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Die Erfindung betrifft ein Ausdehnungssystem des Wärmeträgermedium-Kreislaufes eines solarthermischen Kraftwerks umfassend einen Ausdehnungsbehälter und einen Flutungsbehälter, wobei der Ausdehnungsbehälter und der Flutungsbehälter über eine erste Fluidleitung miteinander verbunden sind. Ferner betrifft die Erfindung ein solarthermisches Kraftwerk mit einem aus Parabolrinnenkollektoren gebildeten Solarfeld.
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Solarthermische Kraftwerke weisen einen Wärmeträgermedium-Kreislauf und einen damit in Wirkverbindung stehenden Wasserdampfkreislauf auf. Im Wärmeträgermedium-Kreislauf wird ein Wärmeträgermedium oder Wärmeübertragungsmedium im Kreislauf geführt, welches in der Brennlinie von Parabolrinnenspiegeln angeordneten Absorberleitungen durch ein Solarfeld geführt wird und dort von in die Parabolrinnenspiegel der Parabolrinnenkollektoren einfallenden und reflektierten Sonnenstrahlen erwärmt wird. Die Wärme des erwärmten Wärmeübertragungsmediums wird über einen in dem Wärmeträgermedium-Kreislauf vorgesehenen Wärmetauscher an einen Wasserdampfkreislauf abgegeben, in welchem Dampf erzeugt wird. Über eine Turbine wird die in dem Dampf enthaltene Wärme in nutzbare Energie, beispielsweise über einen an die Turbine angeschlossenen Generator in elektrische Energie, umgewandelt. Bei solarthermischen Kraftwerken mit Parabolrinnenspiegeln wird üblicherweise ein Thermoöl als Wärmeträgermedium oder Wärmeübertragungsmedium eingesetzt. Aufgrund des sich bei Betrieb eines solchen solarthermischen Kraftwerkes im Wärmeträgermedium-Kreislauf, beispielsweise beim Wechsel vom Tag zur Nacht, ergebenden Temperaturunterschiedes und damit verbunden sich ändernden Volumens des Wärmeträgermediums, das beispielsweise bei Tag wärmer als bei Nacht ist, muss ein Expansions- oder Ausdehnungssystem vorgesehen sein, das die Volumenausdehnungen des Wärmeträgermediums bei erhöhter Temperatur ausgleicht und kompensiert.
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Aus der Praxis ist es bekannt, ein Ausdehnungssystem aus einem mehrere Meter über dem Erdniveau angeordneten, hochgelegenen Ausdehnungsbehälter und mit mehreren in einem großen Abstand, vorzugsweise mehreren Metern, zu dem Ausdehnungsbehälter angeordneten Flutungsbehältern, die mit dem Ausdehnungsbehälter in fluidleitender Verbindung stehen, auszubilden, wobei je nach Größe des solarthermischen Kraftwerkes mehrere Flutungsbehälter vorgesehen sind. In dem Ausdehnungsbehälter ist ein Gaspolster aus einem Schutzgas bzw. Inertgas ausgebildet, das sich oberhalb des Flüssigkeitsniveaus des Wärmeträgermediums in dem Ausdehnungsbehälter befindet. Der Flutungsbehälter weist vorzugsweise kein Gaspolster auf. Der bekannte Ausdehnungsbehälter ist an der niveaumäßig höchsten Stelle des Wärmeträgermedium-Kreislaufs angeordnet. Er ist mit einem Entlüftungsventil versehen, um sich bildende Gasanteile, beispielsweise Öl-Dampf, des Wärmeträgermediums abblasen zu können. Über Leitungen, in denen ein System von Pumpen und Ventilen angeordnet ist, ist der Ausdehnungsbehälter mit den Flutungsbehältern verbunden, um eine Anpassung des Füllstandes des Ausdehnungsbehälters an die wechselnden Betriebsbedingungen anpassen zu können. Darüber hinaus sind die Pumpen und Ventile redundant ausgebildet, damit die Betriebssicherheit des Ausdehnungssystems gewährleistet ist.
