DE102006060729A1 - Vorwärmverfahren für Solarkollektoren - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Stromerzeugung, umfassend (a) eine Stromerzeugungseinrichtung, umfassend eine Dampferzeugungseinheit, einen Generator zur Stromerzeugung und einen ersten Kreislauf mit einem Fluid, welcher zumindest die Dampferzeugungseinheit und den Generator operativ verbindet, (b) eine Solarenergiegewinnungseinheit, umfassend eine Solarkollektoreinheit, wobei die Solarenergiegewinnungseinheit derart mit der Stromerzeugungseinrichtung verbunden ist, dass Wärmeenergie aus der Solarenergiegewinnungseinheit der Dampferzeugungseinheit und/oder dem Fluid des ersten Kreislaufs zugeführt wird, und (c) Mittel zum Vorwärmen des Fluids, welche mittelbar über die Solarenergiegewinnungseinheit oder unmittelbar mit der Stromerzeugungseinrichtung verbunden sind, sowie ein entsprechendes Verfahren zur Stromerzeugung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Stromerzeugung sowie ein entsprechendes Verfahren zur Stromerzeugung.
  • Der Stromerzeugung aus alternativen Energiequellen kommt eine zunehmende Bedeutung zu. Dabei sind insbesondere die Stromerzeugung aus Sonnenenergie, Windenergie, Geothermie oder regenerativen Energiequellen wie Biogas und Biomasse zu nennen. Die Stromerzeugung aus Sonnenenergie kann einerseits mittels Fotovoltaiktechnik, andererseits mittels Solarkollektortechnik erfolgen. Der Vorteil der Solarkollektortechnik liegt darin, dass fast das gesamte Strahlungsspektrum der Sonnenenergie zur Umwandlung in Wärme und/oder Strom verwendet werden kann, während bei der Fotovoltaiktechnik nur ein bestimmter Spektralbereich des Energiespektrums der Sonne nutzbar ist.
  • Bei der Solarkollektortechnik wird üblicherweise über eine Absorbereinheit bzw. Solarkollektoreinheit die Strahlungsenergie der Sonne in Wärme umgewandelt und diese Wärme an ein die Solarkollektoreinheit durchströmendes Wärmeenergieträgerfluid bzw. -medium übertragen. Mittels des Wärmeenergieträgerfluid wird die Wärme aus der Solarkollektoreinheit abgeführt und in einer Dampferzeugungseinheit genutzt, um Dampf aus einem geeigneten Fluid zu erzeugen. Der erzeugte Dampf wird verwendet, um beispielsweise in einer Dampfturbine Strom zu erzeugen.
  • Problematisch bei der Verwendung der Solarkollektortechnik zur Stromerzeugung ist allerdings die Abhängigkeit von der vorhandenen Sonnenstrahlung. So reicht beispielsweise in Deutschland beim Betrieb einer Stromerzeugungseinheit auf Solarbasis die Sonnenenergie nur für etwa 1000 Volllaststunden im Jahr aus.
  • Eine weitere Möglichkeit der Stromerzeugung aus alternativen Energiequellen besteht in der Verwendung von Biogasanlagen, in denen Strom aus Biomasse erzeugt wird. Dabei werden verschiedene Biomasse-Rohstoffe, wie beispielsweise Gülle oder Pflanzenmaterial, in einen Fermenter eingebracht, in dem durch anaerobe Fäulnis- bzw. Gärprozesse Biogas entsteht. Das Biogas enthält üblicherweise in Abhängigkeit vom verwendeten Biomasse-Rohstoff 40 bis 75 Vol.-% Methan, 25 bis 55 Vol.-% Kohlendioxid, bis zu 10 Vol.-% Wasserdampf, sowie geringe Mengen an Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Ammoniak und Schwefelwasserstoff. Das Biogas wird anschließend getrocknet, entschwefelt und dann einem Verbrennungsmotor zugeführt, der einen Generator zur Stromerzeugung antreibt.
