DE10128562C1 - Solar power plant comprises an evaporator branch with solar collectors for producing steam in a working medium, a steam turbine branch for producing steam, and a pre-heater branch for recycling the working medium to the evaporator branch - Google Patents
Solar power plant comprises an evaporator branch with solar collectors for producing steam in a working medium, a steam turbine branch for producing steam, and a pre-heater branch for recycling the working medium to the evaporator branchInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein solarthermisches Kraftwerk mit ei nem Arbeitsmediumkreislauf, umfassend einen Verdampferstrang, welcher eine Mehrzahl von Solarkollektoren aufweist, mittels denen in dem Arbeitsmedium Dampf erzeugbar ist, einen Dampf turbinenstrang, an welchen der Verdampferstrang zur Bereit stellung von Dampf gekoppelt ist, und einen Vorwärmerstrang, welcher an den Dampfturbinenstrang gekoppelt ist und über den Arbeitsmedium zum Verdampferstrang rückführbar ist, wobei ein Abscheider an den Verdampferstrang gekoppelt ist, mittels dem flüssiges Arbeitsmedium und Dampf aus einem Zwei-Phasen- Gemisch des Arbeitsmediums trennbar ist.The invention relates to a solar thermal power plant with egg a working medium circuit, comprising an evaporator line, which has a plurality of solar collectors, by means of which steam can be generated in the working medium, a steam Turbine line on which the evaporator line is ready position of steam is coupled, and a preheater line, which is coupled to the steam turbine train and via the Working medium is traceable to the evaporator line, with a Separator is coupled to the evaporator line, by means of which liquid working medium and steam from a two-phase Mixture of the working medium is separable.
Ein derartiges solarthermisches Kraftwerk ist beispielsweise aus dem Artikel "THE DISS PROJECT: DIRECT STEAM GENERATION IN PARABOLIC TROUGHS OPERATION AND MAINTENANCE EXPERIENCE & UPDATE ON PROJECT STATUS" von E. Zarza et al., Proceedings of the Solar Forum 2001, Washington D. C., 23. April bis 25. April 2001, bekannt. Es handelt sich dabei um ein Ein kreissystem, da das Arbeitsmedium, insbesondere Wasser, in dem Verdampferstrang verdampft wird und überhitzt wird und dann der so erzeugte Dampf dem Dampfturbinenstrang zugeführt wird und von dort wieder im Arbeitsmediumkreislauf zurückge führt wird und in den Verdampferstrang vorgewärmt in einem Vorwärmerstrang eingekoppelt wird. Such a solar thermal power plant is for example from the article "THE DISS PROJECT: DIRECT STEAM GENERATION IN PARABOLIC TROUGHS OPERATION AND MAINTENANCE EXPERIENCE & UPDATE ON PROJECT STATUS "by E. Zarza et al., Proceedings of the Solar Forum 2001, Washington DC, April 23 to April 25, 2001. It is an on circular system, since the working medium, especially water, in the evaporator line is vaporized and overheated and then the steam generated in this way is fed to the steam turbine train and from there back in the working medium cycle leads and preheated in the evaporator train in one Preheater line is coupled.
In der DE 197 18 044 C1 ist ein Solarkollektorsystem mit zwei voneinander getrennten Kreislaufsystemen beschrieben; einem Primärkreislauf mit einem ersten Wärmeträgermedium und einem Sekundärkreislauf mit einem zweiten Wärmeträgermedium. Der im Durchlauf betriebene Primärkreislauf umfaßt einen Verdampferstrang und einen Dampfturbinenstrang, an welchen der Verdampferstrang zur Bereitstellung von Dampf gekoppelt ist und über den Arbeitsmedium zum Verdampferstrang rückführbar ist. Auf der Niedrig temperaturseite des Verdampferstranges wird das erste Wärmeträgermedium in einem Kollektor vorerwärmt und anschließend mittels einer Pumpe ver dichtet und zum Hochtemperaturteil des Verdampferstranges geführt, wo es in einem zweiten Kollektor auf eine Temperatur oberhalb seines Siedepunktes erhitzt wird, so daß es verdampft und aus dem zweiten Kollektor austritt. An schließend wird das erste Wärmeträgermedium einer Turbine zugeleitet, die einen Generator antreibt. Der Hoch- und der Niedertemperaturteil des Ver dampferstranges sind über einen geschlossenen Sekundärkreislauf mitein ander gekoppelt, der dazu dient, die Wärmeverluste des Hochtemperaturteils für den Niedertemperaturteil nutzbar zu machen.DE 197 18 044 C1 describes a solar collector system with two of them separate circulatory systems described; a primary circuit with a first heat transfer medium and a secondary circuit with a second Heat transfer medium. The primary circuit operated in the run includes an evaporator branch and a steam turbine branch, on which the Evaporator line is coupled to provide steam and via the Working medium is traceable to the evaporator line. On the low The temperature side of the evaporator line becomes the first heat transfer medium preheated in a collector and then ver seals and led to the high temperature part of the evaporator line, where it is in a second collector to a temperature above its boiling point is heated so that it evaporates and exits the second collector. to finally the first heat transfer medium is fed to a turbine, the drives a generator. The high and low temperature part of the Ver steamer strands are connected via a closed secondary circuit coupled, which serves to reduce the heat loss of the high temperature part to make it usable for the low temperature part.
In der DE 43 31 784 C2 ist ein Rinnenkollektor für Solarstrahlung beschrieben, der einen sich in einer Längsrichtung erstreckenden Rinnenspiegel, welcher die Strahlung in einen Fokusbereich reflektiert, und einen sich in der Längs richtung durch den Fokusbereich des Rinnenspiegels hindurcherstreckenden Absorberstrang umfaßt, welcher zur Abfuhr der entsprechenden Wärme von einem Wärmetransportmedium durchflossen ist und welcher einen sich quer zu der Längsrichtung erstreckenden Absorberschirm aufweist. DE 43 31 784 C2 describes a channel collector for solar radiation, the one channel groove extending in a longitudinal direction, which the Radiation is reflected in a focus area, and one in the longitudinal direction extending through the focus area of the channel mirror Absorber strand comprises, which is used to dissipate the corresponding heat from is flowed through a heat transport medium and which is a cross to has the longitudinal direction extending absorber screen.
Mit dem sogenannten Rezirkulationskonzept, bei dem ein Ab scheider vorgesehen ist, welcher an den Verdampferstrang ge koppelt ist, wobei abgeschiedenes flüssiges Arbeitsmedium wieder in den Arbeitsmediumkreislauf zurückgeführt wird, läßt sich eine sichere Betriebsweise eines solarthermischen Kraft werks erreichen, wobei im Zusammenhang mit einem Einkreis system sich die Stromgestehungskosten bis zu 25% gegenüber einem Zweikreissystem senken lassen.With the so-called recirculation concept, in which an Ab separator is provided, which ge to the evaporator branch is coupled, separated liquid working medium is returned to the working medium circuit itself a safe mode of operation of a solar thermal power reach the factory, being in connection with a single circle system the electricity generation costs up to 25% lower a two-circuit system.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein solarthermisches Kraftwerk der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß sich dieses sicher betreiben läßt.Proceeding from this, the invention is based on the object solar thermal power plant of the type mentioned above improve that this can be operated safely.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Ar beitsmedium von dem Verdampferstrang und/oder dem Dampfturbi nenstrang in den Vorwärmerstrang geführt ist, wobei die Ein leitung in den Vorwärmerstrang auf einem niedrigeren Druck niveau liegt als die Ausleitung aus dem Verdampferstrang und/oder Dampfturbinenstrang.This object is achieved in that Ar beitsmedium from the evaporator line and / or the steam turbine nenstrang is guided in the preheater, the Ein line in the preheater line at a lower pressure level lies as the discharge from the evaporator line and / or steam turbine train.