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Nachteilig bei diesem Stand der Technik ist der damit verbundene große Investitionsaufwand, der sich daraus ergibt, dass die Flutungsbehälter und der Ausdehnungsbehälter in einer großen Distanz zueinander angeordnet werden müssen, so dass das Wärmeübertragungssystem dessen Bestandteil das Ausdehnungssystem ist, in mindestens zwei höhenunterschiedlichen Etagen aufgebaut werden muss. Ferner müssen die Armaturen und Pumpen doppelt vorhanden sein. Dies führt ferner dazu, dass der Eigenverbrauch an Energie des Kraftwerkes relativ hoch ist, da die redundant vorhandenen Pumpen elektrische Leistung verbrauchen. Schließlich ist mit dem Vorhandensein von Pumpen und Armaturen auch ein erhöhtes Ausfallrisiko und ein entsprechender Wartungs- und Reparaturaufwand verbunden. Auch muss das gesamte System in die Anlagensteuerung des solarthermischen Kraftwerkes eingebunden sein.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ausdehnungssystem und ein solarthermisches Kraftwerk zur Verfügung zu stellen, welches sich durch eine technisch vereinfachte und konstruktiv weniger aufwändige Ausgestaltung auszeichnet.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 und 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Bei einem Ausdehnungssystem der eingangs näher bezeichneten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Ausdehnungsbehälter auf einem höheren Höhenniveau als der Flutungsbehälter angeordnet ist.
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Durch diese erfindungsgemäße Anordnung des Flutungsbehälters zu dem Ausdehnungsbehälter wird erreicht, dass bei einer Erwärmung des Wärmeträgermediums durch eine thermische Expansionsenergie das Wärmeträgermedium von dem Flutungsbehälter in den höher liegenden Ausdehnungsbehälter gedrückt wird und bei einer Abkühlung des Wärmeträgermediums das Wärmeträgermedium von dem Ausdehnungsbehälter in den Flutungsbehälter zurückströmt. Durch die Anordnung des Ausdehnungsbehälters auf einem höheren Höhenniveau als der Flutungsbehälter wird zwischen dem Ausdehnungsbehälter und dem Flutungsbehälter ein, vorzugsweise leichtes, Gefälle ausgebildet, was das Vorsehen von insbesondere Pumpen nicht mehr notwendig macht. Dadurch, dass nunmehr keine zusätzlichen Hilfsmittel mehr notwendig sind, können die Wartungs- und Reparaturarbeiten deutlich reduziert werden. Insbesondere sind bis auf Armaturen keine beweglichen Teile mehr zwischen dem Ausdehnungsbehälter und dem Flutungsbehälter notwendig. Der Ausdehnungsbehälter und der Flutungsbehälter sind dabei möglichst dicht beieinander angeordnet, so dass auch keine zwei getrennt voneinander angeordneten Etagen für den Ausdehnungsbehälter und den Flutungsbehälter mehr vorgesehen werden müssen. Dies vermindert die Investitionskosten und den konstruktiven Aufwand deutlich. Neben dem verminderten Investitionsaufwand sowie dem verringerten Wartungs- und Reparaturaufwand werden auch der Eigenverbrauch an elektrischer Energie vermindert und die Anlagensteuerung des solarthermischen Kraftwerkes entlastet. Der Ausdehnungsbehälter und der Flutungsbehälter sind dabei vorzugsweise seitlich versetzt zueinander angeordnet, wobei vorzugsweise die Oberkante des Flutungsbehälters auf einer Höhe mit der Unterkante des Ausdehnungsbehälters angeordnet ist.
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Der vorgesehene Ausdehnungsbehälter ist dabei vorzugsweise derart ausgelegt, dass er die Wärmeausdehnung des das Solarfeld durchfließenden Wärmeträgermediums kompensieren kann. Der vorgesehene Flutungsbehälter ist vorzugsweise derart ausgelegt, dass er das Volumen des aufgeheizten Wärmeträgermediums bei der Auslegungstemperatur des Ausdehnungssystems aufnehmen kann. Das Ausdehnungssystem kann dabei auch mehr als einen Ausdehnungsbehälter und/oder mehr als einen Flutungsbehälter umfassen.