设置至少一些定日镜进入“安全姿势”成为必要，定日镜在“安全姿势”中可不再将日射引到接收器上。在另一个示例中，太阳热量计可被用于测量太阳的辐射输出。

环境状况传感器可探测指示当前的或预期的日射水平环境属性，并且从其中生成指示当前的或迫近的日射减少事件的至少一个信号。随后可计算当前的或迫近的日射减少事件的特征。计算出的特征可用于计算可用日射量。

日射减少事件可由被探测到的或预测的云遮盖类型分类。云遮盖可被分类为薄云遮盖，通过其相对大量的日射通过云。可替选地，云遮盖可被分类为厚云遮盖，通过其相对少量的日射穿过云。

在步骤S305中，实行一个或多个操作来抵消跨太阳能接收器820的热梯度的降低，太阳能接收器820可为蒸汽过热器或蒸汽再热器（例如见图7B的元件840）。该热梯度降低（即接收器820的T_out和T_in之间的差减少）是日射减少事件造成的，因为更少的太阳能辐射可用于加热接收器820内的流体。

例如，步骤S305可通过产生电控制信号和/或将电控制信号发送至分布式控制系统842和/或定日镜控制系统81来执行（参见图2）。

当前的或迫近的短暂的日射减少事件可被探测或预测。在一个示例（图7B）中，日射减少事件数据可由定日镜控制系统81处理。定日镜控制系统81可被配置为确定在日射减少事件期间可用的可用日射量。一旦可用日射量被确定，定日镜控制器81就分配定日镜将日射引向接收器（过度燃烧），以使得蒸汽的出口温度高于T_set和T_attemp，从而促使温度调节阀门打开。通过在日射减少事件之前和日射减少事件期间使温度调节流量阀门打开，蒸汽的出口温度可经温度调节流速（F_attemp）调节并以快速响应维持。当日射减少事件使得可用日射减少，则减少温度调节流量以便维持蒸汽的出口温度。当日射减少事件结束时，引起日射的突然增加，F_attemp再次增加，从而维持从接收器离开的蒸汽的出口温度。由于上述温度调节控制方法减少温度的大的波动，因此将此方法与不能在温度的大波动的情形下操作的蒸汽轮机结合使用是有用的。

在日射减少事件被探测或预测为厚云的情况中，步骤S305还可包括至少部分基于由定日镜控制器81确定的或计算出的可用日射量，设定进入涡轮的蒸汽的入口温度。当定日镜控制器81确定不能提供足够的日射以维持蒸汽的入口温度时，定日镜控制器81向分布式控制系统842发送信号。定日镜控制器81因此提供新的蒸汽入口温度设定点。在一些实施例中，响应于预测的或探测到的日射减少事件由定日镜控制器81所设定的蒸汽入口温度比在日射减少事件之前由分布式控制系统842设定的蒸汽入口温度低。例如，由定日镜控制器81设定的蒸汽入口温度设定点比由分布式控制系统842设定的蒸汽入口设定点（即蒸汽轮机中允许的最高入口温度）低50°C、75°C、100°C或150°C。术语“蒸汽入口温度”是指当蒸汽在进入一个或多个涡轮式时的蒸汽温度。

根据一些实施，步骤S305可包括定日镜控制器81的两项操作：（i）控制温度调节流量阀门以使得其在探测到的或预测的日射减少事件之前或期间保持打开，以便保持恒定的蒸汽入口温度，和（ii）根据定日镜控制器按照可用日射确定的或计算出的可用量，设定蒸汽入口温度。在可替选的实施例中，定日镜控制器81控制：（i）温度调节流量阀门，以其使在探测到的或预测的日射减少事件之前或期间保持打开，以便保持恒定的蒸汽入口温度或（ii）根据定日镜控制器按照可用日射确定或计算出的可用量，设定蒸汽入口温度。

步骤S305还可涉及减小从第一太阳能蒸发器810至第二太阳能接收器820的流体的流速和/或减小从太阳能接收器820至涡轮830的过热蒸汽的流速。在实施中，这种流量的减少在日射减少时段期间（即其中日射实际上减少的时段或检测到预测当前的或迫近的日射减少的一个或多个指示时）可减少产生的电量。可替选地，涡轮入口828可被“节流”以减少进入涡轮830的蒸汽流量。例如，可操作涡轮以致入口蒸汽的压力保持实质上恒定，甚至当进入涡轮（即830或850）的蒸汽流速被显著减少时（例如减少的负载范围为最大负载能力的至少10%或至少15%或至少20或至少30%或至少50%或至少70%）也是如此。如本文所用的，%负载或负载能力同义地指流进涡轮830（或850）的蒸汽流速和/或由涡轮产生的电量（如最大量的百分比）。