Vom Abscheider abgeschiedenes flüssiges Arbeitsmedium muß grundsätzlich wieder in den Arbeitsmediumkreislauf zurück geführt werden. Nachfolgend dem Abscheider herrschen dabei Drücke in der Größenordnung von 100 bar, wenn das solar thermische Kraftwerk effektiv betrieben werden soll. In dem Vorwärmerstrang, welcher dem Dampfturbinenstrang nachgeschal tet ist, herrschen in Teilbereichen, welche Entspannungs bereichen von Turbinen nachgeschaltet sind, niedrigere Drücke als im Verdampferstrang und im Dampfturbinenstrang. Die not wendige Druckdifferenz, welche die Einkopplung des Arbeits mediums ermöglicht, ist dann automatisch bereitgestellt und es kann auf entsprechende Pumpen und insbesondere auf eine Rezirkulationspumpe verzichtet werden. Eine Rezirkulations pumpe muß grundsätzlich bei einem hohen Druck arbeiten und auch bei hohen Temperaturen; bei einem Druck von 100 bar be trägt beispielsweise die Sättigungstemperatur von Wasser be züglich Wasserdampf 311°C. Pumpen für diese Arbeitsbereiche haben sich als sehr störanfällig erwiesen. Da erfindungsgemäß dann auf eine Rezirkulationspumpe verzichtet werden kann, er geben sich beim erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerk höhere Standzeiten.Liquid working medium separated from the separator must basically back into the working medium cycle be performed. Following the separator prevail Pressures of the order of 100 bar when the solar thermal power plant to be operated effectively. By doing Preheater line, which follows the steam turbine line Tet, there are sub-areas, what relaxation areas downstream of turbines, lower pressures than in the evaporator branch and in the steam turbine branch. The need manoeuvrable pressure difference, which coupling the work mediums is then automatically provided and it can be on appropriate pumps and in particular on a Recirculation pump can be dispensed with. A recirculation pump must always work at a high pressure and even at high temperatures; at a pressure of 100 bar contributes, for example, the saturation temperature of water plus steam 311 ° C. Pumps for these work areas have proven to be very prone to failure. Because according to the invention then a recirculation pump can be dispensed with, he give themselves in the solar thermal power plant according to the invention longer service life.
In einem Dampfturbinenstrang kann ein Wärmetauscher angeord net sein, welchem Zwischenüberhitzerdampf von dem Verdampfer strang zugeführt ist, welcher Dampf von einer Hochdruckturbi nen zwischenerhitzt, wobei dieser nachträglich nochmals er hitzte Dampf dann von dem Wärmetauscher einer Niederdruck turbine zugeführt wird. Das Arbeitsmedium, welches in dem Wärmetauscher innere Energie verloren hat, wird dann wieder in den Arbeitsmediumkreislauf zurückgeführt, wobei es beim Durchlaufen des Wärmetauschers kondensiert ist. Wird dieses durch den Zwischenübertragerdampf gebildete Arbeitsmedium in den Vorwärmerstrang auf ein niedriges Druckniveau geführt, läßt sich für diese Rückführung ebenfalls auf eine Pumpe verzichten und es ergeben sich die bereits geschilderten Vorteile.A heat exchanger can be arranged in a steam turbine train net, what reheater steam from the evaporator strand is fed, which steam from a high pressure turbine NEN reheated, which he again afterwards steam then heated from the heat exchanger a low pressure turbine is fed. The working medium, which in the Heat exchanger has lost internal energy, will then return returned to the working medium circuit, it being at Passing through the heat exchanger is condensed. will this working medium formed by the intermediate transformer steam in brought the preheater line to a low pressure level, can also be pumped for this return waive and there are those already described Benefits.
Bei dem Rezirkulationskonzept wird dem Verdampferstrang mehr Arbeitsmedium zugeführt, als in einem Verdampfer des Verdamp ferstrangs verdampfbar ist. Auf diese Weise läßt sich eine hohe Betriebssicherheit bei solarer Direktverdampfung in einem Verdampfer des Verdampferstrangs erreichen. With the recirculation concept, the evaporator line becomes more Working medium supplied as in an evaporator of the evaporator ferstrangs is evaporable. In this way one can high operational reliability with direct solar evaporation in reach an evaporator of the evaporator line.
Aus dem Verdampferstrang und/oder Dampfturbinenstrang wird insbesondere flüssiges Arbeitsmedium in den Vorwärmerstrang geführt.The evaporator train and / or steam turbine train becomes especially liquid working medium in the preheater line guided.
Insbesondere ist es vorgesehen, daß der Verdampferstrang eine Mehrzahl von in Reihe angeordneten Solarkollektoren umfaßt, durch die das Arbeitsmedium geführt ist, wobei die Reihe von Solarkollektoren insbesondere aufgeteilt ist in einen Ver dampfer und einen Überhitzer.In particular, it is provided that the evaporator branch is a Comprises a plurality of solar collectors arranged in series, through which the working medium is passed, the series of Solar collectors in particular is divided into a ver steamer and a superheater.
Beim Rezirkulationskonzept ist der Abscheider zwischen einem Verdampfer des Verdampferstrangs und einem Überhitzer des Verdampferstrangs angeordnet. Der aus dem Zwei-Phasen-Gemisch des Arbeitsmediums abgeschiedene Dampf wird dann dem Überhit zer bereitgestellt, so daß die einzige Dampfquelle des Über hitzers der Abscheider ist.In the recirculation concept, the separator is between one Evaporator of the evaporator line and a superheater of the Evaporator line arranged. The one from the two-phase mixture The vapor separated from the working medium then becomes the overhit zer provided so that the only source of steam of the over hitzers is the separator.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Solarkollektor einen Rinnenkollektor umfaßt. Dieser weist ein Absorberrohr auf, in dem sich durch Solarstrahlung eine Direktverdampfung des Arbeitsmediums, insbesondere Wassers, durchführen läßt.It is particularly advantageous if a solar collector comprises a trough collector. This has an absorber tube in which there is direct evaporation through solar radiation of the working medium, especially water, can be carried out.
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerks wird vom Abscheider abgeschiede nes flüssiges Arbeitsmedium in den Vorwärmerstrang geführt. Dadurch läßt sich auf eine Rezirkulationspumpe verzichten, so daß das flüssige Arbeitsmedium pumpenfrei in den Vorwärmer strang geführt ist. In a first embodiment of the invention solar thermal power plant is separated by the separator nes liquid working medium in the preheater line. This makes it possible to dispense with a recirculation pump, so that the liquid working medium is pump-free in the preheater strand is led.