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der Ausdehnungsbehälter unmittelbar ortsnah zu dem Flutungsbehälter auf einem höheren Höhenniveau als der Flutungsbehälter angeordnet ist. Durch die unmittelbar ortsnahe Anordnung des Ausdehnungsbehälters zu dem Flutungsbehälter kann die erste Fluidleitung zwischen dem Ausdehnungsbehälter und dem Flutungsbehälter möglichst kurz ausgebildet sein, so dass die im Ausdehnungssystem auftretenden Drücke so gering gehalten werden können, dass hierdurch noch verbessert selbständig, ohne zusätzliche Hilfsmittel, wie Pumpen, das Wärmeträgermedium über die erste Fluidleitung von dem Flutungsbehälter in den Ausdehnungsbehälter und umgekehrt fließen kann. Größere Distanzen zwischen dem Ausdehnungsbehälter und dem Flutungsbehälter werden dadurch vermieden. Die erste Fluidleitung weist dabei vorzugsweise einen möglichst großen Durchmesser auf, um in der Fluidleitung auftretende strömungsbedingte Widerstände weitestgehend vermeiden zu können.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Flutungsbehälter über eine zweite Fluidleitung mit einem querschnittserweiterten Leitungsabschnitt einer Wärmeträgermediums führenden Leitung des Wärmeträgermedium-Kreislaufes verbunden. Die Ausbildung eines querschnittserweiterten Leitungsabschnittes innerhalb der das Wärmeträgermedium im Kreislauf führenden Leitung, insbesondere Rohrleitung, ermöglicht die Entgasung des sich beispielsweise bildenden Öl-Dampfes über den Flutungsbehälter in den Ausdehnungsbehälter hinein, da sich in dem erweiterten Leitungsabschnitt die Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgermediums verringert und damit ein Gasaustritt aus dem Flüssigkeitsstrom des Wärmeträgermediums erleichtert wird. Die zweite Fluidleitung zwischen dem Flutungsbehälter und dem querschnittserweiterten Leitungsabschnitt ist vorzugsweise als Hin- und Rücklaufleitung ausgebildet, wobei die zweite Leitung vorzugsweise keine Absperrvorrichtung aufweist und damit eine ständige, ununterbrochene fluidleitende Verbindung bildet. Der querschnittserweiterte Leitungsabschnitt weist vorzugsweise zumindest in strömungsaufwärtiger Richtung des Wärmeträgermedium-Kreislaufs einen in vorzugsweise gleichmäßig stetiger Querschnittsveränderung in den Normalquerschnitt der das Wärmeträgermedium führenden Leitung einmündenden Übergangsabschnitt auf. Hierdurch lässt sich eine gleichmäßige Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit erreichen, indem ein die Strömung des Wärmeträgermediums möglichst wenig beeinträchtigenden und eine gute Entgasung des Wärmeträgermediums ermöglichender Übergang von dem Normalquerschnitt des das Wärmeträgermedium führenden Leitungsrohres des Wärmeträgermedium-Kreislaufes auf den dem gegenüber querschnittserweiterten oder querschnittsvergrößerten Leitungsabschnitt realisiert wird. Um zudem auch einen ebenso gleichmäßigen Anstieg der Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgermediums beim Verlassen des querschnittserweiterten Leitungsabschnittes zu erzielen, kann auch der querschnittserweiterte Leitungsabschnitt in stromabwärtiger Richtung des Wärmeträgermedium-Kreislaufs jeweils einen in vorzugsweise gleichmäßig stetiger Querschnittsveränderung in den Normalquerschnitt der das Wärmeträgermedium führenden Leitung einmündenden Übergangsabschnitt aufweisen.
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Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Ausdehnungsbehälter über eine dritte Fluidleitung mit einem in den Wärmeträgermedium-Kreislauf integrierten Solarfeld verbunden ist. Durch die direkte Verbindung des Solarfeldes mit dem Ausdehnungsbehälter über eine dritte Fluidleitung kann bei einem Abkühlen des Wärmeträgermediums in den Leitungen des Solarfeldes die Ausbildung eines Vakuums in den Leitungen des Solarfeldes und damit in den Leitungen des Wärmeträgermedium-Kreislaufes verhindert werden.
