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Die
Erfindung betrifft ein solarthermisches Kraftwerk, umfassend eine
Solarkollektoreinrichtung mit einer Mehrzahl von Solarkollektorsträngen, an welcher
aus flüssigem
Wärmeübertragungsmedium Wärmeübertragungsmedium-Dampf erzeugbar ist, und
eine Dampfturbineneinrichtung, wobei die Solarkollektorstränge jeweils
eine Rezirkulationseinrichtung zur Rezirkulation von flüssigem Wärmeübertragungsmedium
aufweisen.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Umwandlung von thermischer
Energie in elektrische/mechanische Energie in einem solarthermischen
Kraftwerk, bei dem in einer Mehrzahl von Solarkollektorsträngen Wärmeübertragungsmedium-Dampf
erzeugt wird, welcher einer Dampfturbineneinrichtung zugeführt wird,
wobei flüssiges
Wärmeübertragungsmedium
aus den Solarkollektorsträngen
rezirkuliert wird.
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Aus
der
DE 101 28 562
C1 ist ein solarthermisches Kraftwerk mit einem Arbeitsmediumkreislauf bekannt,
umfassend einen Verdampferstrang, welcher reine Mehrzahl von Solarkollektoren
aufweist, mittels denen in dem Arbeitsmedium Dampf erzeugbar ist,
einen Dampfturbinenstrang, an welchen der Verdampferstrang zur Bereitstellung
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 Arbeitssmediums
trennbar ist. Das Arbeitsmedium ist von dem Verdampferstrang und/oder
dem Dampfturbinenstrang in den Vorwärmerstrang geführt, wobei die
Einleitung in den Vorwärmerstrang
auf einem niedrigeren Druckniveau liegt als die Ausleitung auf dem
Verdampferstrang und/oder dem Dampfturbinenstrang.
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Aus
der
DE 101 52 968
C1 ist ein solarthermisches Kraftwerk bekannt, 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, wobei die Rezirkulationsleitung an einem Ankopplungspunkt in
den Verdampferstrang eingekoppelt ist, welcher in Strömungsrichtung
des Wärmeübertragungsmediums
einem Eingang des Solarkollektorstrangs nachgeschaltet ist, so dass
rezirkulierendes Wärmeübertragungsmedium
nur eine Teillänge
des Verdampferstrangs durchströmt.
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Aus
der
DE 101 52 971
C1 ist ein solarthermisches Kraftwerk bekannt, umfassend
ein Solarkollektorfeld, in dem flüssiges Wärmeübertragungsmedium verdampfbar
ist, eine Dampfturbine, welcher der erzeugte Dampf zuführbar ist,
und ein Wärmeübertragungsmedium-Kreislauf,
durch den dem Solarkollektorfeld über eine Versorgungsleitung
eingangsseitig flüssiges
Wärmeübertragungsmedium
zuführbar
ist und ausgangsseitig des Solarkollektorfeldes mittels einer Sammelleitung
der Dampfturbine Dampf zuführbar
ist. Zwischen der Sammelleitung und der Versorgungsleitung ist mindestens
eine Verbindungsleitung angeordnet, über die flüssiges Wärmeübertragungsmedium aus der Versorgungsleitung
in die Sammelleitung einkoppelbar und/oder Dampf aus der Sammelleitung
zur Versorgungsleitung zuführbar ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solarthermisches Kraftwerk
der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches kostengünstig realisierbar
ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass einem Solarkollektorstrang eine aktive Massenstromregeleinrichtung
zugeordnet ist, über
die der Massenstrom an zugeführtem
Speise-Wärmeübertragungsmedium
einstellbar ist, und dem Solarkollektorstrang mindestens eine passive Drosseleinrichtung
zugeordnet ist, über
welche rezirkuliertes Wärmeübertragungsmedium
zuführbar
ist.
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Den
einzelnen Solarkollektorsträngen
muss ein variabel einstellbarer Speise-Wärmeübertragungsmedium-Strom
niedriger Temperatur bereitgestellt werden und im Rezirkulationsbetrieb
ein Rezirkulations-Wärmeübertragungsmedium-Strom hoher Temperatur
zugeführt
werden. Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist
pro Strang nur ein aktives geregeltes Bauteil notwendig, nämlich die
Massenstromregeleinrichtung für
Speise-Wärmeübertragungsmedium.