  • In Biogasanlagen wird neben Strom auch ein großer Anteil an Wärme erzeugt. Ein Teil der bei der Verbrennung entstehenden Wärme wird zur Aufrechterhaltung des Gärprozesses in dem Fermenter benötigt. Der Großteil der entstehenden Wärme steht für andere Einsatzzwecke, wie beispielsweise der Versorgung von Gebäuden mit Heizenergie und Warmwasser, zur Verfügung. Diese Nutzung ist allerdings nur dann effizient, wenn sich die Gebäude in direkter Nachbarschaft zu der Biogasanlage befinden. Im Allgemeinen bleibt daher ein großer Teil der entstandenen Überschusswärme ungenutzt. Das Gleiche gilt für andere Stromerzeugungseinheiten beispielsweise auf Basis fossiler Energieträger.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein System sowie ein Verfahren zur Stromerzeugung aus Sonnenenergie bereitzustellen, welche im Vergleich zu herkömmlichen Systemen einen verlängerten Betrieb im Volllastzustand ermöglichen. Ferner liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die beispielsweise in einer Biogasanlage entstehende bzw. aus anderen erneuerbaren und fossilen Energieträgern erzeugte Wärmeenergie effizienter zu nutzen.
  • Diese Aufgaben werden durch ein System zur Stromerzeugung aus Sonnenenergie mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Stromerzeugung aus Sonnenenergie mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Bevorzugte Aus führungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Erfindungsgemäß wird ein System zur Stromerzeugung bereitgestellt, umfassend (a) eine Stromerzeugungseinrichtung, umfassend eine Dampferzeugungseinheit, einen Generator zur Stromerzeugung und einen ersten Kreislauf mit einem Fluid, welcher zumindest die Dampferzeugungseinheit und den Generator operativ verbindet, (b) eine Solarenergiegewinnungseinheit, umfassend eine Solarkollektoreinheit, wobei die Solarenergiegewinnungseinheit derart mit der Stromerzeugungseinrichtung verbunden ist, dass Wärmeenergie aus der Solarenergiegewinnungseinheit der Dampferzeugungseinheit und/oder dem Fluid des ersten Kreislaufs zugeführt wird, und (c) Mittel zum Vorwärmen des Fluids, welche mittelbar über die Solarenergiegewinnungseinheit oder unmittelbar mit der Stromerzeugungseinrichtung verbunden sind.
  • Die im erfindungsgemäßen System eingeschlossene Solarenergiegewinnungseinheit umfasst eine Solarkollektoreinheit, welche als jede geeignete Solarkollektoreinheit ausgebildet sein kann. So kann beispielsweise eine oder mehrere Flachsolarkollektoreinheiten oder eine oder mehrere Vakuumröhrensolarkollektoreinheiten vorgesehen sein. Eine Flachsolarkollektoreinheit weist vorteilhafterweise eine Glasplatte auf, hinter der sich ein nach außen wärmeisolierter Absorber befindet. Der Absorber ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass er direkte und diffuse Sonnenstrahlung möglichst effizient aufnimmt, in Wärme umwandelt und zugleich möglichst wenig Wärme wieder in Form von Strahlung emittiert. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Absorber um eine Beschichtung, die beispielsweise auf ein aus Kupfer oder Aluminium bestehendes Absorberblech aufgebracht ist. Beispielsweise handelt es sich bei dem Absorber um eine Schwarzchrom-Beschichtung, Schwarznickel-Beschichtung oder eine aufgesputterte Schicht auf Titanbasis. Bei einer Vakuumröhrensolarkollektoreinheit, im Folgenden auch als Vakuumkollektor bezeichnet, erfolgt die thermische Isolierung nach außen durch einen evakuierten Bereich. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Solarkollektoreinheit als eine Vakuumkollektoreinheit ausgebildet, die gegebenenfalls ebenfalls beschichtet ist.