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Vorzugsweise ist es weiter vorgesehen, dass die erste Fluidleitung und die dritte Fluidleitung eine Absperrvorrichtung aufweisen. Durch das Vorsehen einer Absperrvorrichtung an der ersten Fluidleitung und der dritten Fluidleitung sind eine gezielte Steuerung und eine optimale Anpassung des Ausdehnungssystems an den jeweiligen Betriebszustand des Wärmeträgermedium-Kreislaufes und des Solarfeldes und damit an das solarthermische Kraftwerk möglich. Bei Sonneneinstrahlung auf die Parabolrinnenspiegel bzw. die Parabolrinnenkollektoren des Solarfeldes ist vorzugsweise die Absperrvorrichtung an der ersten Fluidleitung offen und die Absperrvorrichtung an der dritten Fluidleitung geschlossen, so dass die Ausdehnung des Wärmeträgermediums in dem Wärmeträgermedium-Kreislauf über den Flutungsbehälter von dem Ausdehnungsbehälter aufgenommen werden kann, indem das Wärmeträgermedium über die zweite Leitung in den Flutungsbehälter und von dem Flutungsbehälter über die erste Leitung in den Ausdehnungsbehälter fließen kann. Dadurch, dass dabei die Absperrvorrichtung in der dritten Leitung vorzugsweise geschlossen ist, kann verhindert werden, dass das Wärmeträgermedium von dem Ausdehnungsbehälter zu dem Solarfeld über die dritte Leitung zurück fließen kann. Erfolgt keine Sonneneinstrahlung auf die Parabolrinnenkollektoren des Solarfeldes, beispielsweise in der Nacht, ist vorzugsweise die Absperrvorrichtung der ersten Leitung geschlossen und die Absperrvorrichtung der dritten Leitung geöffnet. Dadurch kann das Wärmeträgermedium unmittelbar aus den Leitungen des Solarfeldes in den Ausdehnungsbehälter fließen, wodurch die Bildung von Vakuum in dem sich abkühlenden Wärmeträgermedium in den Leitungen des Solarfeldes verhindert werden kann.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein Zusatzausdehnungsbehälter vorgesehen ist, welcher über eine vierte Fluidleitung mit dem Flutungsbehälter verbunden ist, wobei der Zusatzausdehnungsbehälter ein geringeres Volumen als der Ausdehnungsbehälter aufweist. Der Zusatzbehälter ist insbesondere für den Nachtbetrieb bei Entladung des Speichers einsetzbar. Durch das Vorsehen eines Zusatzausdehnungsbehälters zusätzlich zu dem Ausdehnungsbehälter kann es ermöglicht werden, dass die Ausdehnung des Wärmeträgermediums im Speicherkreislauf, welcher ein wesentlich geringeres Volumen als der des Wärmeträgermedium-Kreislaufes des Solarfeldes aufweist, bei der Entladung des thermischen Speichers aufgefangen werden. Durch das Auffangen der Ausdehnung des Wärmeträgermediums mittels des Zusatzausdehnungsbehälters ist eine ansonsten notwendige Abgabe von reinem Schutzgas, insbesondere Stickstoff (N2), aus dem Ausdehnungsbehälter an die Umgebung nicht mehr notwendig, wodurch der Verbrauch des Schutzgases wesentlich reduziert werden kann, da große Mengen an Schutzgas eingespart werden können. Damit kann die Wirtschaftlichkeit des Ausdehnungssystems wesentlich verbessert werden. Der Zusatzausdehnungsbehälter ist zusammen mit dem Flutungsbehälter vorzugsweise derart ausgelegt, dass sie zusammen das Volumen des aufgeheizten Wärmeträgermediums bei Auslegungstemperatur kompensieren können. Der Zusatzausdehnungsbehälter ist vorzugsweise mit der gleichen Art Schutzgas unter Ausbildung eines Gaspolsters wie der Ausdehnungsbehälter beaufschlagt, wobei die Möglichkeit gegeben ist, zwischen dem Zusatzausdehnungsbehälter und dem Ausdehnungsbehälter unterschiedliche Gasdrücke herzustellen. Der Zusatzausdehnungsbehälter ist dabei vorzugsweise ausschließlich mit dem Flutungsbehälter über eine Fluidleitung und nicht mit dem Ausdehnungsbehälter über eine Fluidleitung verbunden. Ferner unterscheidet sich der Zusatzausdehnungsbehälter im Wesentlichen dadurch von dem Ausdehnungsbehälter, dass er ein wesentlich geringeres Volumen und damit geringere Abmessungen aufweist, als der Ausdehnungsbehälter. Der Zusatzausdehnungsbehälter ist vorzugsweise ebenfalls unmittelbar ortsnah, auf einem höheren Höhenniveau als der Flutungsbehälter angeordnet, so dass auch die vierte Fluidleitung möglichst kurz ausgebildet sein kann und keine Pumpen oder Armaturen vorgesehen werden müssen, um eine Fließbewegung zwischen dem Flutungsbehälter und dem Zusatzausdehnungsbehälter zu realisieren.
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Die vierte Fluidleitung zwischen dem Flutungsbehälter und dem Zusatzausdehnungsbehälter weist vorzugsweise keine Absperrvorrichtung auf, so dass zu jeder Zeit ein Austausch an Wärmeträgermedium zwischen dem Flutungsbehälter und dem Zusatzausdehnungsbehälter stattfinden kann.