Die (mindestens eine) Drosseleinrichtung für Rezirkulations-Wärmeübertragungsmedium
ist fest eingestellt. Das solarthermische Kraftwerk lässt sich
dadurch kostengünstig
realisieren.
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Insbesondere
sind getrennte Verteiler für Speise-Wärmeübertragungsmedium
und Rezirkulations-Wärmeübertragungsmedium
vorgesehen. Bei entsprechender Dimensionierung ist die Druckdifferenz
zwischen den getrennten Verteilern über ein Solarkollektorfeld
mindestens näherungsweise
konstant. Es kann dann bei entsprechender Dimensionierung der Drosseleinrichtungen
zu einer bestimmten Druckdifferenz der gewünschte Massenstrom an Rezirkulations-Wärmeübertragungsmedium eingestellt
werden. (Der Sollwert der entsprechenden Massenstromregeleinrichtung
ist um den Massenstrom an zugeführtem
Rezirkulations-Wärmeübertragungsmedium
zu erhöhen.)
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Günstig ist
es, wenn die mindestens eine Drosseleinrichtung ungeregelt ist.
Sie ist dadurch wesentlich kostengünstiger als eine Massenstromregeleinrichtung.
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Insbesondere
ist die mindestens eine Drosseleinrichtung als Blende ausgebildet,
welche fest eingestellt ist.
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Wenn
die Drosseleinrichtungen fest eingestellt sind, lassen sich diese
kostengünstig
herstellen. Es muss dabei nicht jede Drosseleinrichtung gleich ausgebildet
bzw. gleich eingestellt sein.
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Insbesondere
vorteilhaft ist es, wenn ein Ausgang der mindestens einen Drosseleinrichtung mit
einem Eingang der Massenstromregeleinrichtung fluidwirksam verbunden
ist. Dadurch lässt
sich Rezirkulations-Wärmeübertragungsmedium,
welches heiß ist,
mit Speisewasser-Wärmeübertragungsmedium vor
der Massenstromregeleinrichtung vermischen. Die durch eine Entspannung
des heißen
Rezirkulations-Wärmeübertragungsmediums
mögliche
Verdampfung wird durch Vermischung mit kaltem Speise-Wärmeübertragungsmedium
kompensiert. Dadurch lassen sich unerwünschte Kavitationserscheinungen
in einer Massenstromregeleinrichtung verhindern.
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Aus
dem gleichen Grund ist es günstig,
wenn ein Ausgang der mindestens einen Drosseleinrichtung direkt
an einem Eingang oder in der Nähe
eines Eingangs der Massenstromregeleinrichtung angeordnet ist. Insbesondere
ist die Rohrlänge
zwischen dem Ausgang der jeweiligen Drosseleinrichtung und dem Eingang
der zugeordneten Massenstromregeleinrichtung kleiner als 10 m.
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Ganz
besonders vorteilhaft ist es, wenn die Massenstromregeleinrichtung
fluidwirksam mit einem Verteiler für Speise-Wärmeübertragungsmedium verbunden
ist und insbesondere über
einem Eingang mit dem Verteiler, welcher insbesondere als Verteilerleitung
ausgebildet ist, fluidwirksam verbunden ist. Über den Verteiler lässt sich,
wenn dieser entsprechend dimensioniert ist, ein annähernd konstanter
Druck erreichen. Bei entsprechender Ausbildung eines Verteilers
für Rezirkulations-Wärmeübertragungsmedium
lässt sich
dann eine annähernd konstante
Druckdifferenz zwischen den Verteilern erhalten. Es kann dann bei
entsprechender Dimensionierung der Drosseleinrichtungen zu einer
bestimmten Druckdifferenz der gewünschte Massenstrom an Rezirkulations-Wärmeübertragungsmedium (fest) eingestellt
werden.
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Es
ist dann ebenfalls günstig,
wenn die mindestens eine Drosseleinrichtung fluidwirksam mit einem
Verteiler für
Rezirkulations-Wärmeübertragungsmedium
verbinden ist und insbesondere ein Eingang der mindestens einen
Drosseleinrichtung fluidwirksam mit dem Verteiler, welcher insbesondere als
Verteilerleitung ausgebildet ist, verbunden ist.
