DE10152968C1 - Solarthermisches Kraftwerk und Verfahren zum Betreiben eines solarthermischen Kraftwerks - Google Patents

Abstract

Um ein solarthermisches Kraftwerk, umfassend mindestens einen Solarkollektorstrang mit einem Verdampferstrang und einem Überhitzerstrang, in dem flüssiges Wärmeübertragungsmedium verdampfbar und überhitzbar ist, eine Rezirkulationsleitung, mittels der flüssiges Wärmeübertragungsmedium aus dem Verdampferstrang rezirkulierbar ist, und eine Dampfturbine, welcher der erzeugte Dampf zuführbar ist, zu verbessern, daß sich ein hoher Nettowirkungsgrad ergibt, wird vorgeschlagen, daß die Rezirkulationsleitung, bezogen auf die Strömungsrichtung des Wärmeübertragungsmediums, einem Eingang des Solarkollektorstrangs nachgeschaltet in den Verdampferstrang eingekoppelt ist, so daß rezirkulierendes Wärmeübertragungsmedium nur eine Teillänge des Verdampferstrangs durchströmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein solarthermisches Kraftwerk, umfassend mindestens einen Solarkollektorstrang mit einem Verdampferstrang und einem Über­ hitzerstrang, in dem flüssiges Wärmeübertragungsmedium verdampfbar und überhitzbar ist, eine Rezirkulationsleitung, mittels der flüssiges Wärmeüber­ tragungsmedium aus dem Verdampferstrang rezirkulierbar ist, und eine Dampfturbine, welcher der erzeugte Dampf zuführbar ist.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines solar­ thermischen Kraftwerkes, welches mindestens einen Solarkollektorstrang umfaßt, in dem flüssiges Wärmeübertragungsmedium in einem Verdampfer verdampft und in einem Überhitzer überhitzt wird, wobei flüssiges Wärme­ übertragungsmedium aus einem Zwei-Phasen-Gemisch in dem Verdampfer rezirkuliert wird, und bei dem der erzeugte Dampf einer Dampfturbine zu­ geführt wird.

Ein derartiges Kraftwerk und ein derartiges Verfahren sind 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. in "Proceedings of Solar Forum 2001 Solar Energy: The Power to choose; April 21-25, 2001, Washington DC" bekannt.

Mit dem sogenannten Rezirkulationskonzept, bei dem ein Abscheider vorge­ sehen ist, welcher aus dem von dem Verdampferstrang gelieferten Zwei- Phasen-Gemisch flüssiges Wärmeübertragungsmedium und Dampf vonein­ ander trennt, wobei das flüssige Wärmeübertragungsmedium rezirkuliert wird und der Dampf dem Überhitzer zugeführt wird, läßt sich eine sichere Betriebs­ weise eines solarthermischen Kraftwerkes erreichen.

In der DE 41 26 038 A1 ist ein Gas- und Dampfturbinenkraftwerk offenbart, welches zur solaren Dampferzeugung Solarpaneele umfaßt, die von einem Wärmetransportmedium durchströmt werden, welches seine Wärme über Wärmetauscherheizflächen an Speisewasser abgibt.

Aus der DE 30 17 699 A1 ist ein Sonnenkraftwerk mit einem auf einem Turm angeordneten und über ein Spiegelfeld bestrahlten Solarerhitzer bekannt, der in einen eine Dampfturbine enthaltenden Wasser-Dampfkreislauf eingeschaltet ist, wobei vor den Solarerhitzer ein Vorwärmer für das Arbeitsmittel geschaltet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solarthermisches Kraftwerk der eingangs genannten Art und ein Verfahren zum Betreiben eines solarthermi­ schen Kraftwerkes so zu verbessern, daß sich ein hoher Nettowirkungsgrad ergibt.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten solarthermischen Kraftwerk erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rezirkulationsleitung an einem An­ kopplungspunkt in den Verdampferstrang eingekoppelt ist, welcher in Strö­ mungsrichtung des Wärmeübertragungsmediums einem Eingang des Solar­ kollektorstrangs nachgeschaltet ist, so daß rezirkulierendes Wärmeüber­ tragungsmedium nur eine Teillänge des Verdampferstrangs durchströmt.