  • Die durch den Absorber in der Solarkollektoreinheit aufgenommene Wärmeenergie wird der Dampferzeugungseinheit und/oder dem Fluid des ersten Kreislaufs zugeführt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Solarenergiegewinnungseinheit dazu einen, vorzugsweise separaten, zweiten Kreislauf mit einem Wärmeenergieträgerfluid auf, welcher zumindest die Solarkollektoreinheit und die Dampferzeugungseinheit und/oder den ersten Kreislauf operativ verbindet, wobei die Wärmeenergie aus der Solarenergiegewinnungseinheit der Dampferzeugungseinheit und/oder dem Fluid des ersten Kreislaufs über den zweiten Kreislauf der Solarenergiegewinnungseinheit zugeführt wird. Dabei wird die durch den Absorber in der Solarkollektoreinheit aufgenommene Wärmeenergie auf das Wärmeenergieträgerfluid in dem zweiten Kreislauf übertragen. Diese Übertragung kann beispielsweise erfolgen, indem der Absorber in einem offenen Kreislauf direkt von dem Wärmeenergieträgerfluid durchströmt wird. Die Wärmeenergieübertragung kann aber auch erfolgen, indem das Wärmeenergieträgerfluid Kupfer- oder Aluminiumrohre durchströmt, die fest mit dem Absorber verbunden sind. Durch die operative Verbindung des zweiten Kreislaufs mit der Dampferzeugungseinheit und/oder dem ersten Kreislauf der Stromerzeugungseinrichtung wird die Wärmeenergie dann von dem zweiten Kreislauf mit dem Wärmeenergieträgerfluid auf die Dampferzeugungseinheit und/oder das Fluid des ersten Kreislaufs, beispielsweise über einen Wärmetauscher, übertragen.
  • In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Solarenergiegewinnungseinheit ein Metall- oder Metalllegierungselement auf, welches zumindest die Solarkollektoreinheit und die Dampferzeugungseinheit und/oder den ersten Kreislauf operativ verbindet, wobei die Wärmeenergie aus der Solarenergiegewinnungseinheit der Dampferzeugungseinheit und/oder dem Fluid des ersten Kreislaufs der Stromerzeugungseinheit über das Metall- oder Metalllegierungselement zugeführt wird. Dabei erfolgt die Übertragung der Wärmeenergie dadurch, dass der Absorber beispielsweise mit einem Ende des Metall- oder Metalllegierungselements fest verbunden ist, während das andere Ende des Metall- oder Metalllegierungselements mit der Dampferzeugungseinheit und/oder dem Fluid des ersten Kreislaufs verbunden ist. Vorzugsweise ist das Metall- oder Metalllegierungselement als ein Messingstreifen ausgebildet.
  • Das Fluid in dem ersten Kreislauf kann jedes geeignete Fluid sein, welches befähigt ist, durch Zufuhr von Wärmeenergie zu verdampfen. Das Fluid kann flüssig oder gasförmig sein. Es ist jedoch vorteilhaft, wenn die Siedetemperatur des Fluids 120°C nicht übersteigt. Vorzugsweise ist das Fluid in dem ersten Kreislauf zumindest teilweise aus Wasser, einem Wasser-Ammoniak-Gemisch, im Stand der Technik verfügbaren Thermoölen oder Gemischen davon gebildet.
  • Das Wärmeenergieträgerfluid in dem zweiten Kreislauf kann jedes geeignete Fluid sein, welches befähigt ist, Wärmeenergie zu übertragen. Das Fluid kann wiederum flüssig oder gasförmig sein. Vorzugsweise ist das Wärmeenergieträgerfluid in dem zweiten Kreislauf zumindest teilweise aus Wasser einem Wasser-Ammoniak-Gemisch, im Stand der Technik verfügbaren Thermoölen oder Gemischen davon gebildet.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind das Fluid in dem ersten Kreislauf und das Wärmeenergieträgerfluid in dem zweiten Kreislauf identisch.
  • In dem erfindungsgemäßen System sind in der Stromerzeugungseinrichtung die Dampferzeugungseinheit und der Generator vorzugsweise operativ über eine Dampfturbine verbunden.
  • Gemäß der Erfindung wird nicht nur Wärmeenergie aus der Solarenenergiegewinnungseinheit der Dampferzeugungseinheit und/oder dem Fluid des ersten Kreislaufs der Stromerzeugungseinrichtung zugeführt. So reicht diese Wärmeenergie alleine bei ungünstiger Sonneneinstrahlung nicht zur Dampferzeugung und damit zur Stromerzeugung aus bzw. die erzeugte Strommenge ist nur gering. Daher wird im erfindungsgemäßen System ferner die Abwärme einer weiteren Stromerzeugungseinheit als Mittel zum Vorwärmen des Fluids verwendet. Da durch diese Mittel zum Vorwärmen des Fluids das Fluid bereits vorgewärmt wird, reicht bereits eine geringere aus der Solarenergiegewinnungseinheit erhaltene Wärmeenergie aus, um mittels der Stromerzeugungseinrichtung Strom zu erzeugen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Mittel zum Vorwärmen des Fluids operativ mit dem zweiten Kreislauf der Solarenenergiegewinnungseinheit verbunden, wobei das Wärmeenergieträgerfluid durch die Mittel zum Vorwärmen des Fluids vorgewärmt wird. Dabei wird das Fluid in dem ersten Kreislauf mittelbar über die Solarenergiegewinnungseinheit vorgewärmt, indem die Mittel zum Vorwärmen des Fluids das Wärmeenergieträgerfluid in dem zweiten Kreislauf vorwärmen.