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Günstig ist
es, wenn eine Einstelleinrichtung zur Einstellung des Drucks von
Speise-Wärmeübertragungsmedium
in einem Verteiler für
Speise-Wärmeübertragungsmedium
vorgesehen ist. Dadurch lässt
sich der entsprechende Druck einstellen und insbesondere lässt sich
auch eine Druckdifferenz zu einem Verteiler für Rezirkulations-Wärmeübertragungsmedium
einstellen.
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Aus
dem gleichen Grund ist es günstig,
wenn eine Einstelleinrichtung zur Einstellung des Drucks von Rezirkulations-Wärmeübertragungsmedium
in einem Verteiler für
Rezirkulations-Wärmeübertragungsmedium
vorgesehen ist. Durch Variation des Drucks lässt sich ein Massenstrom einer
Rezirkulations-Wärmeübertragungsmedium,
welcher einer Massenstromregeleinrichtung zugeführt wird, einstellen.
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Insbesondere
ist jedem Solarkollektorstrang oder einer Mehrheit der Solarkollektorstränge jeweils eine
aktive Massenstromregeleinrichtung und jeweils mindestens eine passive
Drosseleinrichtung zugeordnet. Dadurch lässt sich ein kostengünstiges
solarthermisches Kraftwerk realisieren.
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Insbesondere
weist ein Solarkollektorstrang eine Mehrzahl von linienfokussierenden
Kollektoren auf wie Rinnenkollektoren (insbesondere Parabol-Rinnenkollektoren)
oder Fresnel-Kollektoren.
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Die
Solarkollektorstränge
sind parallel angeordnet, so dass Speise-Wärmeübertragungsmedium aus einem
Verteiler parallel auf die Solarkollektorstränge aufteilbar ist. Die Solarkollektorstränge können auch
geometrisch parallel angeordnet sein.
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Der
Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art bereitzustellen, bei welchem sich mit optimiertem Wirkungsgrad
ein solarthermisches Kraftwerk kostengünstig realisieren lässt.
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Diese
Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch
gelöst, dass
einem Solarkollektorstrang Speise-Wärmeübertragungsmedium über eine
aktive Massenstromregeleinrichtung zugeführt wird und Rezirkulations-Wärmeübertragungsmedium über mindestens
eine passive Drosseleinrichtung zugeführt wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
weist die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen solarthermischen
Kraftwerk erläuterten
Vorteile auf.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
wurden ebenfalls im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen solarthermischen
Kraftwerk erläutert.
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Die
nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang
mit der Zeichnung der näheren
Erläuterung
der Erfindung. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines solarthermischen
Kraftwerks;
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2 eine
schematische Teildarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Solarkollektoreinrichtung;
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3 eine
weitere Teildarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Solarkollektoreinrichtung;
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4 ein
Diagramm, in welchem die Veränderung
des Massenstroms an zugeführtem
Rezirkulations-Wärmeübertragungsmedium
in Abhängigkeit von
der Auslegungsdruckdifferenz gezeigt ist; und
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5 ein
Diagramm de Abhängigkeit
des Massenstroms an Rezirkulations-Wärmeübertragungsmedium von der Druckdifferenz
zwischen einem Verteiler für
Speise-Wärmeübertragungsmedium
und einem Verteiler für
Rezirkulations-Wärmeübertragungsmedium,
wobei die durchgezogene Kurve sich auf einen Auslegungspunkt (Differenzdruck zwischen
den Verteilern) von 3 bar und die unterbrochene Kurve auf einen
Auslegungsdruck von 5 bar bezieht.
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Ein
solarthermisches Kraftwerk, welches in 1 schematisch
gezeigt und dort mit 10 bezeichnet ist, umfasst eine Solarkollektoreinrichtung 12.
Die Solarkollektoreinrichtung 12 weist eine Mehrzahl von Solarkollektorsträngen 14a, 14b usw.
auf (2).
