DE10151904A1

DE10151904A1 - Verfahren zur Solarstromerzeugung

Info

Publication number: DE10151904A1
Application number: DE10151904A
Authority: DE
Inventors: Eduard Kirschmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-10-24
Filing date: 2001-10-24
Publication date: 2003-05-08

Abstract

Bekannte Verfahren zur Erzeugung von Solarstrom sind nicht in der Lage, mit fossilen Energieträgern zu konkurrieren. DOLLAR A Um Solarstrom kostengünstiger produzieren zu können, wird kostengünstige Gewinnung von Sonnenwärme mit einfachen Solarabsorbern unter den optimalen Umweltbedingungen im Sonnengürtel der Erde mit der Nutzung von kaltem Meerwasser zur Kühlung, wie sie bereits im Falle der Meereswärmekraftwerke vorgeschlagen worden ist, kombiniert. Synergieeffekte und damit weitere Kostenvorteile werden durch eine Kopplung mit dem Betrieb einer thermischen Meerwasserentsalzungsanlage erreicht. DOLLAR A Solarstromerzeugung, Meerwasserentsalzung mit Sonnenenergie.

Description

Die Erfindung betrifft die Nutzung der Sonnenenregie zur Stromgewinnung. In der Technik sind sowohl thermische Verfahren zur Solarstromerzeugung bekannt, als auch der Einsatz von Photovoltaik. Thermische Verfahren zeichnen sich in der Regel durch das Bemühen aus, Wärme möglichst hoher Temperatur zu gewinnen, um den Wirkungsgrad bei der Stromerzeugung zu erhöhen. Dies führt zum Einsatz aufwendiger, das Sonnenlicht konzentrierender Systeme bei der Wärmegewinnung und zu hohen Installationskosten, weil sehr grosse Flächen mit diesen Systemen abgedeckt werden müssen.
Ausnahmen stellen hier Konzepte zur Nutzung der Sonnenenergie mit Aufwindkraftwerken und zur Gewinnung von Strom mit Meereswärme dar.
Aufwindkraftwerke sollen trotz ausgesprochen geringer Wirkungsgrade theoretisch in der Lage sein kostengünstig Strom zu produzieren, weil die Glasüberdachung zur Erwärmung der Luft durch die Sonne sehr kostengünstig sein soll. Problematisch ist bei diesen Kraftwerkstypen, dass sie nur dann wirtschaftlich arbeiten können, wenn sie sehr gross ausgeführt werden. Meereswärmekraftwerke sollen im warmen Oberflächenwasser der Ozeane gespeicherte Sonnenenergie zur Stromerzeugung nutzen. Auch hier wird darauf abgezielt den sehr geringen Wirkungsgrad ökonomisch durch die sehr geringen Energiekosten überzukompensieren.
Allen bekannten Verfahren zur Solarstromerzeugung ist ein gravierendes Problem gemeinsam. Keines davon war bisher in der Lage Strom kostengünstig genug zu erzeugen um mit der Verstromung fossiler Energieträger konkurrieren zu können.
Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Die Erfindung kombiniert kostengünstige Gewinnung von Sonnenwärme unter den optimalen Umweltbedingungen im Sonnengürtel der Erde mit der Nutzung von kaltem Meerwasser zur Kühlung, wie sie bereits im Falle der Meereswärmekraftwerke vorgeschlagen worden ist. Geeignete Standorte für die Nutzung dieses Verfahrens sind sonnenreiche Küsten tiefer oder bereits an der Oberfläche kalter Meere. Weltweit gibt es eine Vielzahl derartiger Standorte.
Die hohen Tageslufttemperaturen in vielen Wüsten halten die Wärmeverluste einfacher, nicht isolierter Schwimmbadabsorber gering und erlauben es, damit Wärme bei 60°C mit hohem Wirkungsgrad zu gewinnen. Gemessen an der Umgebungslufttemperatur bei der Gewinnung dieser Wärme ist deren Exergiegehalt natürlich gering. Gegenüber 4°C kaltem Meerwasser ist er dagegen mit 16.8% rund doppelt so hoch, wie im Falle der Nutzung der Meereswärme und erlaubt daher die wirtschaftliche Nutzung der Sonnenenergie zur Stromerzeugung.
Isolierte Absorber mit transparenten Deckscheiben oder Abdeckfolien, also Kollektoren, erhöhen den Wirkungsgrad, aber auch die Kosten. Ob sich ihr Einsatz lohnt hängt von den Mehrkosten und Standortbedingungen ab und muss im Einzelfall entschieden werden.