Es kann dabei vorgesehen sein, daß Arbeitsmedium von einem Wärmetauscher im Dampfturbinenstrang in den Arbeitsmedium kreislauf zwischen Vorwärmerstrang und Verdampferstrang geführt ist, wobei insbesondere in der Führung für dieses Arbeitsmedium von dem Wärmetauscher des Dampfturbinenstrangs in den Arbeitsmediumkreislauf eine oder mehrere Pumpen ange ordnet sind, um dieses Arbeitsmedium kondensierter Zwischen überhitzerdampf) zu befördern.It can be provided that working medium from one Heat exchanger in the steam turbine train in the working medium circuit between preheater line and evaporator line is guided, in particular in the leadership for this Working medium from the heat exchanger of the steam turbine train One or more pumps are attached to the working medium circuit are arranged around this working medium condensed intermediate superheater steam).
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerks ist das Arbeitsmedium von einem Wärmetauscher des Dampfturbinenstrangs in den Vorwärmerstrang geführt, wobei dies alternativ oder kombiniert mit der Führung von flüssigem Arbeitsmedium vom Abscheider in den Vorwärmerstrang erfolgen kann. Dadurch läßt sich ebenfalls auf eine Pumpe für die Beförderung des Arbeitsmediums zwi schen dem Dampfturbinenstrang und dem Arbeitsmediumkreislauf verzichten, wobei sich dann der kondensierte Zwischenüber hitzerdampf über den Vorwärmerstrang wieder in den Arbeits mediumkreislauf einkoppeln läßt.In a second embodiment of the invention Solar thermal power plant is the working medium of one Heat exchanger of the steam turbine train in the preheater train led, this alternatively or in combination with the Guiding liquid working fluid from the separator into the Preheater line can be done. This also allows on a pump for the transport of the working medium between between the steam turbine train and the working medium circuit dispense with the condensed intermediate heat steam back into work via the preheater line medium circuit can be coupled.
Es kann dabei insbesondere vorgesehen sein, daß flüssiges Arbeitsmedium aus dem Verdampferstrang und/oder aus dem Dampfturbinenstrang in eine Vorwärmer des Vorwärmerstrangs geführt ist. Ein Vorwärmer weist zwei Durchgänge auf: einen Durchgang für Arbeitsmedium, welches vorgewärmt werden soll und einen Durchgang für Vorwärmermedium, welches ebenfalls Arbeitsmedium ist, und welches das Arbeitsmedium im Arbeits mediumkreislauf erwärmen soll. Das zu erwärmende Arbeits medium im Arbeitsmediumkreislauf steht dabei im wesentlichen unter dem Druck, unter welchem es durch den Verdampferstrang geführt ist. Das Erwärmungs-Arbeitsmedium (Vorwärmemedium) läßt sich unter einem geringeren Druck durch den Vorwärmer führen und dann zurück in den Arbeitsmediumkreislauf ein koppeln. Insbesondere läßt sich dabei ein solcher Vorwärmer einer Dampfdruckturbine nach Dampfentspannung nachschalten, so daß automatisch ein niedrigeres Druckniveau bereitgestellt ist. Durch Einkopplung in einen Vorwärmer ist also dann bei dem Erwärmungsmediumsdurchlauf das niedrige Druckniveau bereitgestellt, mittels welchem auf eine Pumpe verzichtet werden kann.It can in particular be provided that liquid Working medium from the evaporator line and / or from the Steam turbine train in a preheater of the preheater train is led. A preheater has two passages: one Passage for working medium that is to be preheated and a passage for preheating medium, which also Working medium is, and which is the working medium in the work medium circuit should heat up. The work to be warmed up Medium in the working medium cycle essentially stands under the pressure under which it passes through the evaporator line is led. The heating working medium (preheating medium) can be carried out under a lower pressure by the preheater lead and then back into the working medium circuit couple. In particular, such a preheater can be used connect a steam pressure turbine after steam relaxation, so that a lower pressure level is automatically provided is. By coupling into a preheater is then at the heating medium flow the low pressure level provided, by means of which a pump is dispensed with can be.
Es kann auch vorgesehen sein, daß flüssiges Arbeitsmedium aus dem Verdampferstrang und/oder aus dem Dampfturbinenstrang in einen Arbeitsmedium-Zwischenspeicher geführt ist, wobei dieser Arbeitsmedium-Zwischenspeicher in dem Vorwärmerstrang angeordnet ist. Dieser läßt sich ebenfalls auf einem niedri gen Druckniveau halten, indem er beispielsweise einer Pumpe zum Durchtreiben des Arbeitsmediums in dem Arbeitsmedium kreislauf vorgeschaltet ist.It can also be provided that liquid working medium the evaporator train and / or from the steam turbine train in a working medium buffer is performed, wherein this working medium buffer in the preheater line is arranged. This can also be at a low maintain pressure level, for example by using a pump for driving through the working medium in the working medium circuit is connected upstream.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn flüssiges Arbeits medium in einem Injektionsstrang in den Verdampferstrang führbar ist. Es läßt sich dann in einen Überhitzer des Ver dampferstrangs flüssiges Arbeitsmedium einkoppeln, um bei spielsweise den Massestrom durch den Überhitzer zu erhöhen.It has proven beneficial when working fluidly medium in an injection line in the evaporator line is feasible. It can then be superheated to Ver Coupling the liquid working medium in the for example to increase the mass flow through the superheater.
Vorteilhafterweise ist dabei eine Einkopplung von flüssigem Arbeitsmedium in den Verdampferstrang einer Einkopplung von Arbeitsmedium aus dem Abscheider bezogen auf die Strömungs richtung des Arbeitsmediums nachgeschaltet, so daß sich separat von der Rezirkulation von flüssigem Wasser eine Flüssigkeitsinjektion in den Überhitzer durchführen läßt. A coupling of liquid is advantageous Working medium in the evaporator line coupling of Working medium from the separator based on the flow downstream of the working medium, so that separate from the recirculation of liquid water Liquid injection into the superheater.
Bei einer Variante einer Ausführungsform ist der Injektions strang an den Arbeitsmediumkreislauf gekoppelt, d. h. das not wendige flüssige Arbeitsmedium zur Injektion in den Überhit zer wird in dem Arbeitsmediumkreislauf direkt entnommen.In a variant of an embodiment, the injection strand coupled to the working medium circuit, d. H. the need agile liquid working medium for injection into the overhit zer is taken directly from the working medium circuit.
Die Erfindung betrifft ferner ein solarthermisches Kraftwerk mit einem Arbeitsmediumkreislauf, umfassend einen Verdampfer strang, welcher eine Mehrzahl von Sonnenkollektoren aufweist, mittels denen in dem Arbeitsmedium Dampf erzeugbar ist, einen Dampfturbinenstrang, an welchen der Verdampferstrang zur Be reitstellung von Dampf gekoppelt ist, und einen Vorwärmer strang, welcher an den Dampfturbinenstrang gekoppelt ist um über dem Arbeitsmedium zum Verdampferstrang rückführbar ist, wobei ein Abscheider an den Verdampferstrang gekoppelt ist, mittels dem flüssiges Arbeitsmedium und Dampf aus einem Zwei- Phasen-Gemisch des Arbeitsmediums trennbar ist, wobei ein Injektionsstrang zur Einkopplung von flüssigem Arbeitsmedium in den Verdampferstrang vorgesehen ist.The invention further relates to a solar thermal power plant with a working medium circuit, comprising an evaporator strand, which has a plurality of solar panels, by means of which steam can be generated in the working medium Steam turbine train on which the evaporator train for loading provision of steam is coupled, and a preheater strand, which is coupled to the steam turbine train can be returned to the evaporator line via the working medium, a separator being coupled to the evaporator branch, by means of the liquid working medium and steam from a two Phase mixture of the working medium is separable, being a Injection line for coupling liquid working medium is provided in the evaporator line.