  • In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Mittel zum Vorwärmen des Fluids operativ mit dem ersten Kreislauf der Stromerzeugungseinrichtung verbunden. Dabei wird das Fluid in dem ersten Kreislauf unmittelbar durch die Mittel zum Vorwärmen des Fluids vorgewärmt. Es ist ferner möglich, beide Ausführungsformen zu kombinieren, sodass die Mittel zum Vorwärmen des Fluids sowohl mit dem zweiten Kreislauf der Solarenergiegewinnungseinheit als auch mit dem ersten Kreislauf der Stomerzeugungseinrichtung operativ verbunden sind.
  • Die Mittel zum Vorwärmen des Fluids sind vorzugsweise ausgelegt, die Temperatur des Fluids derart zu erhöhen, dass die in der Solarenergiegewinnungseinheit erhaltene Wärmeenergie auch bei verringerter Sonneneinstrahlung ausreicht, in der Dampferzeugungseinheit ausreichend Dampf zur Volllaststromerzeugung bereitzustellen. Vorzugsweise sind die Mittel zum Vorwärmen des Fluids ausgelegt, die Temperatur des Fluids um mindestens etwa 20°C, besonders bevorzugt um mindestens 30°C zu erhöhen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Mittel zum Vorwärmen des Fluids als Wärmegewinnungseinheit ausgebildet, wobei das Fluid durch die Wärmeenergie aus der Wärmegewinnungseinheit vorgewärmt wird. Dabei können die Mittel zum Vorwärmen des Fluids als jede Wärmegewinnungsein heit ausgebildet sein, die geeignet ist, Wärmeenergie bereitzustellen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Mittel zum Vorwärmen des Fluids als geothermische Wärmegewinnungseinheit ausgebildet, wobei das Fluid durch die geothermische Wärmeenergie vorgewärmt wird. Weiterhin kann die Wärmegewinnungseinheit eine Einheit sein, welche die Wärme aus einer Wärmepumpe oder die Abwärme beispielsweise von Industrieanlagen, Müllverbrennungsanlagen oder Kraftwerken, wie beispielsweise Atomkraftwerken, zum Vorwärmen des Fluids nutzt. Es ist ebenfalls möglich, dass die Wärmegewinnungseinheit eine Einheit ist, in welcher Wärme durch die Verbrennung eines Brennmittels erzeugt werden. Beispielsweise kann es sich bei dem Brennmittel um erneuerbare und/oder fossile Energieträger handeln. In einer besonders bevorzugten Ausführungsformen handelt es sich bei der Wärmegewinnungseinheit um eine Verbrennungsanlage für Biogas, Biomasse und/oder eine Müllverbrennungsanlage bzw. eine Reststoffverwertungsanlage.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Mittel zum Vorwärmen des Fluids als Stromerzeugungseinheiten aus erneuerbaren und/oder fossilen Energieträgern ausgebildet, wobei das Fluid durch die Abwärme der Stromerzeugungseinheiten vorgewärmt wird. Aus dem Blickwinkel der Nachhaltigkeit sind dabei besonders Stromerzeugungseinheiten aus erneuerbaren Energieträgern bevorzugt, beispielsweise Biogaseinrichtungen, Pflanzenölmotoren, Biomasseeinrichtungen, Holzpelletseinrichtungen, Biodieseleinrichtungen, Bioethanoleinrichtungen oder Kombinationen davon. Es können aber auch Kombinationen von geothermischen Wärmeenergiegewinnungseinheiten, Stromerzeugungseinheiten aus erneuerbaren Energieträgern und Stromerzeugungseinheiten aus fossilen Energieträgern verwendet werden.