Günstige Standorte für die Stromerzeugung nach Anspruch 1 sind häufig durch einen Trinkwassermangel und immer durch die Gegenwart von Meerwasser gekennzeichnet. Meerwasserentsalzung ist an solchen Standorten naheliegend und die Kopplung mit der Stromerzeugung nach Anspruch 2 fährt zu Synergieeffekten. Sie verringert die Pumpenergie, die in den Heiz- und Kühlkreisläufen beider Prozesse benötigt wird und ermöglicht die Nutzung des gleichen Wärmespeichers und der gleichen Pumpen. Ausserdem kann bei Bedarf mehr Wasser und dafür weniger Strom, oder umgekehrt, produziert werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Anspruch 2 ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Die Sonnenenergie wird im Solarabsorberfeld (1) auf das hindurchfliessende Meerwasser übertragen das über die Leitung (4) in den Warmwasserspeicher (2) gelangt. Die Nutzung eines Speichers ermöglicht eine Entkopplung der Stromproduktion vom Sonnenscheinzyklus und gibt der Stromerzeugung eine bei regenerativen Energiequellen seltene Grundlastcharakteristik. Aus dem Speicher (2) gelangt erwärmtes Meerwasser in den dreistufigen Entspannungsverdampfer (5), wird darin durch Entspannungsverdampfung gekühlt und gelangt dann über die Leitung (3) zurück in den unteren, kühleren Bereich des Warmwasserspeichers (2). Entspannungsverdampfung von Meerwasser wird seit Jahrzehnten beherrscht und in der Meerwasserentsalzung angewandt.
Der Dampf aus der ersten Stufe des Entspannungsverdampfers (5) wird nun dem geschlossenen Rankine-Prozess (6) zugeführt. Das Arbeitsmedium verdampft in diesem Prozess im Verdampfer (7), wird in der Turbine (8) bei der Stromerzeugung (14) entspannt und kondensiert im Kühler (9), der über die Leitung (10) von kaltem Meerwasser durchströmt wird.
Der vom Wasserdampf aus dem Entspannungsverdampfer (5) beheizte Verdampfer (7) kann in bewährter Technik entweder als Horizontalrohrverdampfer oder als Vertikalrohrverdampfer ausgeführt werden. Dem Rankine-Prozess die Wärme über den Entspannungsverdampfer (5) und den Verdampfer (7) zuzuführen bringt die Vorteile, dass einerseits im Verdampfer (7) kondensiertes Wasser anfällt. Damit findet neben Der Stromerzeugung auch eine einstufige Meerwasserentsalzung statt. Andererseits wird der direkte Kontakt des warmen, korrosiven Meerwassers mit grösseren Wärmetauscherflächen vermieden. Die Wärmetauscherrohre im Verdampfer (5) können infolge dessen aus relativ kostengünstigem Material gefertigt werden.
Der Dampf aus der zweiten und dritten Stufe des Entspannungsverdampfers (5) dient als Wärmezufuhr für die Mehrfach-Effekt-Verdampfungsanlagen (11) und (12), in denen weiteres Meerwasser entsalzen wird. Das Kondensat wird gemeinsam mit dem Kondensat aus dem Verdampfer (7) dem Auffangbecken (13) zur weiteren Verwendung zugeführt. Die Entsalzungsanlagen (11) und (12) werden - bei höheren Temperaturen - ebenfalls mit dem Kühlwasser gekühlt, das bereits der Kühlung des Rankine-Prozesses gedient hat.

Claims

1. Verfahren zur Solarstromerzeugung, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

- Wärmegewinnung mit Solarabsorbern oder Solarkollektoren

- Stromerzeugung mit geschlossenem Rankine-Prozess unter Verwendung von Propan oder Ammoniak oder einem anderen Arbeitsmedium mit ähnlicher Dampfdruckcharakteristik oder mit offenem Dampfturbinenprozess

- Kühlung mit kaltem Meerwasser

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Kombination mit einer thermischen Meerwasserentsalzungsanlage, die den gleichen Heizkreislauf bei niedrigeren Temperaturen nutzt und den gleichen Kühlkreislauf bei höheren Temperaturen, als der Rankine-Prozess.