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Nach einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mehr als ein Ausdehnungsbehälter vorgesehen, wobei die Ausdehnungsbehälter miteinander in fluidleitender Verbindung stehen und auf im Wesentlichen demselben Höhenniveau zueinander angeordnet sind. Die Ausdehnungsbehälter sind damit vorzugsweise alle auf einer Ebene angeordnet, wobei die Ausdehnungsbehälter in fluidleitender Verbindung miteinander stehen, so dass ohne Pumpen oder sonstige Armaturen die Flüssigkeit in Form des Wärmeträgermediums von einem Ausdehnungsbehälter selbständig in einen benachbarten Ausdehnungsbehälter fließen kann, wobei die fluidleitenden Verbindungen unterhalb des Flüssigkeitsniveaus in den einzelnen Ausdehnungsbehältern ausgebildet sind und dadurch insgesamt über die jeweils vorhandene Anzahl an Ausdehnungsbehältern hinweg in allen Ausdehnungsbehältern dasselbe Flüssigkeitsniveau des Wärmeträgermediums sich einstellen kann. Damit sind Pumpen und Armaturen zwischen den Ausdehnungsbehältern nicht mehr notwendig, was die Wartungs- und Reparaturarbeiten des Ausdehnungssystems deutlich reduziert. Insbesondere sind keine beweglichen Teile mehr zwischen zwei Ausdehnungsbehältern notwendig. Neben dem verminderten Investitionsaufwand sowie dem verringerten Wartungs- und Reparaturaufwand werden auch der Eigenverbrauch an elektrischer Energie vermindert und die Anlagensteuerung des solarthermischen Kraftwerkes entlastet. Vorzugsweise sind die Ausdehnungsbehälter mit einem aus dem gleichen Schutzgas gebildeten Gaspolster gleichen Drucks beaufschlagt, wobei zweckmäßigerweise der Druck über dem Dampfdruck des Wärmeträgermediums liegt, wodurch ein Verdampfen des Wärmeträgermediums unterbunden werden kann.
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Die Anzahl an Ausdehnungsbehältern mit denen das Ausdehnungssystem ausgestattet ist, hängt individuell von der jeweiligen Anlagengröße ab und ist ebenso wie die Größe der einzelnen Ausdehnungsbehälter je nach Ausgestaltung und Leistung des Wärmeträgermedium-Kreislaufs und des solarthermischen Kraftwerkes ausgelegt. Hierbei ist die Größe der einzelnen Ausdehnungsbehälter im Wesentlichen von dem jeweils gewählten Produktionsverfahren und auch Transportverfahren begrenzt.
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Ein oder mehrere Ausdehnungsbehälter weisen vorzugsweise ein Sicherheitsventil in Form eines Überdruckventils auf. Hierdurch werden ein über das zulässige Maß hinausgehender Druckanstieg und damit eine übermäßige Gasansammlung in den in Form einer kommunizierenden Röhre miteinander verbundenen Ausdehnungsbehältern vermieden. Der Zusatzausdehnungsbehälter kann ebenfalls ein Überdruckventil aufweisen.
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Um je nach Wunsch und Bedarf eine Entgasung der Ausdehnungsbehälter vornehmen zu können, können ein oder mehrere Ausdehnungsbehälter ein Entgasungsventil aufweisen. Wenn die Gasräume oder Gaspolsterräume der einzelnen Ausdehnungsbehälter in fluidleitender Verbindung über eine Rohrleitung miteinander verbunden sind, in welcher das Entgasungsventil angeordnet ist, dann lässt sich beispielsweise von einer Leitwarte aus das Entgasungsventil als Abblaseventil betätigen und damit eine gleichmäßige Entgasung aller vorhandener und in fluidleitender Verbindung mit dem Entgasungsventil stehender Ausdehnungsbehälter durchführen. Der Zusatzausdehnungsbehälter kann ebenfalls ein Entgasungsventil aufweisen. Das Entgasungsventil oder die Entgasungsventile können über eine Signalleitung von einer Leitwarte aus ansteuerbar ausgebildet sein.
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Die mehreren Ausdehnungsbehälter können nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung in einer seriellen Anordnung oder in einer parallelen Anordnung zu dem Flutungsbehälter positioniert sein. Die serielle Anordnung, d. h. die Anordnung der Ausdehnungsbehälter zu dem Flutungsbehälter in Reihe, zeichnet sich durch eine besonders gute Handhabung von Spannungszuständen aus, insofern diese im größten Umfang in dem dem Flutungsbehälter am nächsten angeordneten Ausdehnungsbehälter aufgefangen werden. Dieser dem Flutungsbehälter am nächsten angeordnete Ausdehnungsbehälter ist dabei bevorzugt auf die entsprechend höheren Spannungszustände auszulegen, wohingegen die übrigen, weiter von dem Flutungsbehälter entfernt angeordneten Ausdehnungsbehälter bevorzugt für entsprechend niedrigere Lastfälle ausgelegt sind. Bei der seriellen Anordnung mündet die erste Leitung von dem Flutungsbehälter unmittelbar in den dem Flutungsbehälter am nächsten angeordneten Ausdehnungsbehälter. Bei der parallelen Anordnung mündet vorzugsweise die erste Leitung von dem Flutungsbehälter in eine gemeinsame Leitung der parallel zueinander angeordneten Ausdehnungsbehälter und nicht unmittelbar in einen Ausdehnungsbehälter.