  • Es ist ferner möglich, dass nicht nur die Abwärme beispielsweise der Stromerzeugungseinheiten aus erneuerbaren und/oder fossilen Energieträgern verwendet wird. Daher weist das erfindungsgemäße System vorzugsweise weiterhin einen Wärmetauscher auf, welcher ausgelegt ist, die Wärmeenergie eines Abgasstrahls der Stromerzeugungseinheiten zumindest teilweise dem Fluid zuzuführen.
  • Mittels des erfindungsgemäßen Systems ist es somit möglich, die Solarkollektortechnik zur Stromerzeugung beispielsweise in Deutschland nicht nur für etwa 1000 Volllaststunden im Jahr zu nutzen, sondern für bis zu 8000 Volllaststunden, welches der üblichen Betriebsdauer beispielsweise für Biogasanlagen entspricht. Darüber hinaus ist es auf diese Weise möglich, die Abwärme herkömmlicher Stromerzeugungseinrichtungen wie Biogasanlagen effizienter zu nutzen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Stromerzeugung, umfassend die Schritte: (a) Gewinnen von Wärmeenergie mittels einer Solarenergiegewinnungseinheit, (b) Erzeugen von Strom mittels einer Stromerzeugungseinrichtung aus der in der Solarenergiegewinnungseinheit gewonnenen Wärmeenergie, wobei die Stromerzeugungseinrichtung eine Dampferzeugungseinheit, einen Generator zur Stromerzeugung und einen ersten Kreislauf mit einem Fluid, welcher zumindest die Dampferzeugungseinheit und den Generator operativ verbindet, umfasst, und wobei die Solarenergiegewinnungseinheit eine Solarkollektoreinheit umfasst, wobei die Solarenergiegewinnungseinheit derart mit der Stromerzeugungseinrichtung verbunden ist, dass Wärmeenergie aus der Solarenergiegewinnungseinheit der Dampferzeugungseinheit und/oder dem Fluid des ersten Kreislaufs zugeführt wird, und (c) Vorwärmen des Fluids durch Mittel zum Vorwärmen des Fluids, welche mittelbar über die Solarenergiegewinnungseinheit oder unmittelbar mit der Stromerzeugungseinrichtung verbunden sind.
  • Es versteht sich, daß die weiteren Vorteile und Merkmale des erfindungsgemäßen Systems zur Stromerzeugung ebenso in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Stromerzeugung Anwendung finden können.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, wobei einzelne Ausführungsformen zu neuen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können. Es zeigen:
  • 1 eine erste bevorzugte beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zur Stromerzeugung.
  • 2 eine zweite bevorzugte, beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zur Stromerzeugung.
  • In 1 ist eine bevorzugte, beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zur Stromerzeugung dargestellt. Das System zur Stromerzeugung weist eine Stromerzeugungseinrichtung 2, eine Solarenergiegewinnungseinheit 4 sowie Mittel zum Vorwärmen des Fluids 6 auf.
  • Die Stromerzeugungseinrichtung 2 ist ausgebildet, einen Strom aus Wärmeenergie zu erzeugen. Hierfür weist die Stromerzeugungseinrichtung 2 eine Dampferzeugungseinheit 8 und einen Generator 10 auf. Die Dampferzeugungseinheit 8 und der Generator 10 sind über einen ersten Kreislauf 12 miteinander operativ verbunden. "Operativ" ist hierbei in dem Sinne zu verstehen, daß die über die Dampferzeugungseinheit 8 dem ersten Kreislauf 12 zugeführte Energie dem Generator 10 zugeführt wird. Hierfür kann der Generator 10 vorteilhafterweise mittelbar mit dem ersten Kreislauf 12 über eine Dampfturbine 14 verbunden sein. Es versteht sich, daß ebenfalls beliebig andere Turbinen vorgesehen sein können. Das in der Dampferzeugungseinheit 8 erwärmte und vorteilhafterweise komprimierte Fluid des ersten Kreislaufs 12 expandiert somit in der Dampfturbine 14, welche den Generator 10 antreibt, so dass ein Strom erzeugt wird. Zweckmäßigerweise ist an der Ausgangsseite der Dampfturbine 14 ein Kondensator 16 vorgesehen, um das aus der Dampfturbine 14 austretende Fluid zu verflüssigen. Vorteilhafterweise wird dieses verflüssigte Fluid über eine Speisepumpe 18 der Dampferzeugungseinheit 8 zugeführt.