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Durch
die Solarkollektoreinrichtung 12 wird solarthermisch erzeugter überhitzter
Wärmeträgermedium-Dampf
bereitgestellt, welcher über
eine oder mehrere Leitungen 16 einer Dampfturbineneinrichtung 18 zugeführt wird.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel
umfasst die Dampfturbineneinrichtung 18 eine Hochdruckturbine 20 und
eine auf diese folgende Niederdruckturbine 22. Die Hochdruckturbine 20 und
die Niederdruckturbine 22 weisen unterschiedliche Arbeitspunkte
auf; die Hochdruckturbine 20 ist optimiert auf eine Dampfentspannung
bei hohen Drücken
und die Niederdruckturbine 22 ist auf eine Dampfentspannung
bei niedrigeren Drücken
optimiert. Durch die Kombination der Hochdruckturbine 20 und
der Niederdruckturbine 22 lässt sich ein hoher Wirkungsgrad
bei der Umwandlung der thermischen Energie im Dampf in mechanische
Energie/elektrische Energie erreichen.
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Die
Kombination von Hochdruckturbine 20 und Niederdruckturbine 22 ist
an einen Generator 24 gekoppelt, durch welchen elektrische
Energie erzeugt wird.
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Über eine
Leitung 26 wird Dampf von der Hochdruckturbine 20 zu
der Niederdruckturbine 22 geführt. Diese Leitung ist über ein
Ventil 28 an einen Abscheider 30 gekoppelt.
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Dem
Abscheider 30 ist ein Tank 32 für flüssiges Wärmeübertragungsmedium
zugeordnet.
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Von
der Niederdruckturbine 22 führt eine Leitung 34 zu
einem Kondensator 36, welcher zur Verflüssigung von Wärmeübertragungsmedium-Dampf dient.
Ein Ausgang des Kondensators 36 führt zu dem Abscheider 30.
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Dem
Kondensator 36 ist eine Kühleinrichtung 38 wie
beispielsweise ein Kühlturm
zugeordnet.
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Von
dem Abscheider 30 mit dem Tank 32 führt eine
Leitung 40 zu der Solarkollektoreinrichtung 12. Über diese
Leitung 40 wird die Solarkollektoreinrichtung 12 mit
Speise-Wärmeübertragungsmedium, das
heißt
mit frischem Wärmeübertragungsmedium versorgt.
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An
der Leitung 40 ist eine Pumpe 42 angeordnet.
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Die
Leitung 40 bildet einen Verteiler für die Solarkollektorstränge 14a, 14b.
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Über die
Leitung 40 wird die Solarkollektoreinrichtung 12 mit
ihrer Mehrzahl an Solarkollektorsträngen 14a, 14b mit
frischem Wärmeübertragungsmedium
(Speise-Übertragungsmedium)
versorgt. Durch Solarstrahlungsbeaufschlagung wird flüssiges Wärmeübertragungsmedium
in der Solarkollektoreinrichtung 12 erhitzt, wobei ein überhitzter
Dampf erzeugt wird. Dieser überhitzte
Dampf der Hochdruckturbine 20 und der Niederdruckturbine 22 zugeführt, wo
eine Umwandlung in mechanische Energie erfolgt. Wieder flüssig gewordenes
Wärmeübertragungsmedium
wird über
den Abscheider 30 und den Tank 32 in die Leitung 40 eingekoppelt.
Das Wärmeübertragungsmedium
ist in einem Kreislauf geführt.
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Als
Wärmeübertragungsmedium
wird insbesondere Wasser abgesetzt.
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Die
Solarkollektorstränge 14a, 14b usw.
sind parallel angeordnet. Flüssiges
Wärmeübertragungsmedium,
welches in die Solarkollektoreinrichtung 12 eingekoppelt
wird, wird parallel auf die Solarkollektorstränge 14a, 14b usw.
aufgeteilt. Die Solarkollektorstränge 14a, 14b usw.
können
auch geometrisch parallel angeordnet sein.
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Ein
Solarkollektorstrang 14a, 14b usw. umfasst insbesondere
eine Mehrzahl von linienfokussierenden Kollektoren wie Rinnenkollektoren
(insbesondere von Parabol-Rinnenkollektoren) oder Fresnel-Kollektoren,
welche hintereinander angeordnet sind. Diese linienfokussierenden
Kollektoren werden von dem Wärmeübertragungsmedium
in Absorberrohren durchströmt,
wobei Solarstrahlung durch die Kollektoren auf die Absorberrohre
konzentriert wird.