Längs eines Verdampferstrangs fällt der Druck in Strömungsrichtung des Wärmeübertragungsmediums ab. Wird dann das zu rezirkulierende Wärme­ übertragungsmedium dem Eingang des Verdampferstrangs nachgeschaltet eingekoppelt, so muß eine entsprechende Förderpumpe für das Wärmeüber­ tragungsmedium in der Rezirkulationsleitung eine geringere Druckdifferenz überwinden. Da die Leistungsaufnahme der Rezirkulationspumpe direkt proportional zu dieser Druckdifferenz ist, nimmt die Pumpe dabei weniger Leistung auf und insgesamt erhöht sich dann der Nettowirkungsgrad des solarthermischen Kraftwerks.

Es hat sich gezeigt, daß der Hauptvorteil des Rezirkulationskonzeptes darin liegt, daß der Verdampfungsendpunkt im Verdampferstrang mit geringer Schwankungsbreite festgelegt wird, das heißt dem Überhitzerstrang Dampf mit guter Volumenstromstabilität auch bei Schwankungen der solaren Einstrah­ lungsbedingungen zuführbar ist. Durch die Verkürzung der Rezirkulationslänge bleibt diese Festlegung des Verdampfungsendpunktes, das heißt Festlegung mit geringerer Schwankungsbreite, weitgehend unverändert, während sich die Leistungsaufnahme der Rezirkulationspumpe verringern läßt. Der wesentliche Vorteil des Rezirkulationskonzeptes bleibt also erhalten, während sich der Nettowirkungsgrad des solarthermischen Kraftwerkes erhöht.

Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die vom rezirkulierten flüssigen Wärme­ übertragungsmedium durchlaufene Teillänge des Verdampferstrangs höchstens 80% und vorteilhafterweise höchstens 50% dessen Gesamtlänge beträgt. Die Ankopplungsstelle der Rezirkulationsleitung an den Verdampferstrang ist damit so gegenüber dem Eingang des Verdampferstranges versetzt, daß eben nur die entsprechende Teillänge durchlaufen wird. Dadurch läßt sich das zu rezirkulierende flüssige Wärmeübertragungsmedium auf einem geringeren Druckniveau einkoppeln, so daß die Rezirkulationspumpe eben eine geringere Druckdifferenz überwinden muß.

Insbesondere ist dann die Rezirkulationsleitung an den Verdampferstrang so angekoppelt, daß flüssiges Wärmeübertragungsmedium auf einem niedrigeren Druckniveau in den Verdampferstrang einkoppelbar ist als das Druckniveau an dem Eingang des Solarkollektorstrangs, um so entsprechend die Leistungs­ aufnahme der Rezirkulationspumpe zu verringern.

Günstigerweise ist die Rezirkulationsleitung über einen Abscheider ausgangs­ seitig an den Verdampferstrang gekoppelt, um aus dem Zwei-Phasen- Gemisch, welches vom Verdampferstrang bereitgestellt wird, flüssiges Wärme­ übertragungsmedium und Dampf zu trennen. Das flüssige Wärmeüber­ tragungsmedium wird in der Rezirkulationsleitung zum Verdampferstrang geführt und der Dampf wird zum Überhitzer geführt.

Das Rezirkulationskonzept läßt sich auf einfache Weise realisieren, wenn der Solarkollektorstrang eine Mehrzahl von hintereinander angeordneten Rinnen­ kollektoren umfaßt. Durch die Rinnenkollektoren läßt sich Solarstrahlung sammeln und damit Wärmeübertragungsmedium erhitzen, welches einen Rinnenkollektor durchströmt. Durch eine Mehrzahl von Rinnenkollektoren lassen sich Solarkollektorstränge großer Länge aufbauen, bei denen das Wärmeübertragungsmedium über eine große Strecke erhitzt wird. Beispiels­ weise lassen sich Solarkollektorstränge einer Länge in der Größenordnung von 1 km realisieren.