在一些实施例中，步骤S305还可涉及响应于探测到的或预测的当前的或迫近的短暂日射减少事件，来增加或减少所需的蒸汽鼓给水。可替选地或另外地，步骤S305可涉及响应于探测到的或预测的当前的或迫近的短暂日射减少事件，设定蒸汽鼓中的较高或较低的水位。

可替选地或另外地，在图5的步骤S305或S311中可以修正定日镜瞄准策略（例如利用控制器81）以影响太阳辐射热动力过程。在步骤S305中，可以将先前瞄准太阳能蒸发器（或超临界蒸汽生成器）810的定日镜改向到蒸汽过热器820（或蒸汽再热器）。在步骤S311中，可以将先前瞄准太阳能蒸发器（或超临界蒸汽生成器）810的定日镜改向到蒸汽过热器820（或蒸汽再热器）。

在步骤S307中，进行涉及日射减少事件（或其强度的减少）的结论的探测和预测和/或执行将先前日射减少预测（例如回顾后是错误的预测）无效的更新过的预测（或探测）。在不同的非限制性示例中，日射减少事件的强度可涉及云覆盖的强度或厚度和/或灰尘/颗粒的强度（或浓度）和/或日食的程度。

在涉及步骤S307的第一示例中，在实际日射减少事件发生之后，可预测或探测日射水平中的实际增加。

在第二示例中，对于步骤S301中的日射实际减少可没有要求并且对步骤S307中日射实际（或预测的）增加没有要求。根据这个第二示例，在步骤S301中做出涉及日射减少的预测（或探测到当前的或未来日射减少的一些指示），例如，可以探测太阳能热发电机构以南5公里处的云覆盖。在步骤S307中，指示预测场景（例如由于附近的云覆盖）的进一步信息（如随后的信息）过去未发生或将来不会发生。

步骤S307的探测/预测可以任意方式执行，例如见步骤S301。在一个示例中，可利用历史数据（例如描述云覆盖在某一位置持续多久的数据）。在另一个示例中，基于卫星成像或雷达扫描的气象数据和/或地图可被单独分析或结合气象预测模型分析。可替选地或另外地，可以及时探测多个点处的一个或多个物理参数（例如云覆盖、流量或任意其他物理参数）并且可以使用时间序列技术或神经系统网络或任意其他预测运算法则。

在步骤S311中，操作太阳能蒸汽系统从实际或预测的日射减少事件中部分地或完全地恢复（即无论实际事件是否发生，都可有从步骤S305的操作中恢复的需要）。例如，离开接收器的蒸汽的温度设定点可由分布式控制系统确定，并且温度调节流量阀门可被设定以使得其只在一旦蒸汽出口温度高于T_attemp时打开。在另一个示例中，定日镜可以被从太阳能接收器820改向回朝着蒸发器（或超临界蒸汽生成器）810。

如上面所注意到的，图5的程序不要求日射的实际减少和/或不要求维持任何一段时间的日射减少。

因此，在第一示例中，可能没有实际的日射减少。相反，在步骤S301中，进行迫近的日射减少的预测，步骤305中系统相应地反应。例如，可以以一定的量打开温度调节流量阀门以使得阀门只在几分钟内被至少15%或至少20%或至少25%或至少30%打开。在步骤S311中，证明预测只是“假警报”并且可以相对快地关闭温度调节流量阀门。

在第二示例中，日射减少的量只是最小的，例如少于30%或少于20%或少于10%或少于5%。通过操作以执行图5的程序，可以减少如此日射减少会引起涡轮关闭以及其关联的延长的启动过程的可能性。

在一些实施例中，本文中描述的一个或多个教导对于以下中的至少之一有用：在间歇多云时期的白天中增加太阳能产生效率，使电产生和/或太阳能电气机构的收益产生最大化，以及满足电力传输网络操作者的可靠性要求。