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Jeder
Solarkollektorstrang 14a, 14b usw. umfasst bei
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
einen Verdampferabschnitt 44 und einen bezogen auf die
Strömungsrichtung
dem Verdampferabschnitt 44 nachfolgenden Überhitzerabschnitt 46.
In dem jeweiligen Verdampferabschnitt 44 eines Solarkollektorstrangs 14a, 14b usw.
wird Wärmeübertragungsmedium-Dampf
erzeugt, welcher dann in dem Überhitzerabschnitt 46 überhitzt
wird. Von den Überhitzerabschnitten 46 wird
der überhitzte
Wärmeübertragungsmedium-Dampf
der Dampfturbineneinrichtung 18 zugeführt.
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Ein
Solarkollektorstrang kann auch als Sattdampfstrang ohne Überhitzerabschnitt
ausgebildet sein (in der Zeichnung nicht gezeigt).
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Ein
Solarkollektorstrang 14a, 14b weist eine Rezirkulationseinrichtung 48a, 48b auf, über welche vom
Verdampferabschnitt 44 flüssiges Wärmeübertragungsmedium zurück zu einem
Eingang 50a, 50b des entsprechenden Solarkollektorstrangs 14a, 14b rückführbar ist.
Durch die Rezirkulation von flüssigem Wärmeübertragungsmedium,
welches den entsprechenden Solarkollektorstrang 14a, 14b durchlaufen hat,
lässt sich
eine gute Temperaturstabilität
des erzeugten Dampfes erreichen.
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Die
Rezirkulationseinrichtung 48a, 48b umfasst einen
Abscheider 52a, 52b, welcher zwischen dem jeweiligen
Verdampferabschnitt 44 und Überhitzerabschnitt 46 angeordnet
ist. Ein erster (Dampf-)Ausgang 54 eines solchen Abscheiders
ist fluidwirksam mit dem entsprechenden Überhitzerabschnitt 46 verbunden.
Ein zweiter (Flüssigkeits-)Ausgang 56 ist über einen
Sammler 58 mit einem Verteiler 60, welcher insbesondere
als Verteilerleitung ausgebildet ist, verbunden. Über dem
Sammler 58 wird flüssiges
Wärmeübertragungsmedium
aus den Solarkollektorsträngen 14a, 14b usw.
gesammelt und in den Verteiler 60 eingekoppelt, über welchen
es der Solarkollektoreinrichtung 12 wieder bereitstellbar
ist.
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Bei
einem Sattdampfstrang, welcher nur aus einem Verdampferabschnitt
besteht, ist der entsprechende Abscheider im Verdampferabschnitt
oder am Ende des Verdampferabschnitts angeordnet.
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Der
Solarkollektoreinrichtung 12 wird über einen Verteiler 62 (3)
für Speise-Wärmeübertragungsmedium
frisches flüssiges
Wärmeübertragungsmedium
zugeführt.
Dieser Verteiler 62 ist fluidwirksam mit der Leitung 40 verbunden
oder durch diese gebildet. Über
ein Drosselventil 64 lässt
sich mit der Pumpe 42 der Druck des flüssigen Wärmeübertragungsmediums in dem Verteiler 62 einstellen. Das
Drosselventil 64 dient damit als Einstelleinrichtung für den Druck
im Verteiler 62.
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Die
Solarkollektorstränge 14a, 14b usw.
sind jeweils über
aktive Massenstromregeleinrichtung 66a, 66b usw.
an den Verteiler 62 für
Speise-Wärmeübertragungsmedium
gekoppelt. Ein Eingang 68 einer solchen Massenstromregeleinrichtung 66a, 66b usw.
ist dabei an den Verteiler 62 gekoppelt und ein Ausgang 70 ist
an den entsprechenden Verdampferabschnitt 44 gekoppelt.
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Durch
die parallele Anordnung der Solarkollektorstränge 14a, 14b wird über den
Verteiler 62 ankommendes flüssiges Speise-Wärmeübertragungsmedium
parallel auf die Solarkollektorstränge aufgeteilt. Über die
jeweilige Massenstromregeleinrichtung 66a, 66b lässt sich
individuell der Massenstrom an den Solarkollektorsträngen regeln
und dabei an unterschiedliche Verhältnisse anpassen (an unterschiedlichen
Solarkollektorsträngen
können
aufgrund der großen
Ausdehnung eines Solarkollektorfeldes unterschiedliche Verhältnisse
herrschen).