Günstigerweise ist dabei die Rezirkulationsleitung zwischen zwei benachbarten Rinnenkollektoren an den Verdampferstrang gekoppelt, so daß die Einkopplung nicht direkt in einem Rinnenkollektor stattfindet und damit der konstruktive Aufwand zu der Herstellung eines Rinnenkollektors nicht erhöht wird.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Rezirkulationsleitung eingangsseitig in einem Abstand zu einem Eingang der bezogen auf die Strömungsrichtung des Wärmeübertragungsmediums ersten Rinnenkollektors an den Verdampfer­ strang gekoppelt ist. Dadurch wird er erste Rinnenkollektor bzw. weitere dem ersten Rinnenkollektor nachgeschaltete Rinnenkollektoren bezüglich der Re­ zirkulation übersprungen, so daß das rezirkulierte Wärmeübertragungsmedium nur eine Teillänge des Verdampferstrangs durchläuft.

Insbesondere ist zur Förderung des zu rezirkulierenden flüssigen Wärme­ übertragungsmediums in der Rezirkulationsleitung eine Rezirkulationspumpe vorgesehen.

Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner durch ein gattungsgemäßes Ver­ fahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das zu rezirkulierende flüssige Wärmeübertragungsmedium in den Verdampfer an einer Stelle eingekoppelt wird, welche auf einem niedrigeren Druckniveau liegt als ein Verdampferein­ gang, wobei das zu rezirkulierende Wärmeübertragungsmedium so einge­ koppelt wird, daß es nur eine Teillänge des Verdampfers durchläuft.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerk geschilderten Vorteile auf.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen wurden ebenfalls bereits im Zusammen­ hang mit dem erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerk erläutert.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zu­ sammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Blockschaltbilddarstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten solarthermischen Kraftwerks;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Solar­ kollektorstrangs mit einer Rezirkulationsleitung;

Fig. 3 den Druckverlauf längs des Solarkollektorstrangs gemäß Fig. 2 bei verschiedenen Rezirkulationslängen und

Fig. 4 den Nettowirkungsgrad eines solarthermischen Kraftwerks in Ab­ hängigkeit von der Rezirkulationsrate bei unterschiedlichen Rezir­ kulationslängen.

Ein solarthermisches Kraftwerk, welches in Fig. 1 als Ganzes mit 10 bezeich­ net ist, umfaßt ein Solarkollektorfeld 12 und einen Generatorblock 14 mit einer Dampfturbine 16, mittels der durch Dampfentspannung mechanische Energie in elektrische Energie umwandelbar ist. Der hierzu benötigte Dampf wird von dem Solarkollektorfeld 12 bereitgestellt.

Das Solarkollektorfeld 12 umfaßt mindestens einen Solarkollektorstrang 18 und insbesondere eine Mehrzahl von solchen Solarkollektorsträngen, die parallel zueinander geschaltet sind. Dies ist in Fig. 1 durch einen weiteren Solarkollektorstrang 20 angedeutet.

Durch eine Versorgungsleitung 22 wird dem Solarkollektorfeld 12 flüssiges Wärmeübertragungsmedium, insbesondere Wasser, zugeführt. Für die ent­ sprechenden Solarkollektorstränge 18, 20 sind dazu jeweilige Abzweigungen 24 vorgesehen, deren erster Ausgang 26 an einen jeweiligen Eingang 28 eines Solarkollektorstrangs 18 gekoppelt ist, und deren zweiter Ausgang 30 an einen Eingang des benachbarten Solarkollektorstrangs (in Fig. 1 der Solarkollektor­ strang 20) bzw. einen Eingang der dem benachbarten Solarkollektorstrang zugeordneten Abzweigung gekoppelt ist.