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Ferner zeichnet sich die Erfindung durch ein solarthermisches Kraftwerk umfassend ein wie vorstehend aus- und weitergebildetes Ausdehnungssystem aus.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines, in einen Wärmeträgermedium-Kreislauf eines solarthermischen Kraftwerkes eingebundenen, erfindungsgemäßen Ausdehnungssystems, wobei die Ausdehnungsbehälter zu dem Flutungsbehälter in einer seriellen Anordnung angeordnet sind; und
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2 eine schematische Darstellung eines Flutungsbehälters und zweier Ausdehnungsbehälter eines erfindungsgemäßen Ausdehnungssystems in einer parallelen Anordnung.
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1 zeigt in schematischer Darstellung einen Wärmeträgermedium-Kreislauf 10 eines solarthermischen Kraftwerks, der durch eine kreisförmig geführte Rohrleitung 12 symbolisiert schematisch dargestellt ist. In dem Wärmeträgermedium-Kreislauf 10 ist ein mit Parabolrinnenspiegeln bzw. Parabolrinnenkollektoren ausgestattetes Solarfeld 14 ausgebildet, in welchem das in dem Wärmeträgermedium-Kreislauf 10 von einer oder mehreren Pumpen 16 in Strömungsrichtung 18 bewegte Wärmeträgermedium 20, beispielsweise Thermoöl, von der Spiegelfläche der Parabolrinnenkollektoren reflektierte Sonnenstrahlung in Form von Wärme aufnimmt. Das erhitzte Wärmeträgermedium 20 gibt in einer mehrere Wärmetauscher aufweisenden Wärmeübertragungsstufe 22 Wärme an den Wasserdampfkreislauf 24 des solarthermischen Kraftwerkes ab. Stromabwärts der Wärmeübertragungsstufe 22 und stromaufwärts der Pumpe 16 ist in einer Leitung 26 des Wärmeträgermedium-Kreislaufs 10 ein querschnittserweiterter Leitungsabschnitt 28 ausgebildet. In aus der 1 nicht ersichtlicher Art und Weise ist an beiden Enden des querschnittserweiterten Leitungsabschnittes 28 jeweils ein Übergangsabschnitt ausgebildet, längs welchem eine stetige Querschnittsveränderung vom Querschnitt des querschnittserweiterten Leitungsabschnittes 28 auf den Querschnitt der das Wärmeträgermedium 20 in diesem Bereich führenden Leitung 26 ausgebildet, so dass dieser Übergangsabschnitt vom querschnittserweiterten Leitungsabschnitt 28 aus in den Normalquerschnitt der Leitung 26 einmündet. Der querschnittserweiterte Leitungsabschnitt 28 ist Bestandteil des als gestrichelte Linie 30 dargestellten Ausdehnungssystems.
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In der in 1 gezeigten möglichen Ausführungsform umfasst das Ausdehnungssystem 30 einen Flutungsbehälter 32, zwei Ausdehnungsbehälter 34a, 34b, und einen Zusatzausdehnungsbehälter 36. Die Ausdehnungsbehälter 34a, 34b und der Zusatzausdehnungsbehälter 36 sind auf einem höheren Höhenniveau als der Flutungsbehälter 32 angeordnet. Der Flutungsbehälter 32 ist über eine erste Fluidleitung 38 mit dem ihm am nächsten angeordneten Ausdehnungsbehälter 34a verbunden. Durch die Anordnung der Ausdehnungsbehälter 34a, 34b und des Zusatzausdehnungsbehälters 36 auf einem höher gelegenen Höhenniveau als der Flutungsbehälter 32 wird ein zumindest leichtes Gefälle zwischen den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b bzw. des Zusatzausdehnungsbehälter 36 und dem Flutungsbehälter 32 ausgebildet, wodurch das Wärmeträgermedium selbständig, d. h. ohne das Vorsehen von Hilfsmitteln, wie Pumpen, zwischen dem Flutungsbehälter 32 und den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b bzw. dem Zusatzausdehnungsbehälter 36 fließen kann. Hilfsmittel, wie Pumpen, zur Bewegung der Flüssigkeit in Form des Wärmeträgermediums 20 von dem Flutungsbehälter 32 in die Ausdehnungsbehälter 34a, 34b bzw. den Zusatzausdehnungsbehälter 36 und umgekehrt sind dadurch nicht mehr notwendig. Der Flüssigkeitsaustausch zwischen dem Flutungsbehälter 32 und den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b bzw. dem Zusatzausdehnungsbehälter 36 erfolgt selbsttätig.
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Ferner ist der Flutungsbehälter 32 über eine zweite Fluidleitung 40 mit dem querschnittserweiterten Leitungsabschnitt 28 der Leitung 26 verbunden, über welche das Wärmeträgermedium 20 aus dem Wärmeträgermedium-Kreislauf 10 in den Flutungsbehälter 32 und wieder zurück in den Wärmeträgermedium-Kreislauf 10 fließen kann.