Bei einem solchen solarthermischen Kraftwerk wird die ein gangs genannte Aufgabe, das Kraftwerk so zu verbessern, daß es sicher betreibbar ist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Injektionsstrang an den Abscheider gekoppelt ist.In such a solar thermal power plant, the one initially mentioned task to improve the power plant so that it is safe to operate, solved according to the invention in that the injection line is coupled to the separator.
Dadurch läßt sich auf eine separate, mit dem Arbeitsmedium kreislauf direkt verbundene Leitung zur Injektion von flüssi gem Arbeitsmedium in den Überhitzer verzichten. Da darüber hinaus das injizierte Arbeitsmedium nicht dem Arbeitsmedium kreislauf direkt entnommen wird, sondern vom Abscheider stammt, läßt sich der Massestrom des im Arbeitsmediumkreis lauf zirkulierenden Arbeitsmediums geringer halten. This allows for a separate, with the working medium Circuit directly connected line for the injection of liquid dispense with the superheater according to the working medium. Because about it addition, the injected working medium is not the working medium circuit is taken directly, but from the separator originates, the mass flow in the working medium circuit Keep the circulating working fluid lower.
Dieses erfindungsgemäße Konzept läßt sich auch mit dem oben diskutierten Konzept der Einkopplung von Arbeitsmedium in den Vorwärmerstrang kombinieren.This inventive concept can also be done with the above discussed concept of coupling working medium into the Combine preheater line.
Besonders günstig ist es dabei, wenn der Injektionsstrang an einen Ausgang für flüssiges Arbeitsmedium des Abscheiders ge koppelt ist, um so eine Direkteinkopplung von abgeschiedenem flüssigen Arbeitsmedium in den Überhitzer zu ermöglichen.It is particularly favorable when the injection line is on an outlet for liquid working medium of the separator is coupled, so a direct coupling of separated to allow liquid working medium in the superheater.
Günstigerweise ist dazu eine Rückführung für flüssiges Ar beitsmedium in den Arbeitsmediumkreislauf an den gleichen Ausgang gekoppelt wie der Injektionsstrang, um so flüssiges Arbeitsmedium in den Verdampferstrang einem Verdampfer selber nachgeschaltet einkoppeln zu können.A return for liquid Ar is favorably for this purpose beitsmedium in the working medium circuit at the same Output coupled like the injection line, so liquid Working medium in the evaporator line an evaporator itself to be able to couple in downstream.
Um beim Rezirkulationskonzept eine zusätzliche Arbeitsme diumsinjektion in den Überhitzer durchführen zu können, ist der Injektionsstrang an einen Überhitzer des Verdampfer strangs angekoppelt, welcher einem Verdampfer des Verdampfer strangs nachgeschaltet ist. Die Dampfquelle für den Überhit zer ist dann der in einem Abscheider abgeschiedene Dampf, welcher vom Verdampfer stammt, wobei dem Überhitzer bei spielsweise zur Erhöhung des Massestroms injizierbares Arbeitsmedium bereitstellbar ist.In order to have an additional working time with the recirculation concept to be able to inject dium into the superheater the injection line to a superheater of the evaporator stranded, which is an evaporator of the evaporator is connected downstream. The source of steam for the hit then is the vapor separated in a separator, which comes from the evaporator, with the superheater at for example, injectable to increase the mass flow Working medium is available.
Insbesondere ist dazu der Abscheider so zwischen Solarkollek toren des Verdampferstrangs gekoppelt, daß er die Dampfquelle für den Überhitzer bildet. In particular, the separator is between the solar collector gates of the evaporator line coupled that he is the steam source forms for the superheater.
Ein besonders vorteilhaftes Arbeitsmedium ist Wasser, bei dem sich in einem solarthermischen Verdampfer gesättigter Wasser dampf bilden läßt, welcher in einem Überhitzer überhitzbar ist.A particularly advantageous working medium is water, in which saturated water in a solar thermal evaporator can form steam, which can be overheated in a superheater is.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Umwandlung von thermischer Energie in mechanische/elektrische Energie, bei dem ein Arbeitsmedium in einem Arbeitsmediumkreislauf ge führt wird, welcher einen Verdampferstrang umfaßt, in dem Dampf erzeugt wird, ein Dampfturbinenstrang umfaßt, welchem der erzeugte Dampf zugeführt wird, und einen Vorwärmerstrang umfaßt, über den das Arbeitsmedium zurückgeführt wird, wobei dem Verdampferstrang mehr Arbeitsmedium zugeführt wird, als dort verdampfen kann und flüssiges Arbeitsmedium von dampfförmigem Arbeitsmedium getrennt wird und dem Arbeits mediumkreislauf zurückgeführt wird.The invention further relates to a method for conversion from thermal energy to mechanical / electrical energy, in which a working medium in a working medium circuit ge leads, which comprises an evaporator line in which Steam is generated, a steam turbine train, which the steam generated is fed, and a preheater train includes, through which the working medium is returned, wherein more working medium is supplied to the evaporator line than can evaporate there and liquid working medium from vaporous working medium is separated and the work medium circuit is returned.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das genannte Verfahren so zu verbessern, daß sich die thermische Energieumwandlung auf sichere Weise durchführen läßt.Based on this, the object of the invention is that to improve the methods mentioned so that the thermal Can carry out energy conversion in a safe manner.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß flüs siges Arbeitsmedium von dem Verdampferstrang und/oder Arbeitsmedium von dem Dampfturbinenstrang auf ein niedrigeres Druckniveau des Vorwärmerstrangs geführt wird.This object is achieved in that flu siges working medium from the evaporator line and / or Working medium from the steam turbine train to a lower one Pressure level of the preheater line is guided.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist die bereits im Zusammen hang mit dem erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerk ge nannten Vorteile auf. The method according to the invention already has that together hang ge with the solar thermal power plant according to the invention mentioned advantages.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen wurden bereits in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerk erläutert.Further advantageous refinements have already been made in connection with the solar thermal power plant according to the invention explained.
Die eingangs genannte Aufgabe kann ferner dadurch gelöst werden, daß flüssiges Arbeitsmedium von dem Abscheider abgezweigt wird, welches in den Verdampferstrang injizierbar ist.The above-mentioned object can also be achieved in that liquid working medium is branched off from the separator, which in the Evaporator line is injectable.
Dieses Verfahren weist die bereits im Zusammenhang mit der erfindungs gemäßen Vorrichtung erläuterten Vorteile auf.This method has the already in connection with the Invention according to the device explained advantages.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen wurden bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerk erläutert.Further advantageous refinements have already been made in connection with the solar thermal power plant according to the invention explained.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient in Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:The following description of preferred embodiments serves in Connection with the drawing of the detailed explanation of the invention. It demonstrate:
Fig. 1 Ein schematisches Blockschaltbild eines solarthermischen Kraft werks, welches aus dem Stand der Technik bekannt ist; Fig. 1 is a schematic block diagram of a solar thermal power plant, which is known from the prior art;
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen solar thermischen Kraftwerks in schematischer Blockschaltbild-Dar stellung; Fig. 2 shows a first embodiment of a solar thermal power plant according to the invention in a schematic block diagram Dar position;
Fig. 3 eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 2; FIG. 3 shows a variant of the exemplary embodiment according to FIG. 2;
Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungs gemäßen solarthermischen Kraftwerks in Blockschalt bild-Darstellung und Fig. 4 shows a second embodiment of a solar thermal power plant according to the Invention in block diagram image and
Fig. 5 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerks. Fig. 5 shows a third embodiment of a solar thermal power plant according to the invention.