  • Die Solarenergiegewinnungseinheit 4 weist vorteilhafterweise eine Solarkollektoreinheit 20 auf, welche derart mit der Stromerzeugungseinrichtung 2 verbunden ist, daß Wärmeenergie aus der Solarenergiegewinnungseinheit 4 bzw. der Solarkollektoreinheit 20 der Dampferzeugungseinheit 8 und/oder dem Fluid des ersten Kreislaufs 12 zugeführt wird. In der in 1 dargestellten ersten bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Solarenergiegewinnungseinheit 4 einen zweiten Kreislauf 22, welcher eine operative Verbindung zwischen der Solarkollektoreinheit 20 und der Dampferzeugungseinheit 8 und/oder dem ersten Kreislauf 12 der Stromerzeugungseinrichtung 2 über ein Wärmeenergieträgerfluid konstituiert. Hierfür wird das durch die Solarkollektoreinheit 20 vorgewärmte Wärmeenergieträgerfluid über den zweiten Kreislauf 22 der Dampferzeugungseinheit 8 zugeführt, in welcher das Wärmeenergieträgerfluid seine Wärmeenergie an den ersten Kreislauf 12 abgibt. Über eine Speise- bzw. Umwälzpumpe 24 wird das die Dampferzeugungseinheit 8 verlassende Wärmeenergieträgerfluid der Solarkollektoreinheit 20 wieder zugeführt. Der zweite Kreislauf 22 ist mit Bezug auf den ersten Kreislauf 12 vorteilhafterweise separat ausgebildet, so daß die Solarenergiegewinnungseinheit 4 von der Stromerzeugungseinrichtung 2 örtlich getrennt bzw. beabstandet angeordnet bzw. vorgesehen werden kann. Es versteht sich, daß die durch die Solarkollektoreinheit 20 gewonnene Wärmeenergie nicht nur über die Dampferzeugungseinheit 8 dem ersten Kreislauf 12 zugeführt werden kann, sondern zusätzlich oder alternativ ebenfalls über beispielsweise einen im ersten Kreislauf 12 vorgesehenen Wärmetauscher.
  • Gemäß der Erfindung sind Mittel 6 zum Vorwärmen des Fluids vorgesehen. Diese können unmittelbar mit dem ersten Fluid im ersten Kreislauf 12 in Verbindung stehen oder mittelbar über die Solarenergiegewinnungseinheit 4. Bei der mittelbaren Verbindung wird die Wärmeenergie der Stromerzeugungseinheit 6 über einen Vorwärmer bzw. Wärmetauscher 26 dem zweiten Kreislauf 22 zugeführt. Der Vorwärmer 26 kann hierbei – in Strömungsrichtung des zweiten Kreislaufs 22 gesehen – vor der Solarkollektoreinheit, 20 oder zwischengeschaltet zwischen der Solarkollektoreinheit 20 und der Dampferzeugungseinheit 8, angeordnet sein. Die Mittel 6 zum Vorwärmen des Fluids weisen eine Stromerzeugungseinheit 28 auf. Die Stromerzeugungseinheit 28 kann derart gestaltet sein, daß diese aus erneuerbaren und/oder fossilen Energieträgern Energie gewinnt. Die Abwärme der Stromerzeugungseinheit 28 – beispielsweise deren Abgasstrahl – kann somit genutzt werden, um über den Vorwärmer 26 dem Wärmeenergieträgerfluid des zweiten Kreislaufs 22 Wärmeenergie zuzuführen. Zusätzlich oder alternativ können die Mittel 6 zum Vorwärmen des Fluids eine geothermische Wärmegewinnungseinheit aufweisen, wobei das Fluid durch die geothermische Wärmeenergie unmittelbar oder mittelbar vorgewärmt werden kann.
  • Die mittelbare Vorwärmung erfolgt – wie in 1 dargestellt – über eine Zuführung von Wärmeenergie dem Wärmeenergieträgerfluid des zweiten Kreislaufs 22.
