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Die vorliegende Erfindung betrifft ein solarthermisches Kraftwerk mit einer Reflektorvorrichtung und einer Absorbervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, einem Parabolrinnenreceiver nach dem Oberbegriff des Anspruchs 13 sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solarthermischen Kraftwerks.
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Solarthermische Kraftwerke sind hinlänglich bekannt. Bisher werden bei solarthermischen Kraftwerken flüssige Wärmeträgermedien mit Hilfe des Sonnenlichts erwärmt, indem das Sonnenlicht über Reflektoren auf einen Absorber reflektiert wird, der von dem flüssigen Wärmeträger durchflossen wird. Als Wärmeträger dienen beispielsweise ein Thermoöl oder Wasser. Die thermische Energie des Wärmeträgermediums wird anschließend entweder sofort genutzt, beispielsweise zur Stromerzeugung, oder es findet eine kurzzeitige Wärmespeicherung statt. Bei der Verwendung von Thermoöl wird die thermische Energie in einem indirekten Wärmeübertrager an einen Verdampfungsprozess abgegeben, so dass über den erhaltenen Dampf eine Dampfturbine angetrieben werden kann. Bei der Verwendung von Wasser kann auch eine Direktverdampfung stattfinden.
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Ferner ist es bekannt, die thermische Energie kurzzeitig zu speichern, um beispielsweise ein Betrieb des solarthermischen Kraftwerks zu Zeiten von geringer oder keiner Sonneneinstrahlung zu gewährleisten. Dabei erfolgt eine indirekte Wärmeübertragung des Wärmeträgers an ein geeignetes Speichermedium, das die Wärme in ausreichender Menge speichert und bei Bedarf wieder zur Verfügung stellen kann. Durch jede Wärmeübertragung entstehen jedoch Exergieverluste, die einen irreversiblen Wärmeverlust zur Folge haben.
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Bei solarthermischen Kraftwerken kommen Parabolrinnenreceiver zum Einsatz, die die solare Strahlung auf Absorberrohre, durch die das flüssige Wärmeträgermedium fließt, konzentrieren. Bei Fresnel-Kollektoren werden einzelne Spiegelflächen geneigt, um das Sonnenlicht auf Absorberrohre zu konzentrieren. Ferner sind sogenannte Solarturmkraftwerke bekannt, bei denen über eine Vielzahl von Reflektorflächen, sogenannten Heliostaten, auf einen zentralen Absorber Sonnenlicht gelenkt wird.
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Aus der nachveröffentlichten
DE 10 2010 062 367 A1 der Anmelderin ist ein Turmkraftwerk mit Heliostaten bekannt, das einen Wärmeträger in Form von Partikeln verwendet.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein solarthermisches Kraftwerk dahingehend weiterzuentwickeln, dass eine Wärmespeicherung mit möglichst geringen Exergieverlusten ermöglicht ist. Es ist ferner die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Parabolrinnenreceiver für ein derartiges Kraftwerk zur Verfügung zu stellen. Schließlich ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb eines solarthermischen Kraftwerks bereitzustellen, das einen möglichst geringen Exergieverlust bei der Speicherung von thermischer Energie ermöglicht.
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Das erfindungsgemäße solarthermische Kraftwerk ist durch den Patentanspruch 1 definiert. Der erfindungsgemäße Parabolrinnenreceiver ist durch den Patentanspruch 13 definiert. Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch den Anspruch 20 definiert.
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Das erfindungsgemäße solarthermische Kraftwerk weist eine Reflektorvorrichtung mit Reflektorflächen und einer Absorbervorrichtung auf. Über die Reflektorflächen der Reflektorvorrichtung wird Sonnenlicht auf die Absorbervorrichtung reflektiert. Ferner ist ein Wärmeträger vorgesehen, der durch die Absorbervorrichtung zur Aufnahme von thermischer Energie des Sonnenlichts leitbar ist. Ein Verbraucher von thermischer Energie wird über den Wärmeträger mit thermischer Energie versorgt. Als Wärmeträger ist ein freifließendes Schüttgut vorgesehen, wobei über den Wärmeträger ein Transport der thermischen Energie zu dem Verbraucher und/oder eine Speicherung der thermischen Energie erfolgt. Das erfindungsgemäße solarthermische Kraftwerk hat den Vorteil, dass die Verwendung des Wärmeträgers als ein freifließendes Schüttgut und somit als ein Feststoff, die von dem Sonnenlicht auf den Wärmeträger übertragene thermische Energie direkt in dem Wärmeträger gespeichert werden kann. Durch die direkte Speicherung der thermischen Energie in dem Wärmeträger werden dabei die durch eine Wärmeübertragung auf ein Speichermedium entstehenden Exergieverluste vermieden. Dadurch ist eine Speicherung von thermischer Energie mit besonders hohem Wirkungsgrad realisierbar. Über den Wärmeträger lässt sich darüber hinaus auch ein Transport der thermischen Energie zu einem Verbraucher realisieren. Die thermische Energie des Wärmeträgers kann beispielsweise über einen Wärmeübertrager an einen Verdampfungsprozess abgegeben werden, um eine Dampfturbine zur Erzeugung von elektrischer Energie zu betreiben.
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Unter Verbraucher im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist grundsätzlich jeder Nutzer von thermischer Energie zu verstehen. Dies können insbesondere Verbraucher von thermischer Energie sein, die elektrische Energie erzeugen, wie beispielsweise Verdampfer mit einer Dampfturbine oder auch Nutzer von Prozesswärme oder Ähnlichem sein.