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Die
Massenstromregeleinrichtungen 66a, 66b usw. sind
aktive Massenstromregeleinrichtungen, das heißt, der Massenstrom kann durch
entsprechende Ansteuerung bzw. Betätigung der jeweiligen Massenstromregeleinrichtung
eingestellt und verändert
werden.
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Über den
Verteiler 60 für
Rezirkulations-Wärmeübertragungsmedium
wird der Solarkollektoreinrichtung 12 gesammeltes (aus
den Rezirkulationseinrichtungen 48a, 48b) Rezirkulations-Wärmeübertragungsmedium
zugeführt.
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Dem
Verteiler 60 kann eine Pumpe 72 zur Beförderung
des Rezirkulations-Wärmeübertragungsmediums
zugeordnet sein. Ferner kann ein Drosselventil 74 vorgesehen
sein, über
welches der Druck in dem Verteiler 60 einstellbar ist.
Dieses Drosselventil 74 dient damit als Einstelleinrichtung
zur Einstellung des Druckes im Verteiler 80.
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Durch
das Drosselventil 74 und das Drosselventil 64 ist
auch die Druckdifferenz zwischen dem Verteiler 60 und dem
Verteiler 62 einstellbar.
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Den
Solarkollektorsträngen 14a, 14b usw. sind
jeweils passive Drosseleinrichtungen 76a, 76b usw.
zugeordnet, über
welche Rezirkulations-Wärmeübertragungsmedium
in die jeweiligen Solarkollektorstränge 14a, 14b usw. einkoppelbar
sind. Jedem Solarkollektorstrang ist (mindestens) eine Drosseleinrichtung
zugeordnet. Die passiven Drosseleinrichtungen 76a, 76b usw.
sind insbesondere ungeregelt und fest eingestellt.
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An
dem Verteiler 60 sind Abzweigungen 77a, 77b usw.
angeordnet, an welchen jeweils (mindestens) eine Drosseleinrichtung 76a, 76b usw.
angeordnet ist.
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Die
Drosseleinrichtungen 76a, 76b sind insbesondere
als fest eingestellte Blenden ausgebildet, die dem jeweiligen Solarkollektorstrang 14a, 14b usw.
einen bestimmten Massenstrom an Rezirkulations-Wärmeübertragungsmedium bereitstellen.
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Unterschiedliche
Drosseleinrichtungen 76a, 76b können dabei
unterschiedlich eingestellt sein oder auch gleich eingestellt sein,
je nach den vorliegenden Verhältnissen
an der Solarkollektoreinrichtung 12.
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Die
Drosseleinrichtungen 76a, 76b liegen in unmittelbarer
Nähe der
jeweiligen Massenstromregeleinrichtungen 66a, 66b usw.
Ein Eingang 78 einer Drosseleinrichtung ist an den Verteiler 60 für Rezirkulations-Wärmeübertragungsmedium
gekoppelt, das heißt
steht in fluidwirksamer Verbindung mit diesem. Ein Ausgang 80 einer
Drosseleinrichtung steht in fluidwirksamer Verbindung mit dem Eingang 68 der
entsprechenden Massenstromregeleinrichtung für den jeweiligen Solarkollektorstrang.
Rezirkulations-Wärmeübertragungsmedium,
welches in den entsprechenden Solarkollektorstrang 14a, 14b usw.
eingekoppelt wird, muss also die entsprechende Massenstromregeleinrichtung 66a, 66b usw.
durchlaufen.
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Das
erfindungsgemäße solarthermische Kraftwerk 10 funktioniert
wie folgt:
Über
die Massenstromregeleinrichtungen 66a, 66b usw.
wird den Solarkollektorsträngen 14a, 14b usw. ein
variabel einstellbarer Speise-Wärmeübertragungsmedium-Strom
niedriger Temperatur bereitgestellt. Über die Drosseleinrichtungen 76a, 76b usw. wird
ein im wesentlichen konstanter Rezirkulations-Wärmeübertragungsmedium-Strom hoher
Temperatur bereitgestellt. Die Drosseleinrichtungen 76a, 76b sind
als passive Elemente kostengünstiger
als die Massenstromregeleinrichtungen 66a, 66b. Über sie
wird unmittelbar vor den entsprechenden Massenstromregeleinrichtungen 66a, 66b Rezirkulations-Wärmeübertragungsmedium aus dem Verteiler 60 in
eine Abzweigung für
Speise-Wärmeübertragungsmedium
geleitet, welche an den Verteiler 60 gekoppelt ist und
zu der Massenstromregeleinrichtung 66a, 66b usw.
führt.