Der Solarkollektorstrang 18 umfaßt als Verdampfer einen Verdampferstrang 32 und als Überhitzer einen Überhitzerstrang 34. In dem Verdampferstrang 32 wird das flüssige Wärmeübertragungsmedium mindestens teilweise verdampft, wobei an einem Ausgang 36 des Verdampferstrangs 32 insbesondere ein Zwei-Phasen-Gemisch aus flüssigem und dampfförmigem Wärmeüber­ tragungsmedium vorliegt. In dem Überhitzerstrang 34 wird der Dampf weiter überhitzt.

Der Verdampferstrang 32 und der Überhitzerstrang 34 sind jeweils durch eine Mehrzahl von hintereinander geschalteten Rinnenkollektoren 36 gebildet, die von dem Wärmeübertragungsmedium durchströmt werden. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel umfaßt der Verdampferstrang 32 sechs hinter­ einander geschaltete Rinnenkollektoren und der Überhitzerstrang 34 zwei in Reihe geschaltete Rinnenkollektoren.

Ein Ausgang 38 des Überhitzerstrangs 34 ist an einen ersten Eingang einer Zusammenführung 42 gekoppelt. Ein entsprechender Ausgang eines benachbarten Solarkollektorstrangs (in Fig. 1 der Solarkollektorstrang 20) ist an den zweiten Eingang 44 dieser Zusammenführung 42 gekoppelt bzw. die einem benachbarten Solarkollektorstrang zugeordnete Zusammenführung ist über ihren Ausgang an den zweiten Eingang 44 der Zusammenführung 42 gekoppelt.

Ein Ausgang 46 der Zusammenführung 42 ist an eine Sammelleitung 48 gekoppelt, über die überhitzter Dampf der Dampfturbine 16 zugeführt wird.

In dem Generatorblock 14 wird nach der Dampfentspannung in einer als Ganzes mit 50 bezeichneten Anordnung kondensiertes flüssiges Wärme­ übertragungsmedium zur Schließung des Wärmeübertragungsmedium-Kreis­ laufs in die Versorgungsleitung 22 eingekoppelt. Es können dabei auch eine oder mehrere Abscheidungseinrichtungen und Wärmeübertragereinrichtungen vorgesehen sein. Eine solche Anordnung 50 ist in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung Nr. 101 28 562.0-13 vom 13. Juni 2001 beschrie­ ben, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.

Zwischen dem Verdampferstrang 32 und dem Überhitzerstrang 34 ist ein Abscheider 52 angeordnet, mittels dem sich das Zwei-Phasen-Gemisch, welches von dem Verdampferstrang 32 an einem Ausgang 54 bereitgestellt wird, in die flüssige Phase und die Dampfphase trennen läßt. Die Dampfphase wird dem Überhitzerstrang 34 über eine Dampfleitung 56 zugeführt.

Das aus dem Zwei-Phasen-Gemisch gewonnene flüssige Wärmeübertragungs­ medium wird über eine Rezirkulationsleitung 58 in die Versorgungsleitung 22 zurückgeführt. Dazu ist in der Rezirkulationsleitung 58 dem Solarkollektor­ strang 18 zugeordnet eine Zusammenführung 60 vorgesehen, deren erster Eingang an einen Ausgang für flüssiges Wärmeübertragungsmedium des Abscheiders 52 gekoppelt ist. Ihr zweiter Eingang ist an den entsprechenden Ausgang des Abscheiders des benachbarten Solarkollektorstrangs (in Fig. 1 Solarkollektorstrang 20) gekoppelt bzw. an den entsprechenden Ausgang einer dem benachbarten Solarkollektorstrang zugeordneten Zusammenführung.