Bei einem aus dem Stand der Technik, beispielsweise dem Arti kel "THE DISS PROJECT: DIRECT STEAM GENERATION IN PARABOLIC THROUGHS OPERATION AND MAINTENANCE EXPERIENCE & UPDATE ON PROJECT STATUS" of E. Zarza et al., Proceedings of the Solar Forum 2001, Washington D. C., 23. April bis 25. April 2001, ist ein Arbeitsmedium und insbesondere Wasser in einem Arbeitsmediumkreislauf 10 geführt. Dieser Arbeitsmediumkreis lauf 10 umfaßt einen Verdampferstrang 12, in dem das Arbeits medium solarthermisch direkt verdampft wird, einen Dampftur binenstrang 14, in dem mittels des Dampfes eine oder mehrere Turbinen angetrieben werden, um eine Umwandlung von mechani scher Energie in elektrische Energie zu bewirken, und einen Vorwärmerstrang 16, über den vorgewärmtes flüssiges Arbeits medium wieder dem Verdampferstrang 12 zuführbar ist.In one of the prior art, for example the article "THE DISS PROJECT: DIRECT STEAM GENERATION IN PARABOLIC THROUGHS OPERATION AND MAINTENANCE EXPERIENCE & UPDATE ON PROJECT STATUS" by E. Zarza et al., Proceedings of the Solar Forum 2001, Washington DC , April 23 to April 25, 2001, a working medium and in particular water is guided in a working medium circuit 10 . This working medium circuit 10 includes an evaporator line 12 , in which the working medium is directly evaporated by solar thermal, a steam turbine line 14 , in which one or more turbines are driven by means of the steam in order to convert mechanical energy into electrical energy, and a preheater line 16 , via which the preheated liquid working medium can be fed back to the evaporator line 12 .
Bei dem Arbeitsmediumkreislauf 10 handelt es sich um ein Ein kreissystem, bei dem nur ein Medium, das Arbeitsmedium, zum Einsatz kommt; insbesondere wird kein Wärmeträgeröl als Zwi schenübertragungsmedium eingesetzt.The working medium circuit 10 is a one-circuit system in which only one medium, the working medium, is used; in particular, no heat transfer oil is used as inter mediate transmission medium.
Der Verdampferstrang 12 umfaßt eine Mehrzahl von in Reihe ge schalteten Solarkollektoren 18, bei denen es sich insbeson dere um Rinnenkollektoren handelt. Diese Rinnenkollektoren weisen jeweils ein Absorberrohr auf, in welchen eine direkte Dampferzeugung durch die Solarstrahlung in dem Arbeitsmedium erfolgt.The evaporator branch 12 comprises a plurality of series-connected ge solar collectors 18 , which are in particular gutter collectors. These channel collectors each have an absorber tube, in which direct steam is generated by the solar radiation in the working medium.
Im Verdampferstrang 12 wird dabei über einen Verdampfer strang-Eintritt 20 des Arbeitsmediumkreislaufes 10 das im wesentlichen flüssige Arbeitsmedium zugeführt und durchläuft eine erste Reihe 22 von hintereinandergeschalteten Solarkol lektoren 18, welche einen Verdampfer bilden. Ein Ausgang 24 dieser ersten Reihe 22 von Solarkollektoren 18 ist an einen Eingang 26 eines Abscheiders 28 gekoppelt, bei dem es sich beispielsweise um eine Abscheidertrommel handelt. Durch Ver dampfung des Arbeitsmediums in der ersten Reihe 22 und Bil dung von gesättigtem Dampf wird dem Abscheider 28 ein Flüs sigkeits-Dampf-Gemisch zugeführt und der Abscheider 28 trennt dieses Gemisch in die Flüssigphase und die Dampfphase.In the evaporator line 12 , the essentially liquid working medium is fed via an evaporator line inlet 20 of the working medium circuit 10 and passes through a first row 22 of series-connected solar collectors 18 , which form an evaporator. An output 24 of this first row 22 of solar collectors 18 is coupled to an input 26 of a separator 28 , which is, for example, a separator drum. By evaporation of the working medium in the first row 22 and formation of saturated steam, the separator 28 is supplied with a liquid-vapor mixture and the separator 28 separates this mixture into the liquid phase and the vapor phase.
Ein erster Ausgang 30 des Abscheiders 28 für dampfförmiges Arbeitsmedium ist an einen Eingang 32 einer zweiten Reihe 34 von Solarkollektoren 18 gekoppelt, welche einen Überhitzer bildet.A first outlet 30 of the separator 28 for vaporous working medium is coupled to an inlet 32 of a second row 34 of solar collectors 18 , which forms a superheater.
Ein zweiter Ausgang 36 des Abscheiders 28 ist an eine Leitung 38 gekoppelt, über die abgeschiedenes flüssiges Arbeitsmedium in den Arbeitsmediumkreislauf 10 an einem Einspeispunkt 40 einspeisbar ist, welcher zwischen dem Vorwärmerstrang 16 und dem Verdampferstrang 12 und insbesondere vor dem Eingang 20 der ersten Reihe 22 von Solarkollektoren 18 liegt. In der Leitung 38 ist eine Pumpe 42 zur Beförderung des flüssigen Arbeitsmedium geschaltet. A second outlet 36 of the separator 28 is coupled to a line 38 , via which separated liquid working medium can be fed into the working medium circuit 10 at an entry point 40 which is between the preheater section 16 and the evaporator section 12 and in particular in front of the inlet 20 of the first row 22 of Solar panels 18 is located. A pump 42 for conveying the liquid working medium is connected in line 38 .
Dem Verdampferstrang 12 mit seinem durch die erste Reihe 22 von Solarkollektoren 18 gebildeten Verdampfer wird mehr Ar beitsmedium zugeführt, als innerhalb des Verdampfers 22 ver dampft werden kann. Der von dem Abscheider 28 abgeschiedene Dampf 28 wird der zweiten Reihe 34 von Solarkollektoren 18 zugeführt, wobei diese zweite Reihe 34 dann als Überhitzer wirkt, in der der gesättigte Dampf überhitzt wird. Das über den Abscheider 28 und die Pumpe 42 wieder dem Arbeitsmedium kreislauf 10 zugeführte flüssige Arbeitsmedium vermischt sich nach der Einspeisung mit frischem Arbeitsmedium aus dem Vor wärmerstrang 16 und tritt dann wieder in den Verdampferstrang 12 ein. Dies wird auch als Rezirkulationskonzept bezeichnet und die Pumpe 42 wird als Rezirkulationspumpe bezeichnet.The evaporator line 12 with its evaporator formed by the first row 22 of solar collectors 18 is more Ar beitsmedium supplied than can be evaporated ver ver within the evaporator 22 . The separated from the separator 28 vapor 28 is supplied to the second series 34 of solar collectors 18, this second row 34 then acts as a superheater in which the saturated steam is superheated. The liquid working medium supplied again via the separator 28 and the pump 42 to the working medium circuit 10 mixes after the feed with fresh working medium from the pre-heating section 16 and then re-enters the evaporator section 12 . This is also referred to as a recirculation concept and the pump 42 is referred to as a recirculation pump.