  • In 2 ist eine zweite beispielhafte, bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zur Stromerzeugung dargestellt, wobei die mit der ersten Ausführungsform identischen Elemente mit identischen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Bei der dargestellten Ausführungsform weist die Solarenergiegewinnungseinheit 4 ein Metall- oder Metalllegierungselement 30 auf, mittels welchem Wärmeenergie von der Solarkollektoreinheit 20 dem ersten Kreislauf 12 zugeführt werden kann. Hierfür kann das Metall- oder Metalllegierungselement die Solarkollektoreinheit 20 mit der Dampferzeugungseinheit 8 verbinden. Zusätzlich oder alternativ kann die Solarkollektoreinheit 20 über das Metall- oder Metalllegierungselement 30 mit dem ersten Kreislauf 12 direkt in Verbindung stehen, um diesem somit direkt Wärmeenergie zuzuführen.
  • Entsprechend sind die Mittel 6 zum Vorwärmen des Fluids vorteilhafterweise nicht über die Solarenergiegewinnungseinheit 4 mit der Stromerzeugungseinrichtung 2 verbunden, sondern führen der Stromerzeugungseinrichtung 2 direkt Wärmeenergie zu. Hierfür ist eine operative Verbindung zwischen dem Mittel 6 zum Vorwärmen des Fluids und dem Fluid geschaffen. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem die Mittel 6 im ersten Kreislauf 12 derart integriert sind, daß die Mittel 6 von dem Fluid durchströmt werden. Alternativ kann jedoch auch ein getrennter Kreislauf vorgesehen sein, welcher eine operative Verbindung zwischen den Mitteln 6 und dem ersten Kreislauf 12 schafft.
  • Gemäß der Erfindung wird somit ein System zur Stromerzeugung bereitgestellt, welches im Vergleich zu herkömmlichen Systemen einen verlängerten Betrieb im Volllastzustand ermöglicht, da die Energie einer – vorzugsweise örtlich getrennten – Einheit (insbesondere deren Abwärme) genutzt werden kann, um dem ersten Kreislauf Energie zuzuführen.
  • 2
    Stromerzeugungseinrichtung
    4
    Solarenergiegewinnungseinheit
    6
    Mittel
    8
    Dampferzeugungseinheit
    10
    Generator
    12
    erster Kreislauf
    14
    Dampfturbine
    16
    Kondensator
    18
    Speisepumpe
    20
    Solarkollektoreinheit
    22
    zweiter Kreislauf
    24
    Umwälzpumpe
    26
    Vorwärmer
    28
    Stromerzeugungseinheit
    30
    Metall- oder Metalllegierungselement

Claims (14)

  1. System zur Stromerzeugung, umfassend – eine Stromerzeugungseinrichtung (2), umfassend eine Dampferzeugungseinheit (8), einen Generator (10) zur Stromerzeugung und einen ersten Kreislauf (12) mit einem Fluid, welcher zumindest die Dampferzeugungseinheit (8) und den Generator (10) operativ verbindet, – eine Solarenergiegewinnungseinheit (4), umfassend eine Solarkollektoreinheit (20), wobei die Solarenergiegewinnungseinheit (4) derart mit der Stromerzeugungseinrichtung (2) verbunden ist, dass Wärmeenergie aus der Solarenergiegewinnungseinheit (4) der Dampferzeugungseinheit (8) und/oder dem Fluid des ersten Kreislaufs (12) zugeführt wird, und – Mittel zum Vorwärmen des Fluids, welche mittelbar über die Solarenergiegewinnungseinheit (4) oder unmittelbar mit der Stromerzeugungseinrichtung (2) verbunden sind.
  2. System nach Anspruch 1, wobei die Solarkollektoreinheit (20) als eine Vakuumkollektoreinheit ausgebildet ist.
  3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Dampferzeugungseinheit (8) und der Generator (10) operativ über eine Dampfturbine (14) verbunden sind.
  4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Solarenergiegewinnungseinheit (4) einen, vorzugsweise separaten, zweiten Kreislauf (22) mit einem Wärmeenergieträgerfluid aufweist, welcher zumindest die Solarkollektoreinheit (20) und die Dampferzeugungseinheit (8) und/oder den ersten Kreislauf (12) operativ verbindet, wobei die Wärmeenergie aus der Solarenergiegewinnungseinheit (4) der Dampferzeugungseinheit (8) und/oder dem Fluid des ersten Kreislaufs (12) über den zweiten Kreislauf (22) der Solarenergiegewinnungseinheit (4) zugeführt wird.