Zur Förderung des flüssigen Wärmeübertragungsmediums in der Rezirkula­ tionsleitung 58 ist eine Rezirkulationspumpe 62 vorgesehen, wobei das zu rezirkulierende Wärmeübertragungsmedium über eine Zusammenführung 64 in die Versorgungsleitung 22 eingekoppelt wird. Ein weiterer Eingang dieser Zusammenführung 64 ist mit der Anordnung 50 verbunden. Ein Ausgang dieser Zusammenführung 64 ist an einen Eingang der Abzweigung 24 gekop­ pelt. Damit wird das über den Abscheider 52 abgeschiedene flüssige Wärme­ übertragungsmedium zur Rezirkulation wiederum den entsprechenden Ein­ gängen der Solarkollektorstränge 18, 20 zugeführt. Das rezirkulierte Wärme­ übertragungsmedium durchströmt also den Verdampferstrang 32 des jeweiligen Solarkollektorstrangs 18 über die gesamte Länge diese Verdampfer­ strangs 32.

Damit die Dampfturbine 16 einen optimalen Wirkungsgrad aufweist, muß Dampf einer bestimmten Temperatur und mit einem bestimmten Druck zugeführt werden. Wird die Länge des Überhitzerstrangs 34 festgelegt, dann muß entsprechend die Länge des Verdampferstrangs 32 so gewählt werden, daß sich der notwendige Dampfstrom bilden kann. Bei einer Überhitzerstrang­ länge von 200 m beispielsweise ergibt eine Verdampferstranglänge von 800 m bei einem Betriebsdruck von 100 bar eine Eingangstemperatur von ca. 250°C für den Überhitzerstrang 34. Bei einem Betriebsdruck von 100 bar ist die Differenz zwischen dieser Einlaßtemperatur von 250°C und der Sättigungs­ temperatur von Wasser-Dampf ungefähr 60 K.

Erfindungsgemäß ist nun eine Rezirkulationsleitung 66 vorgesehen, welche, wie in Fig. 2 gezeigt, nicht an einen Eingang 68 des Solarkollektorstrangs 18 gekoppelt ist, sondern an einem in Strömungsrichtung des Wärmeüber­ tragungsmedium nachgeschalteten Ankopplungspunkt im Verdampferstrang.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel umfaßt ein Verdampfer­ strang 70 des Solarkollektorstrangs 18 acht hintereinander angeordnete Rinnenkollektoren 72 (Rinnenkollektoren 72.1 bis 72.8) und ein entsprechen­ der Überhitzerstrang 74 zwei hintereinander geschaltete Rinnenkollektoren. Wie bereits im Zusammenhang mit dem solarthermischen Kraftwerk gemäß Fig. 1 beschrieben, ist zwischen dem Verdampferstrang 70 und dem Über­ hitzerstrang 74 ein Abscheider 76 beispielsweise als Abscheidetrommel angeordnet, um aus dem von dem Verdampferstrang 70 gelieferten Zwei- Phasen-Gemisch an Wärmeübertragungsmedium Dampf zur Zuführung zum Überhitzerstrang 74 und flüssiges Wärmeübertragungsmedium zur Rezirkula­ tion über die Rezirkulationsleitung 66 abtrennen zu können. Über eine Rezirkulationspumpe 78 wird das in dem Abscheider 76 abgetrennte Wärme­ übertragungsmedium auf der Rezirkulationsleitung 66 befördert.

Ansonsten ist das entsprechende solarthermische Kraftwerk gleich aufgebaut wie in Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben.

Die Ankopplung der Rezirkulationsleitung 66 an den Eingang 68 des Ver­ dampferstrangs 70 (in Fig. 2 ist die entsprechende Rezirkulationsleitung mit durchgezogener Linie gezeichnet), entspricht dem in Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Stand der Technik. Ein entsprechender Anschlußpunkt liegt dabei auf dem gleichen Druckniveau wie der Eingang 68.