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Über eine dritte Fluidleitung 42 sind die Ausdehnungsbehälter 34a, 34b, in der hier gezeigten Ausführungsform der Ausdehnungsbehälter 34a mit dem in den Wärmeträgermedium-Kreislauf 10 integrierten Solarfeld 14 verbunden. Durch die direkte Verbindung des Solarfeldes 14 bzw. der Leitungen des Solarfeldes 14 mit den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b über die dritte Fluidleitung 42 kann bei einem Abkühlen des Wärmeträgermediums 20 in den Leitungen des Solarfeldes 14 die Ausbildung eines Vakuums in den Leitungen des Solarfeldes 14 und damit in den Leitungen 12 des Wärmeträgermedium-Kreislaufes 10 verhindert werden.
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Neben den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Zusatzausdehnungsbehälter 36 vorgesehen, welcher über eine vierte Fluidleitung 44 unmittelbar mit dem Flutungsbehälter 32 verbunden ist. Der Zusatzausdehnungsbehälter 36 ist dabei nicht mit den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b über eine Fluidleitung verbunden. Der Zusatzausdehnungsbehälter 36 weist ein geringeres Volumen auf als die Ausdehnungsbehälter 34a, 34b, wobei das Volumen des Zusatzausdehnungsbehälters 36 vorzugsweise etwa Einhundertstel des Volumens der Ausdehnungsbehälter 34a, 34b aufweist.
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An der ersten Fluidleitung 38 und der dritten Fluidleitung 42 ist jeweils ein Absperrventil 46, 48 vorgesehen, mittels welcher die jeweiligen Fluidleitungen 38, 42 geschlossen oder geöffnet werden können. An der zweiten Fluidleitung 40 und der vierten Fluidleitung 44 sind keine Absperrventile vorgesehen, so dass diese Fluidleitungen 40, 44 permanent geöffnet sind, so dass zu jeder Zeit das Wärmeträgermedium 20 diese Fluidleitungen 40, 44 durchfließen kann.
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Tagsüber, bei Sonneneinstrahlung auf die Parabolrinnenkollektoren des Solarfeldes 14, ist das Absperrventil 46 der ersten Fluidleitung 38 geöffnet und das Absperrventil 48 geschlossen, so dass das sich ausdehnende Wärmeträgermedium 20 durch die erste Fluidleitung 38, die zweite Fluidleitung 40 und die vierte Fluidleitung 44 ungehindert fließen kann und sich über den Flutungsbehälter 32 in die Ausdehnungsbehälter 34a, 34b und den Zusatzausdehnungsbehälter 36 ausdehnen kann. Die thermische Ausdehnung des Wärmeträgermediums 20 wird somit bei diesem Betriebszustand von allen Behältern, dem Flutungsbehälter 32, den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b und dem Zusatzausdehnungsbehälter 36, aufgenommen.
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Bei Speicherbetrieb ohne Sonneneinstrahlung, z. B. abends oder nachts, wird das Absperrventil 46 der ersten Fluidleitung 38 geschlossen und das Absperrventil 48 der dritten Fluidleitung 42 geöffnet. Das Wärmeträgermedium 20 kann nun über die zweite Fluidleitung 40, die dritte Fluidleitung 42 und die vierte Fluidleitung 44 ungehindert fließen. Dadurch wird bei der Abkühlung des Wärmeträgermediums 20 die Bildung von Vakuum in den Leitungen des Solarfeldes 14 vermieden. Gleichzeitig wird der thermische Speicher 50, welcher in der Nähe des Solarfeldes 14 angeordnet ist, entladen, wobei hierbei der Flutungsbehälter 32 die Ausdehnung des Wärmeträgermediums 20 kompensiert, um einen Druck über dem Auslegungswert des Ausdehnungssystems 30 zu vermeiden. Da der Flutungsbehälter 32 zu Beginn des Speicherbetriebs des thermischen Speichers 50 in der Regel komplett mit Wärmeträgermedium 20 aufgefüllt ist, wird das sich durch die Speicherentladung ausdehnende Wärmeträgermedium 20 von dem Zusatzausdehnungsbehälter 36 aufgenommen. Durch den Zusatzausdehnungsbehälter 36 kann erreicht werden, dass in diesem Betriebszustand wie sonst üblich kein Schutzgas, insbesondere kein Stickstoff, an die Umgebung abgegeben werden muss, wodurch der Verbrauch an Schutzgas deutlich reduziert werden kann.
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Über Nacht fallen Pegel und Druck in den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b, so dass am nächsten Morgen, das Absperrventil 46 wieder geöffnet werden kann und die Ausgangszustände in den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b und dem Flutungsbehälter 32 wieder hergestellt sein können.