  5. System nach Anspruch 4, wobei die Mittel (6) zum Vorwärmen des Fluids operativ mit dem zweiten Kreislauf (22) der Solarenenergiegewinnungseinheit (4) verbunden sind, wobei das Wärmeenergieträgerfluid durch die Mittel (6) zum Vorwärmen des Fluids vorgewärmt wird.
  6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Solarenergiegewinnungseinheit (4) ein Metall- oder Metalllegierungselement (30) aufweist, welches zumindest die Solarkollektoreinheit (20) und die Dampferzeugungseinheit (8) und/oder den ersten Kreislauf (12) operativ verbindet, wobei die Wärmeenergie aus der Solarenergiegewinnungseinheit (4) der Dampferzeugungseinheit (8) und/oder dem Fluid des ersten Kreislaufs (12) der Stromerzeugungseinrichtung über das Metall- oder Metalllegierungselement (30) zugeführt wird.
  7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Mittel (6) zum Vorwärmen des Fluids als Wärmegewinnungseinheit ausgebildet sind, und wobei das Fluid durch die Wärmeenergie aus der Wärmegewinnungseinheit vorgewärmt wird.
  8. System nach Anspruch 7, wobei die Wärmegewinnungseinheit als geothermische Wärmegewinnungseinheit, als Wärmegewinnungseinheit aus der Abwärme von Industrieanlagen und Kraftwerken, als Wärmegewinnungseinheit aus der Verbrennung von erneuerbaren und/oder fossilen Energieträgern oder Kombinationen davon ausgebildet ist.
  9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Mittel (6) zum Vorwärmen des Fluids als Stromerzeugungseinheiten (28) aus erneuerbaren und/oder fossilen Energieträgern ausgebildet sind, und wobei das Fluid durch die Abwärme der Stromerzeugungseinheiten (28) vorgewärmt wird.
  10. System nach Anspruch 9, wobei die Stromerzeugungseinheiten (28) als Biogaseinrichtung, Pflanzenölmotor, Biomasseeinrichtung, Holzpelletseinrichtung, Biodieseleinrichtung, Bioethanoleinrichtung oder Kombinationen davon ausgebildet sind.
  11. System nach Anspruch 9 oder 10, weiterhin aufweisend einen Wärmetauscher, welcher ausgelegt ist, die Wärmeenergie eines Abgasstrahls der Stromerzeugungseinheiten (28) zumindest teilweise dem Fluid zuzuführen.
  12. System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Fluid und das Wärmeenergieträgerfluid unabhängig voneinander zumindest teilweise aus Wasser oder einem Wasser-Ammoniak-Gemisch ausgebildet sind.
  13. System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Mittel (6) zum Vorwärmen des Fluids ausgelegt sind, die Temperatur des Fluids um mindestens etwa 20°C zu erhöhen.
  14. Verfahren zur Stromerzeugung mittels eines Systems zur Stromerzeugung, umfassend (a) das Gewinnen von Wärmeenergie mittels einer Solarenergiegewinnungseinheit (4), (b) das Erzeugen von Strom mittels einer Stromerzeugungseinrichtung (2) aus der in der Solarenergiegewinnungseinheit (4) gewonnenen Wärmeenergie, wobei die Stromerzeugungseinrichtung (2) eine Dampferzeugungseinheit (8), einen Generator (10) zur Stromerzeugung und einen ersten Kreislauf (12) mit einem Fluid, welcher zumindest die Dampferzeugungseinheit (8) und den Generator (10) operativ verbindet, umfasst, und wobei die Solarenergiegewinnungseinheit (4) eine Solarkollektoreinheit (20) umfasst, wobei die Solarenergiegewinnungseinheit (4) derart mit der Stromerzeugungseinrichtung (2) verbunden ist, daß Wärmeenergie aus der Solarenergiegewinnungseinheit (4) der Dampferzeugungseinheit (8) und/oder dem Fluid des ersten Kreislaufs (12) zugeführt wird, und (c) das Vorwärmen des Fluids durch Mittel (6) zum Vorwärmen des Fluids, welche mittelbar über die Solarenergiegewinnungseinheit (4) oder unmittelbar mit der Stromerzeugungseinrichtung (2) verbunden sind.
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WO2010052172A1 (de) * 2008-11-07 2010-05-14 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur entsalzung von salzhaltigem wasser

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