Dadurch, daß erfindungsgemäß der Anschlußpunkt der Rezirkulationsleitung 66 bezogen auf die Strömungsrichtung des Wärmeübertragungsmediums dem Eingang 68 nachgeschaltet ist, liegt der entsprechende Anschlußpunkt auf einem niedrigeren Druckniveau. Die Rezirkulationspumpe 78 muß dann zur Einkopplung des flüssigen Wärmeübertragungsmediums in den Verdampfer­ strang 70 eine geringere Druckdifferenz überwinden, das heißt sie läßt sich mit geringerer Leistung betreiben. Durch die nur teilweise Rezirkulation, das heißt nicht über die gesamte Länge des Verdampferstranges 70, wird damit der Eigenbedarf der Rezirkulationspumpe 78 gesenkt und der Nettowirkungsgrad des solarthermischen Kraftwerkes erhöht sich.

Durch die Rezirkulation von flüssigem Wärmeübertragungsmedium von einem Ausgang des Verdampferstrangs 70 zurück in den Verdampferstrang 70 läßt sich ein Verdampfungsendpunkt und somit der Dampfstrom festlegen, welcher von dem Verdampferstrang 70 dem Überhitzerstrang 74 zugeführt wird. Da­ durch wiederum wird der Verdampfungsendpunkt über die Rezirkulation von flüssigem Wärmeübertragungsmedium festgelegt. Schwankungen der solaren Einstrahlungsbedingungen haben dann keinen Einfluß mehr auf den Ver­ dampfungsendpunkt.

Es wurde früher vor allem angenommen, daß die Rezirkulation von flüssigem Wärmeübertragungsmedium vorteilhaft ist, um eine gute Kühlung des Wärme­ übertragungsmediums zu erreichen; es hat sich aber gezeigt, daß die Fest­ legung des Verdampfungsendpunktes eine weitaus größere Wichtigkeit auf­ weist.

Durch die erfindungsgemäße nur teilweise Rezirkulation wird die Festlegung des Verdampfungsendpunktes gegenüber einer vollständigen Rezirkulation - nicht beeinflußt. Da die Leistungsaufnahme der Rezirkulationspumpe 78 direkt proportional zum Druckunterschied ist und dieser Druckunterschied bei einer dem Eingang 68 nachgeschalteten Einkopplung sinkt, läßt sich der Energie­ eigenbedarf der Rezirkulationspumpe 78 senken, wobei wie erwähnt dies im wesentlichen keinen Einfluß auf die Festlegung des Verdampfungsendpunktes hat. Die dabei eventuell verringerte Kühlung des Wärmeübertragungsmediums hat im wesentlichen keinen Einfluß auf den Wirkungsgrad des solarthermischen Kraftwerks.

Es kann beispielsweise vorgesehen sein, daß, wie in Fig. 2 gezeigt, die Rezirkulationsleitung 66 über einen Ankopplungspunkt 80 in den Verdampfer­ strang 70 eingekoppelt wird, welcher zwischen dem zweiten Rinnenkollektor 72.2 und dem dritten Rinnenkollektor 72.3 liegt. Das flüssige Wärme­ übertragungsmedium wird dann nur über sechs Rinnenkollektoren, nämlich die Rinnenkollektoren 72.3 bis 72.8, rezirkuliert anstatt über alle acht Rinnen­ kollektoren 72.1 bis 72.8, wenn wie aus dem Stand der Technik bekannt die Rezirkulationsleitung 66 mit dem Eingang 68 des Verdampferstrangs 70 verbunden ist.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel liegt ein Ankopplungspunkt 82 der Rezirkulationsleitung 66 in den Verdampferstrang 70 zwischen dem vierten Rinnenkollektor 72.4 und dem fünften Rinnenkollektor 72.5. Der Rezirku­ lationsweg des flüssigen Wärmeübertragungsmediums im Verdampferstrang 70 umfaßt dann die vier Rinnenkollektoren 72.5 bis 72.8.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel liegt ein Ankopplungspunkt 84 zwischen dem sechsten Rinnenkollektor 72.6 und dem siebten Rinnenkollektor 72.7, so daß der Rezirkulationsweg die beiden letzten Rinnenkollektoren 72.7 und 72.8 umfaßt.