Die Masseströme, welcher dem Verdampfer 22 zugeführt wird und welcher dem Überhitzer 34 zugeführt wird, stehen dabei bei spielsweise in einem Verhältnis 4 : 1, d. h. der dem Verdampfer strang 12 zugeführte Massestrom ist ca. 4-fach höher als der Massestrom, welcher am Ausgang 46 austritt.The mass flows which are supplied to the evaporator 22 and which are supplied to the superheater 34 are in a 4: 1 ratio, for example, ie the mass flow supplied to the evaporator 12 is approximately 4 times higher than the mass flow which is at the outlet 46 exits.
Der in dem Überhitzer 34 überhitzte Dampf wird dem Dampftur binenstrang 14 zugeführt. Beispielsweise weist dieser eine Hochdruckturbine 44 auf, welcher der Dampf zur Entspannung von einem Ausgang 46 des Überhitzers 34 über eine Leitung 48 zugeführt wird. Von der Hochdruckturbine 44 wird entspannter Dampf, welcher mechanische Energie an die Hochdruckturbine 44 abgegeben hat, zu einer Niederdruckturbine 50 geführt, bei der eine weitere Entspannung erfolgt. Die beiden Turbinen 44 und 50 sind dadurch bezüglich der Dampfströmung hintereinan dergeschaltet. Sie weisen unterschiedliche Arbeitspunkte auf, d. h. die Hochdruckturbine 44 ist optimiert auf eine Dampfent spannung bei hohen Drücken, während die Niederdruckturbine 50 auf eine Dampfentspannung bei niedrigeren Drücken optimiert ist. Dadurch läßt sich ein hoher Wirkungsgrad bei der Umwand lung der thermischen Energie in Dampf in mechanische Energie/ elektrische Energie an den Turbinen 44 und 50 erreichen.The superheated steam in the superheater 34 is fed to the steam tower line 14 . For example, it has a high-pressure turbine 44 , to which the steam is supplied for expansion from an outlet 46 of the superheater 34 via a line 48 . From the high-pressure turbine 44 , expanded steam, which has released mechanical energy to the high-pressure turbine 44 , is led to a low-pressure turbine 50 , in which further expansion takes place. The two turbines 44 and 50 are thereby connected in series with respect to the steam flow. They have different operating points, ie the high-pressure turbine 44 is optimized for a steam release at high pressures, while the low-pressure turbine 50 is optimized for steam release at lower pressures. This allows a high degree of efficiency in the conversion of thermal energy into steam into mechanical energy / electrical energy at the turbines 44 and 50 .
Der entspannte Dampf von der Hochdruckturbine 44 wird der Niederdruckturbine 50 über einen Wärmetauscher 52 zugeführt. In der Leitung 48 ist dabei eine Abzweigung 54 angeordnet, über welche ein Teilstrom des Dampfes aus dem Überhitzer 34 dem Wärmetauscher 52 zuführbar ist, um eine Zwischenerwärmung des von der Hochdruckturbine 44 durch den Wärmetauscher 52 zu der Niederdruckturbine 50 geführten Dampfes durchzuführen und so dessen thermischen Energieinhalt zu erhöhen. Der Wärmetau scher 52 wirkt damit als Zwischenüberhitzer für die Nieder druckturbine 50.The expanded steam from the high-pressure turbine 44 is fed to the low-pressure turbine 50 via a heat exchanger 52 . In line 48 there is a branch 54 , via which a partial flow of steam from superheater 34 can be fed to heat exchanger 52 in order to carry out intermediate heating of the steam led from high pressure turbine 44 through heat exchanger 52 to low pressure turbine 50 and thus its thermal Increase energy content. The Wärmetau shear 52 thus acts as a reheater for the low pressure turbine 50th
Der über die Abzweigung 54 dem Wärmetauscher 52 zugeführte Zwischenüberhitzerdampf, welcher in dem Wärmetauscher 52 innere Energie verloren hat und kondensiert ist, wird als Flüssigkeit über eine Leitung 56 dem Arbeitsmediumkreislauf 10 über einen Einspeispunkt 58 zugeführt, welcher zwischen dem Vorwärmerstrang 16 und dem Verdampferstrang 12 angeordnet ist. In der Leitung 56 ist eine Pumpe 60 zur Beförderung des Zwischenüberhitzer-Arbeitsmediums vorgesehen.The intermediate superheater steam supplied to the heat exchanger 52 via the branch 54 , which has lost internal energy in the heat exchanger 52 and is condensed, is fed as liquid via a line 56 to the working medium circuit 10 via a feed point 58 , which is arranged between the preheater line 16 and the evaporator line 12 is. A pump 60 is provided in line 56 for conveying the reheater working medium.
Über eine Leitung 62 wird von der Hochdruckturbine 44 flüs sigkeitsreiches Arbeitsmedium in einen Zwischenspeicher 64 für flüssiges Arbeitsmedium des Vorwärmerstrangs 16 geführt. Via a line 62 , the high-pressure turbine 44 leads fluid-rich working medium into an intermediate storage 64 for liquid working medium of the preheater line 16 .
Über eine Leitung 66 wird dampfreiches Arbeitsmedium durch einen Vorwärmer 68 geführt und von dort in den Zwischenspei cher 64.Steam-rich working medium is passed through a preheater 68 via a line 66 and from there into the intermediate memory 64 .
Von der Niederdruckturbine 50 wird über eine Leitung 70 dampfreiches entspanntes Arbeitsmedium zu einem weiteren Vor wärmer 72 geführt, durchläuft diesen und dann in einen Kon densator 74 eingekoppelt. Dieser weist eine Kühlleitung 76 auf, um die Kondensation des Dampfes zu bewirken.From the low-pressure turbine 50 , steam-rich, relaxed working medium is passed through a line 70 to a further heater 72 , passes through it and then is coupled into a capacitor 74 . This has a cooling line 76 to cause the condensation of the steam.
Flüssigkeitsreiches Arbeitsmedium wird von der Niederdruck turbine 50 über eine Leitung 78 dem Kondensator 74 zugeführt und durchläuft diesen. Von dort wird das weitgehend flüssige Arbeitsmedium über eine Leitung 80 durch den Vorwärmer 72 zur Vorwärmung geführt, wobei in der Leitung 80 eine Pumpe 82 zur Beförderung des flüssigen Arbeitsmediums vorgesehen ist.Liquid-rich working medium is fed from the low-pressure turbine 50 via a line 78 to the condenser 74 and passes through it. From there, the largely liquid working medium is led via a line 80 through the preheater 72 for preheating, a pump 82 being provided in the line 80 for conveying the liquid working medium.
Von dem Vorwärmer 72 strömt das flüssige Arbeitsmedium über eine Leitung 84 in den Zwischenspeicher 64.The liquid working medium flows from the preheater 72 into the intermediate storage 64 via a line 84 .