应当理解，上述模块、过程、系统和部分可通过硬件、由软件编程的硬件、存储于非暂时性计算机可读介质上的软件指令或以上的组合来实施。例如，使用被配置为执行存储于非暂时性计算机可读介质上的程序指令序列的处理器，可实施用于控制定日镜、接收器和/或分布式控制系统的系统。处理器可包括（但不限于）个人计算机或工作站或其它此类的计算系统，该计算系统包括处理器、微型处理器、微型控制设备或由包含集成电路（诸如例如专用集成电路(ASIC)）的控制逻辑构成。指令可从依照如Java、C++,C#.net等的编程语言提供的源代码指令编译获得。指令还可包括依照如Visual Basic^TM语言或其它结构化编程语言或面向对象编程语言提供的代码和数据对象。编程指令序列及与之关联的数据可存储于非暂时性计算机可读介质如计算机存储器或存储设备上，该存储设备可以为任意适合的存储器设备，例如（但不限于）只读存储器（ROM），可编程只读存储器(PROM)，电可擦写可编程只读存储器(EEPROM)，随机存取存储器（RAM），闪速存储器，磁盘驱动器，等等。

此外，模块、过程、系统、和/或部分可作为单个处理器或分布式处理器实施。进一步的，可以理解的是，本文中提及的步骤可以在单个处理器或分布式处理器（单核和/或多核）上执行。而且，对于上述实施例和在上述实施例的各个附图中描述的过程、模块和子模块可以跨多个计算机或系统分布，或者可以共同位于单个处理器或系统中。以下提供适于实施本文中描述的模块、部分、系统、装置、或过程的示例性结构化实施例替选方式，但并不限于此。本文中描述的模块、处理器或系统可以被实现为例如编程通用计算机、以微代码编程的电子设备、硬接线的模拟逻辑电路、存储于计算机可读介质上或信号上的软件、光学计算设备、电子和/或光学设备的网络系统、专用计算设备、集成电路设备、半导体芯片，以及存储于计算机可读介质上或信号上的的软件模型或对象。此外，本发明公开的方法、系统以及计算机程序产品的实施例可以实施在软件中，该软件可以执行在编程通用计算机、专用计算机、微处理器等上。

方法和系统（或其子部件或模块）的实施例可以在通用计算机、专用计算机、经编程的微型处理器或微控制器和外围集成电路元件、ASIC或其它集成电路、数字信号处理器，硬线连接的电子或逻辑电路如分立元件电路、如可编程逻辑器件（PLD）的可编程逻辑电路、可编程逻辑阵列(PLA)、现场可编程门阵列（FPGA）、可编程阵列逻辑（PAL）器件等上实施。总之，能够实施这里描述的功能或步骤的任何过程可用于实施方法、系统和/或计算机程序产品（存储于非暂时性计算机可读介质上的软件程序）的实施例。

此外，公开的方法、系统和/或计算机程序产品的实施例可容易地全部或部分实施于软件中，该软件使用例如提供了可用于各种计算机平台的便携式源代码的对象或面向对象的软件开发环境。可替选地，公开方法、系统和/或计算机程序产品的实施例可部分或全部实施于采用例如标准逻辑电路或超大规模集成电路（VLSI）设计的硬件中。取决于被利用的系统、特定功能、和/或特定软件或硬件系统、微处理器、或的微型计算机的速度和/或效率需求，可使用其它硬件或软件来实施实施例。方法、系统和/或计算机程序产品的实施例，可由从本文中提供的功能描述、以及具有太阳能热能量生产、定日镜控制系统和/或计算机编程技术的一般基本知识的适当技术领域的普通技术人员使用任何已知或后续开发的系统或结构、设备和/或软件，来实施在硬件和/或软件中。

说明、实施例和附图不应被看作是对所附的权利要求的范围的限定。相反地，可以理解的是，不是每个公开的特征在本发明的每个实施中都是必要的。还可以理解的是，贯穿本公开，所显示或描述的过程或方法、方法的步骤可以任意顺序或同时实施，除非从上下文明显看出一个步骤取决于先实施的另一步骤。如贯穿本申请所用的，词“可以”用于容许的意义（即意味着“具有可能性”），而不是强制的意义（即意味着“必须”）。

在分开的实施例的上下文中为了清楚起见描述的所公开主题的某些特征，还可结合提供于单个实施例中。相反地，单个实施例的上下文中为了简明描述的本发明的不同特征，可单独提供或以任意适当的子结合提供。

因此，显而易见的是，根据本发明公开来提供用于操作太阳能蒸汽系统的方法和系统。可由本公开实现许多可替选方案、修改和变型。尽管示出了并细节描述了具体实施例以说明本发明的原理的应用，但是应理解到，在不脱离该原理的情况下可以以其它方式体现本发明。所公开的实施例的特征可在本发明范围内被组合、被重排、被省略、等等，以产生另外的实施例。此外，在没有相应地使用其他特征的情况下，某些特有时可被用于使优点突出。因此，申请人旨在包含在本发明精神和范围内的所有这样的可替选方案、修改、等同体和变型。