In Fig. 3 ist der zugehörige Druckverlauf über der Verdampferstranglänge gezeigt; die Zahlen 1 bis 8 geben dabei bei gleich beabstandeten Rinen­ kollektoren 72.1 bis 72.8 die Mitte zwischen den jeweiligen benachbarten Rinnenkollektoren an; das heißt der Punkt 1 entspricht der Mitte zwischen dem Rinnenkollektor 72.1 und dem Rinnenkollektor 72.2.

Der Kurvenverlauf 86 in durchgezogenen Linien zeigt den Druckverlauf für den Ankopplungspunkt 68, das heißt den Stand der Technik. Wie man sieht, fällt der Druck über die Länge des Verdampferstrangs 70 ab, wobei insbesondere nach dem 4. Rinnenkollektor 72.4 der Druck stärker abfällt.

Der Kurvenverlauf 88 in durchbrochenen Linien mit Strichen unterschiedlicher Länge entspricht dem Ankopplungspunkt 80. Der Druck an diesem An­ kopplungspunkt 80 ist dabei geringer als der Druck an dem Ankopplungspunkt 68, das heißt die Rezirkulationspumpe 78 muß nur noch die Druckdifferenz zwischen einem Ausgang 90 des Verdampferstrangs 70 und dem Druck am Ankopplungspunkt 80 überwinden. Diese Druckdifferenz ist geringer als die, wenn der Ankopplungspunkt 68 ist.

Ferner gezeigt ist ein Kurvenverlauf 92 entsprechend einer Rezirkulation über den Ankopplungspunkt 82 und ein weiterer Kurvenverlauf 94 bei dem An­ kopplungspunkt 84.

Wie man sieht, liegt das Druckniveau bei dem jeweiligen Ankopplungspunkt, wenn die Rezirkulationsleitung 66 dem Eingang 68 nachgeschaltet ist, niedriger, als wenn das flüssige Wärmeübertragungsmedium zur Rezirkulation über den Eingang 68 eingekoppelt wird.

Die entsprechende verringerte Druckdifferenz äußert sich in einer ver­ ringerten Leistungsaufnahme der Rezirkulationspumpe, wodurch wiederum der Nettowirkungsgrad des solarthermischen Kraftwerks erhöht wird.

Diese Erhöhung des solaren Nettowirkungsgrades N in Abhängigkeit der Rezirkulationsrate R ist in dem Diagramm gemäß Fig. 4 gezeigt:
Die Kurve 96 entspricht dabei einer Rezirkulation über acht Kollektoren, die Kurve 98 einer Rezirkulation über sieben Kollektoren, die Kurve 100 einer Rezirkulation über drei Rinnenkollektoren und die Kurve 102 einer Rezirku­ lation über einen Rinnenkollektor des Verdampferstrangs 70 gemäß Fig. 2, welcher insgesamt acht Rinnenkollektoren umfaßt. Aus dem Diagramm ist ersichtlich, daß sich der Nettowirkungsgrad verschlechtert, wenn bei kon­ stanter Rezirkulationsrate die Rezirkulationslänge im Verdampferstrang 70 er­ höht wird. Je größer die Rezirkulationsrate, desto stärker ist diese Verschlechterung.

Die Rezirkulationsrate ist dabei definiert als Verhältnis des Massestroms des rezirkulierten Wärmeübertragungsmediums zum Massestrom des über die Ver­ sorgungsleitung zugeführten flüssigen Wärmeübertragungsmediums (Frischwasserstrom). In der Praxis haben sich Rezirkulationsraten um 1 als vorteilhaft erwiesen.

Das beste Ergebnis erhält man, wenn das flüssige Wärmeübertragungsmedium nur über einen Rinnenkollektor, nämlich den Rinnenkollektor 72.8, rezirkuliert wird. In diesem Falle ist der Nettowirkungsgrad sogar in erster Näherung un­ abhängig von der Rezirkulationsrate.