Mittels einer Pumpe 86, welche in einer Leitung 88 angeordnet ist, welche an den Zwischenspeicher 64 gekoppelt ist, wird das Arbeitsmedium von dem Zwischenspeicher durch den Vorwär mer 68 geführt und dort weiter vorgewärmt und dann über eine Leitung 90 dem Verdampferstrang 12 zugeführt.By means of a pump 86 , which is arranged in a line 88 , which is coupled to the intermediate storage 64 , the working medium is guided from the intermediate storage through the preheater 68 and preheated there and then fed via a line 90 to the evaporator branch 12 .
In der Leitung 90 ist eine Abzweigung 92 angeordnet, über die sich (vorgewärmtes) flüssiges Arbeitsmedium abzweigen läßt und in den Überhitzer 34 einkoppeln läßt. Dazu ist ein als Ganzes mit 94 bezeichneter Injektionsstrang vorgesehen, welcher eine Leitung 96 umfaßt, die an die Abzweigung 92 gekoppelt ist und in den Überhitzer 34 führt und dort bei spielsweise zwischen zwei Solarkollektoren 18 in einen Ein speispunkt 98 mündet. Es kann dabei vorgesehen sein, daß in der Leitung 96 eine Drossel 100 angeordnet ist.A branch 92 is arranged in line 90 , via which (preheated) liquid working medium can be branched off and can be coupled into superheater 34 . For this purpose, an injection line designated as a whole with 94 is provided, which comprises a line 96 , which is coupled to the branch 92 and leads into the superheater 34 and there, for example, opens into a feed point 98 between two solar collectors 18 . It can be provided that a throttle 100 is arranged in line 96 .
Bei einem Druck von 100 bar ist bei Wasser als Arbeitsmedium die Sättigungstemperatur, d. h. die Temperatur zur Herstellung von gesättigtem Dampf, ca. 311°C.At a pressure of 100 bar, water is the working medium the saturation temperature, d. H. the temperature for manufacture of saturated steam, approx. 311 ° C.
Durch die Vorwärmung im Vorwärmerstrang 16 lassen sich Tempe raturen im Arbeitsmedium (mit Wasser als Arbeitsmedium) er reichen, welche ca. 50 bis 60 K unterhalb der Sättigungstem peratur liegen.By preheating in the preheater line 16 , temperatures in the working medium (with water as the working medium) can be reached, which are approximately 50 to 60 K below the saturation temperature.
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerks werden gleiche Komponenten wie in Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Im Unter schied zu dem solarthermischen Kraftwerk gemäß Fig. 1 ist der zweite Ausgang 36 des Abscheiders 28 mit einer Leitung 102 verbunden, welche zu einem Vorwärmer 104 im Vorwärmer strang 16 führt. Dadurch wird in dem Verdampfer 22 erhitztes flüssiges Arbeitsmedium von dem Abscheider 28 diesem Vorwär mer 104 zugeführt. Eine Ausgangsleitung 106 dieses Vorwärmers 104 mündet dabei in die Leitung 66, welche eine Eingangslei tung für den Vorwärmer 66 darstellt.In a first exemplary embodiment of a solar thermal power plant according to the invention, the same components as in FIG. 1 are designated by the same reference symbols. In difference to the solar thermal power plant according to FIG. 1, the second output 36 of the separator 28 is connected to a line 102 , which leads to a preheater 104 in the preheater 16 . As a result, heated liquid working medium is supplied from the separator 28 to this preheater 104 in the evaporator 22 . An output line 106 of this preheater 104 opens into the line 66 , which represents an input line for the preheater 66 .
Das flüssige Arbeitsmedium von den Turbinen 44 und 50 kommend durchläuft dann neben dem Vorwärmer 72 und dem Vorwärmer 68 auch den Vorwärmer 104, welcher dem Vorwärmer 68 in dem Arbeitsmediumkreislauf 10 nachgeschaltet ist, d. h. ein Aus gang 108 des Vorwärmers 68 in dem Arbeitsmediumkreislauf 10 ist an einen Eingang 110 des Vorwärmers 104 gekoppelt und ein Ausgang 112 des Vorwärmers 104 ist an den Verdampferstrang 12 gekoppelt.The liquid working medium coming from the turbines 44 and 50 then passes through the preheater 72 and the preheater 68 and the preheater 104 , which is connected downstream of the preheater 68 in the working medium circuit 10 , ie an output 108 of the preheater 68 in the working medium circuit 10 is on an input 110 of the preheater 104 is coupled and an output 112 of the preheater 104 is coupled to the evaporator branch 12 .
In dem Verdampferstrang 12 strömt das Arbeitsmedium üblicher weise mit einem Druck, welcher in einem erwünschten Betriebs bereich in der Größenordnung von 100 bar liegt, während der Druck des Arbeitsmediums in dem Vorwärmerstrang in der Vor wärmerströmung in der Größenordnung von ca. 5 bis 15 bar und insbesondere im Bereich zwischen ca. 7 bis 10 bar liegt. Die Vorwärmerströmung ist dabei nicht direkt gekoppelt an die Be förderung des Arbeitsmediums im Arbeitsmediumkreislauf 10. Durch die Einkopplung des beim Abscheider 28 abgeschiedenen flüssigen Arbeitsmediums in den Vorwärmerstrang 16 auf nie drigerem Druckniveau als bei der Auskopplung anstatt in den Verdampferstrang 12 (vgl. Fig. 1), kann daher auf die Pumpe 42 verzichtet werden. In der Praxis hat sich die Pumpe 42, welche bei sehr hohen Drücken von ca. 100 bar betrieben wer den muß und auch bei hohen Temperaturen in der Größenordnung von 300°C, als sehr störanfällig erwiesen. Erfindungsgemäß läßt sich auf diese Pumpe verzichten, so daß eine Erhöhung der Standzeit eines solarthermischen Kraftwerks erreichbar ist.In the evaporator line 12 , the working medium usually flows with a pressure which is in a desired operating range in the order of 100 bar, while the pressure of the working medium in the preheater line in the pre-heater flow in the order of approximately 5 to 15 bar and is in particular in the range between about 7 to 10 bar. The preheater flow is not directly coupled to the promotion of the working medium in the working medium circuit 10 . By pumping the liquid working medium separated by the separator 28 into the preheater line 16 at a pressure level that is never lower than when coupling it out instead of into the evaporator line 12 (see FIG. 1), the pump 42 can therefore be dispensed with. In practice, the pump 42 , which must be operated at very high pressures of approximately 100 bar and has proven to be very susceptible to faults even at high temperatures of the order of 300 ° C. According to the invention, this pump can be dispensed with, so that an increase in the service life of a solar thermal power plant can be achieved.
Um den Wirkungsgrad des solarthermischen Kraftwerks so hoch wie möglich zu halten, ist dabei eine möglichst geringe Rezirkulationsrate anstrebenswert. Bei einer Vergrößerung des Kollektorfelds im Verdampferstrang 18 kann eine eventuelle Verringerung des Gesamtwirkungsgrades, welche abhängig ist von der Rezirkulationsrate, kompensiert werden. In order to keep the efficiency of the solar thermal power plant as high as possible, the lowest possible recirculation rate is desirable. If the collector field in the evaporator branch 18 is enlarged, a possible reduction in the overall efficiency, which is dependent on the recirculation rate, can be compensated for.