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Bei
ausreichender Dimensionierung des Verteilers 60 für Rezirkulations-Wärmeübertragungsmedium und des Verteilers 62 für Speise-Wärmeübertragungsmedium
sind die Druckverluste über
das Solarkollektorfeld (die Gesamtzahl der Solarkollektorstränge 14a, 14b usw.)
gering und die Druckdifferenz zwischen beiden Verteilern 60, 62 ist über das
Solarkollektorfeld annähernd
konstant. Durch eine entsprechende Dimensionierung der Drosseleinrichtungen 76a, 76b usw.
kann zu einer bestimmten Druckdifferenz zwischen dem Verteiler 62 und
dem Verteiler 60 der gewünschte Massenstrom an Rezirkulations-Wärmeübertragungsmedium
eingestellt werden.
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Um
den Massenstrom an in einen Solarkollektorstrang 14a, 14b eingekoppeltem
Wärmeübertragungsmedium
einzustellen, muss der Massenstrom um den Rezirkulations-Wärmeübertragungsmedium
erhöht
werden.
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Ein
typischer Wert des Drucks im Verteiler 62 liegt bei 80
bar. Die zusätzlich
benötigte
Druckdifferenz von ca. 3 bar oder ca. 5 bar zum Verteiler 60 ist klein.
Da auch nur Flüssigkeit
verdichtet wird, ist die hierzu benötigte Leistung klein.
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Durch
Einstellung der Druckdifferenz bzw. Variation der Druckdifferenz
zwischen dem Verteiler 62 und dem Verteiler 60 kann
der Massenstrom an dem Rezirkulations-Wärmeübertragungsfluid in gewissen
Grenzen eingestellt werden.
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Durch
die Vermischung des Rezirkulations-Wärmeübertragungsmediums und des
Speisewasser-Wärmeübertragungsmediums
vor den jeweiligen Massenstromregeleinrichtungen 66a, 66b usw. kann
die durch Entspannung des heißen
Rezirkulations-Wärmeübertragungsmediums
mögliche
Verdampfung durch Vermischung mit (kaltem) Speise-Wärmeübertragungsmedium
kompensiert werden. Dadurch werden unerwünschte Kavitationserscheinungen
in den Massenstromregeleinrichtungen 66a, 66b usw.
verhindert.
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Bei
der erfindungsgemäßen Lösung lässt sich
die Mischtemperatur für
jeden Solarkollektorstrang 14a, 14b mit jeweils
nur einem aktiv geregelten Bauteil einstellen, nämlich die jeweilige Massenstromregeleinrichtung 66a, 66b usw.
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Es
wird dabei die mindestens näherungsweise
konstante Druckdifferenz zwischen dem Verteiler 62 und
dem Verteiler 60 (trotz großer Solarkollektorfeldausdehnung)
genutzt, um einen einheitlichen Massenstrom für Rezirkulations-Wärmeübertragungsmedium zu erhalten.
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4 zeigt
ein Diagramm der Variation des Rezirkulationsmassenstroms vom Auslegungspunkt 0,25
kg/s infolge einer Abweichung gegenüber der Auslegungsdruckdifferenz
von 3 bar zwischen dem Verteiler 60 und 62. Die
Schwankungen sind relativ gering und liegen für real auftretende Druckschwankungen
insbesondere unterhalb 15%.
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In
dem Diagramm gemäß 5 ist
der Massenstrom an Rezirkulations-Wärmeübertragungsmedium
in Abhängigkeit
der Druckdifferenz für
zwei verschiedene Auslegungspunkte (obere Kurve 3 bar, untere Kurve
5 bar) gezeigt. Man erkennt, dass bei Erhöhung der Druckdifferenz der
Massenstrom an Rezirkulations-Wärmeübertragungsmedium
zunimmt.