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Die Ausdehnungsbehälter 34a, 34b sind im Wesentlichen höhengleich zueinander positioniert und in ihren unteren Behälterbereichen über eine Fluidleitung 52 miteinander verbunden, so dass sich innerhalb der Ausdehnungsbehälter 34a, 34b jeweils ein Volumen an Wärmeträgermedium 20 derart ausbilden und ansammeln kann, dass in den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b dasselbe Niveau einer Badspiegeloberfläche erreicht wird. Durch die derart miteinander kommunizierend verbundene Ausgestaltung der fluidleitenden Verbindung zwischen den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b ist es nicht mehr notwendig, im Bereich der Fluidleitung 52 zwischen diesen Ausdehnungsbehältern 34a, 34b Pumpen oder Armaturen auszubilden und anzuordnen. Der Flüssigkeitsaustausch zwischen den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b erfolgt selbsttätig.
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Oberhalb des Badspiegels bzw. der Badspiegeloberfläche sind die Ausdehnungsbehälter 34a, 34b und der Zusatzausdehnungsbehälter 36 mit einem Gaspolster 54 aus Schutzgas, im Ausführungsbeispiel zum Beispiel Stickstoff, ausgestattet. In den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b und dem Zusatzausdehnungsbehälter 36 sind vorzugsweise die gleiche Art Schutzgas vorgesehen. Hierbei ist der Gasdruck in den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b gleich, wobei in dem Zusatzausdehnungsbehälter 36 ein anderer Gasdruck eingestellt werden kann als in den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b. Der Flutungsbehälter 32 muss im Gegensatz zu den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b und dem Zusatzausdehnungsbehälter 36 kein Gaspolster aufweisen, sondern kann ausschließlich mit dem Wärmeträgermedium 20 gefüllt werden. Es ist aber auch möglich, dass der Flutungsbehälter 32 auch ein, vorzugsweise sehr geringes, Gaspolster aufweist.
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An den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b, dem Zusatzausdehnungsbehälter 36 und dem Flutungsbehälter 20 sind jeweils ein Entlüftungsventil 56 angeordnet, welche in nicht dargestellter Weise über eine Signalleitung mit einer Steuerwarte oder Leitwarte in Wirkverbindung stehen, von welcher Leitwarte aus die Entlüftungsventile ansteuerbar sind.
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Aus Sicherheitsgründen ist ferner an den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b, an dem Zusatzausdehnungsbehälter 36 und dem Flutungsbehälter 32 jeweils ein als Überdruckventil ausgebildetes Sicherheitsventil 58 vorgesehen, über welches bei unzulässig hohem Gasdruck Gas aus dem Ausdehnungssystem 30 ausgelassen werden kann.
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Auch wenn im Ausführungsbeispiel das Ausdehnungssystem 30 zwei Ausdehnungsbehälter 34a, 34b, einen Zusatzausdehnungsbehälter 36 und einen Flutungsbehälter 32 umfasst, so kann das erfindungsgemäße Ausdehnungssystem 30 auch aus einer beliebigen Anzahl an Ausdehnungsbehältern 34a, 34b, Zusatzausdehnungsbehältern 36 und Flutungsbehältern 32, mindestens aber aus jeweils einem, bestehen, die je nach Größe und Auslegung des Wärmeträgermedium-Kreislaufes 10 und des Wasserdampfkreislaufes und der Leistung des solarthermischen Kraftwerkes ausgewählt und ausgelegt sind.
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Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform sind die Ausdehnungsbehälter 34a, 34b in einer seriellen Anordnung zu dem Flutungsbehälter 32 angeordnet. Die serielle Anordnung, d. h. die Anordnung der Ausdehnungsbehälter 34a, 34b zu dem Flutungsbehälter 32 in Reihe, zeichnet sich durch eine besonders gute Handhabung von Spannungszuständen aus, insofern diese im größten Umfang in dem dem Flutungsbehälter 32 am nächsten angeordneten Ausdehnungsbehälter 34a aufgefangen werden. Bei der seriellen Anordnung mündet die erste Leitung 38 von dem Flutungsbehälter 32 unmittelbar in den dem Flutungsbehälter 32 am nächsten angeordneten Ausdehnungsbehälter 34a.
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2 zeigt eine parallele Anordnung der Ausdehnungsbehälter 34a, 34b zu dem Flutungsbehälter 32. Bei der parallelen Anordnung mündet die erste Leitung 38 von dem Flutungsbehälter 32 in die, die Ausdehnungsbehälter 34a, 34b miteinander verbindende, Fluidleitung 52 und nicht unmittelbar in einen der Ausdehnungsbehälter 34a, 34b.