Bei einer Variante der Ausführungsform gemäß Fig. 2, welche in Fig. 3 schematisch gezeigt ist, führt eine Leitung 114 von dem Ausgang 36 des Abscheiders 28 in den Zwischenspeicher 64. Dieser liegt ebenfalls auf dem niedrigen Druckniveau, beispielsweise in der Größenordnung von 5 bis 15 bar und somit läßt sich am Abscheider 28 abgeschiedenes flüssiges Arbeitsmedium ohne Zuhilfenahme einer Pumpe in den Arbeitsmediumkreislauf 10 zurückführen.In a variant of the embodiment according to FIG. 2, which is shown schematically in FIG. 3, a line 114 leads from the output 36 of the separator 28 into the buffer store 64 . This is also at the low pressure level, for example in the order of 5 to 15 bar, and thus liquid working medium separated at the separator 28 can be returned to the working medium circuit 10 without the aid of a pump.
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel, welches in Fig. 4 gezeigt ist, werden gleiche Komponenten wie bei dem solarthermischen Kraftwerk gemäß Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In a second exemplary embodiment, which is shown in FIG. 4, the same components as in the solar thermal power plant according to FIG. 1 are provided with the same reference symbols.
Bei diesem Ausführungsbeispiel führt von einem flüssigkeitsseitigen Ausgang 116 des Wärmetauschers 52 eine Leitung 118 für kondensierten Zwischenüber hitzerdampf zu einem Vorwärmer 120 im Vorwärmerstrang 16. Über einen Ausgang 122 führt eine Leitung 124 von diesem Vorwärmer 120 in die Leitung 66, welche an die Hochdruckturbine 44 gekoppelt ist.In this exemplary embodiment, a line 118 for condensed intermediate superheated steam leads from a liquid-side outlet 116 of the heat exchanger 52 to a preheater 120 in the preheater line 16 . Via an outlet 122 , a line 124 leads from this preheater 120 into line 66 , which is coupled to the high-pressure turbine 44 .
Das Arbeitsmedium von dem Zwischenspeicher 64, welches den Vorwärmer 68 durchläuft, durchläuft dann ebenfalls den dem Vorwärmer 68 nachgeschalteten Vorwärmer 120, dessen Eingang 125 im Arbeitsmediumkreislauf 10 an einen Ausgang des Vorwärmers 68 gekoppelt ist und dessen Ausgang 127 für Arbeits medium an den Verdampferstrang 10 gekoppelt ist.The working fluid from the latch 64, which passes through the preheater 68, then passes through also the pre-heater 68 downstream of the preheater 120, the input 125 is coupled to an output of the preheater 68 in the working medium circuit 10 and whose output 127 coupled for working medium to the evaporator train 10 is.
Durch die Führung von kondensiertem Zwischenüberhitzerdampf von dem Wärmetauscher 52 in dem Vorwärmerstrang 16 läßt sich auf die Pumpe 60 gemäß Fig. 1 verzichten, da der Vorwärmer strang im Bereich der Einkopplung in den Vorwärmer 120 auf einem niedrigeren Druckniveau liegt als der Ausgang 116 des Wärmetauschers 52.By guiding condensed reheater steam from the heat exchanger 52 in the preheater line 16 , the pump 60 according to FIG. 1 can be dispensed with, since the preheater line in the area of the coupling into the preheater 120 is at a lower pressure level than the outlet 116 of the heat exchanger 52 ,
Es kann auch vorgesehen sein, daß die Leitung 118 in den Zwi schenspeicher 64 mündet.It can also be provided that the line 118 opens into the intermediate storage 64 .
Insbesondere kann es vorgesehen sein, daß die Lösungen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und dem zweiten Ausführungs beispiel kombiniert werden, d. h. daß flüssiges Arbeitsmedium von dem Abscheider 28 in den Vorwärmerstrang 16 eingekoppelt wird und von dem Wärmetauscher 52 ebenfalls in den Vorwärmer strang 16 eingekoppelt wird.In particular, it can be provided that the solutions according to the first embodiment and the second embodiment are combined, that is to say that liquid working medium is coupled from the separator 28 into the preheater line 16 and from the heat exchanger 52 is also coupled into the preheater line 16 .
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerks, welches in Fig. 5 gezeigt ist, werden für gleiche Komponenten wie in Fig. 1 gleiche Bezugs zeichen verwendet.In a third embodiment of a solar thermal power plant according to the invention, which is shown in Fig. 5, the same reference characters are used for the same components as in Fig. 1.
Der Ausgang 36 des Abscheiders 28 ist dabei an einen Eingang 126 einer Abzweigung 128 gekoppelt. Ein erster Ausgang 130 dieser Abzweigung 128 ist über eine Leitung 132 an einen Ein gang des Verdampferstrangs 12 gekoppelt, wobei in der Leitung 132 eine Pumpe 134 zur Rezirkulation des flüssigen Arbeits mediums vorgesehen ist.The output 36 of the separator 28 is coupled to an input 126 of a branch 128 . A first output 130 of this branch 128 is coupled via a line 132 to an input of the evaporator line 12 , a pump 134 being provided in line 132 for recirculating the liquid working medium.
Von einem zweiten Ausgang 135 der Abzweigung 128 führt eine Leitung 136 in den Überhitzer 34, beispielsweise in eine Ver bindungsleitung 138 zwischen zwei Solarkollektoren 18. A line 136 leads from a second output 135 of the branch 128 into the superheater 34 , for example into a connecting line 138 between two solar collectors 18 .
In der Leitung 136 ist eine Drossel 140 angeordnet, über die sich flüssiges Wasser dosiert in den Überhitzer 34 einsprit zen läßt.In line 136 , a throttle 140 is arranged, through which liquid water can be metered into the superheater 34 .
Auf diese Weise läßt sich die separate Leitung 96 für den Injektionsstrang 94 sparen, d. h. der Injektionsstrang läßt sich an den Rezirkulationsstrang koppeln. Da der Ausgang 36 des Abscheiders 28 auf einem höheren Druckniveau liegt als die Verbindungsleitung 138, wird keine Pumpe zur Einspritzung des Wassers über die Leitung 136 in den Überhitzer 34 benö tigt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Druckverlust in der Überhitzerzone des Überhitzers 34 höher ist als in der Leitung 136 zu einem Einspritzventil, welches die Verbindung zu der Verbindungsleitung 138 herstellt. Durch eine zusätz liche Drossel in dem Überhitzer 34, welche beispielsweise in der Verbindungsleitung 138 angeordnet ist (in der Zeichnung nicht gezeigt) läßt sich gegebenenfalls eine benötigte Druck differenz herstellen, um Wasser von dem Abscheider 36 in den Überhitzer 34 injizieren zu können.In this way, the separate line 96 for the injection line 94 can be saved, ie the injection line can be coupled to the recirculation line. Since the output 36 of the separator 28 is at a higher pressure level than the connecting line 138 , no pump for injecting the water via the line 136 into the superheater 34 is required. This is due to the fact that the pressure loss in the superheater zone of the superheater 34 is higher than in the line 136 to an injection valve, which establishes the connection to the connecting line 138 . By an additional union throttle in the superheater 34 , which is arranged, for example, in the connecting line 138 (not shown in the drawing), a required pressure difference can optionally be produced in order to be able to inject water from the separator 36 into the superheater 34 .
Dadurch, daß auf die Abzweigung 92 verzichtet werden kann, läßt sich auch der Massestrom, welcher in dem Arbeitsmedium kreislauf 10 zirkuliert, geringer halten.Because the branch 92 can be dispensed with, the mass flow circulating in the working medium circuit 10 can also be kept lower.
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