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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 eine 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 das 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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In der
WO 02/25184 A1 ist ein Verfahren zur Erzeugung von Dampf mittels Solarenergie beschrieben, bei dem Wasser in ein Röhrenfeld gebracht wird. In einem Heizungsteil dieses Röhrenfelds wird Wasser geheizt. In einem Sättigungsteil wird gesättigter Dampf erzeugt, und in einem Überhitzungsteil des Röhrenfelds wird überhitzter Dampf erzeugt. In dem Sättigungsteil wird eine Dampfmenge mit einer solchen Geschwindigkeit bereitgestellt, dass das Wasser in den entsprechenden Röhren tobular gegen die innere Wand strömt.
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In der
US 4,474,169 ist eine Kontrollanordnung für Solarwärmekollektorsysteme beschrieben, welche ein Wärmeübertragungsmedium verwendet, welches während Zirkulation durch erste und zweite Solarkollektoren erhitzt wird und an einen Empfänger weitergeführt wird.
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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 RezirkulationsWärmeübertragungsmedium eingestellt werden. (Der Sollwert der entsprechenden Massenstromregeleinrichtung ist um den Massenstrom an zugeführter 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 einen 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 verbunden 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-Warmeübertragungsmedium 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 Abscheiden 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 wird 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 den 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 60.
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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 fluidwiksamer 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 Solarkollektorfeld ausdehnung) 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.