Erfindungsgemäß wird also durch Einkopplung des zu rezirkulierenden flüs­ sigen Wärmeübertragungsmediums in den Verdampferstrang 70 nach­ geschaltet dem Eingang 68 der Nettowirkungsgrad des solarthermischen Kraftwerkes 10 erhöht.

Claims (10)

1. Solarthermisches Kraftwerk, umfassend mindestens einen Solarkollektor­ strang (18) mit einem Verdampferstrang (70) und einem Überhitzer­ strang (74), in dem flüssiges Wärmeübertragungsmedium verdampfbar und überhitzbar ist, eine Rezirkulationsleitung (66), mittels der flüssiges Wärmeübertragungsmedium aus dem Verdampferstrang (70) rezirkulier­ bar ist, und eine Dampfturbine (16), welcher der erzeugte Dampf zu­ führbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rezirkulationsleitung (66) an einem Ankopplungspunkt (80; 82; 84) in den Verdampferstrang (70) eingekoppelt ist, welcher in Strömungsrichtung des Wärmeüber­ tragungsmediums einem Eingang (68) des Solarkollektorstrangs (18) nachgeschaltet ist, so daß rezirkulierendes Wärmeübertragungsmedium nur eine Teillänge des Verdampferstrangs (70) durchströmt.

2. Solarthermisches Kraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von rezirkulierendem flüssigem Wärmeübertragungsmedium durchströmte Teillänge des Verdampferstrangs (70) höchstens 80% dessen Gesamtlänge ist.

3. Solarthermisches Kraftwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die von rezirkulierendem flüssigem Wärmeübertragungs­ medium durchströmte Teillänge des Verdampferstrangs (70) höchstens 50% dessen Gesamtlänge ist.

4. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rezirkulationsleitung (66) an den Ver­ dampferstrang (70) so angekoppelt ist, daß flüssiges Wärme­ übertragungsmedium auf einem niedrigeren Druckniveau in den Verdampferstrang (70) einkoppelbar ist als das Druckniveau an dem Eingang (68) des Solarkollektorstrangs (18).

5. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rezirkulationsleitung (66) über einem Abscheider (76) an den Verdampferstrang (70) ausgangsseitig gekoppelt ist.

6. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Solarkollektorstrang (18) eine Mehr­ zahl von hintereinander angeordneten Rinnenkollektoren (72.1 bis 72.8) umfaßt.

7. Solarthermisches Kraftwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rezirkulationsleitung (66) zwischen zwei benachbarten Rinnen­ kollektoren an den Verdampferstrang (70) gekoppelt ist.

8. Solarthermisches Kraftwerk nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Rezirkulationsleitung (66) in einem Abstand zum Eingang (68) des bezogen auf die Strömungsrichtung des Wärmeüber­ tragungsmediums ersten Rinnenkollektors (72.1) an den Verdampfer­ strang (70) gekoppelt ist.

9. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Förderung des zu rezirkulierenden flüssigen Wärmeübertragungsmediums in der Rezirkulationsleitung (66) eine Rezirkulationspumpe (78) vorgesehen ist.

10. Verfahren zum Betreiben eines solarthermischen Kraftwerkes, welches mindestens einen Solarkollektorstrang umfaßt, in dem flüssiges Wärme­ übertragungsmedium in einem Verdampfer verdampft und in einem Überhitzer überhitzt wird, wobei flüssiges Wärmeübertragungsmedium aus einem Zwei-Phasen-Gemisch in dem Verdampfer rezirkuliert wird, und bei dem der erzeugte Dampf einer Dampfturbine zugeführt wird, da­ durch gekennzeichnet, daß das zu rezirkulierende flüssiges Wärme­ übertragungsmedium in den Verdampfer an einer Stelle eingekoppelt wird, welche auf einem niedrigeren Druckniveau liegt als ein Ver­ dampfereingang, wobei das zu rezirkulierende Wärmeübertragungs­ medium so eingekoppelt wird, daß es nur eine Teillänge des Verdampfers durchläuft.