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Die Reflektorvorrichtung ist als Parabolrinnenreceiver und die Absorbervorrichtung rohrförmig ausgebildet. Über ein Parabolrinnenreceiver lässt sich in vorteilhafter Weise Sonnenlicht auf einen rohrförmigen Absorber reflektieren, wobei der erfindungsgemäße Wärmeträger in Form eines freifließenden Schüttguts mit geringem Aufwand durch den rohrförmigen Absorber geleitet werden kann.
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Die Erfindung sieht in vorteilhafter Weise vor, dass der Verbraucher einen Wärmeübertrager aufweist, über den die thermische Energie auf ein Arbeitsmedium des Verbrauchers übertragen wird. Es kann beispielsweise ein Verdampfer sein, in dem das Arbeitsmedium Wasser verdampft wird.
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Das erfindungsgemäße solarthermische Kraftwerk kann einen wärmeisolierten Speicherraum aufweisen, in dem das die thermische Energie aufweisende Schüttgut aufgenommen wird. Über den wärmeisolierten Speicherraum ist die thermische Energie dem erfindungsgemäßen Wärmeträger in besonders vorteilhafter Weise speicherbar. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Speicher, beispielsweise ein Silo, unterirdisch angeordnet wird, was den Vorteil hat, dass das Erdreich zur Isolation des Speicherraums beitragen kann.
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Die Erfindung sieht in vorteilhafter Weise vor, dass ein erstes Fördersystem zum Transport des Wärmeträgers zu der Absorbervorrichtung vorgesehen ist. Das erste Fördersystem kann beispielsweise ein Becherwerk oder Ähnliches sein. Ferner kann vorgesehen sein, dass über ein zweites Fördersystem ein Abtransport des Wärmeträgers von der Absorbervorrichtung erfolgt. Ein zweites Fördersystem kann beispielsweise als Zellradschleuse oder Förderschnecke ausgebildet sein.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Luftstromerzeuger zur Erzeugung eines Luftstroms und/oder eines Luftbettes in der Absorbervorrichtung vorgesehen ist. Auf diese Weise lässt sich der erfindungsgemäße Wärmeträger in vorteilhafter Weise durch die Absorbervorrichtung, beispielsweise durch die rohrförmig ausgebildete Absorbervorrichtung, transportieren. Die Absorbervorrichtung kann auch mit einem Gefälle angeordnet sein, so dass ein Transport des erfindungsgemäßen Wärmeträgers durch die Schwerkraft erfolgt. Selbstverständlich ist es auch möglich, die unterschiedlichen Transportmethoden des Wärmeträgers durch die Absorbervorrichtung zu kombinieren, so dass beispielsweise ein Luftstrom und/oder ein Luftbett in der Absorbervorrichtung erzeugt wird und gleichzeitig die Absorbervorrichtung mit einem Gefälle angeordnet ist, so dass die Schwerkraft den Transport des Wärmeträgers unterstützt.
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Als Wärmeträger kann ein hochtemperaturfestes Granulat vorgesehen sein. Der Wärmeträger kann beispielsweise ein gesintertes Bauxit sein. Derartige Stoffe haben sich in besonders vorteilhafter Weise zum Transport und zur Speicherung von thermischer Energie in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerk erwiesen.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Partikel des Wärmeträgers eine gerundete Form aufweisen. Durch die gerundete Form lässt sich der erfindungsgemäße Wärmeträger in vorteilhafter Weise, beispielsweise durch die Absorbervorrichtung, transportieren, da die einzelnen Partikel des Wärmeträgers durch die gerundete Form abrollen können.
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Diesbezüglich hat sich gesintertes Bauxit als besonders vorteilhaft herausgestellt, da die einzelnen Partikel von gesintertem Bauxit eine relativ runde Form aufweisen und darüber hinaus eine gute optische Eigenschaft zur solaren Absorption besitzen.
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In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Partikel des Wärmeträgers eine mittlere Korngröße von 1 mm besitzen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Partikel des Wärmeträgers eine möglichst kleine Korngrößenverteilung besitzen, beispielsweise eine maximale Abweichung von der mittleren Korngröße von 20%. Auf diese Weise lässt sich durch die entsprechende Ausgestaltung der Absorbervorrichtung ermöglichen, dass die einzelnen Partikel des Wärmeträgers einlagig durch die Absorbervorrichtung geleitet werden. Dadurch wird verhindert, dass sich einzelne Partikel des Wärmeträgers gegenseitig ”abschatten”, so dass eine homogene Wärmeverteilung in dem Wärmeträger vorliegt. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass das solarthermische Kraftwerk eine Mischvorrichtung aufweist, über die der Wärmeträger durchmischbar ist. Dies kann beispielsweise über Pumpen erfolgen. Die Mischvorrichtung kann in Transportrichtung des Wärmeträgers hinter der Absorbervorrichtung oder auch innerhalb der Absorbervorrichtung, beispielsweise zwischen einzelnen Absorbern der Absorbervorrichtung angeordnet sein. Über die Mischvorrichtung ist der Wärmeträger durchmischbar, so dass über den Querschnitt des Durchstroms eine homogenere Wärmeverteilung erreicht werden kann.
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Die Erfindung sieht ferner einen Parabolrinnenreceiver, der insbesondere in dem erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerk verwendet werden kann, vor. Der Parabolrinnenreceiver weist parabolförmige Reflektorflächen und eine rohrförmige Absorbervorrichtung mit einem Rohrraum auf. Die parabolförmigen Reflektorflächen reflektieren im Betrieb Sonnenlicht auf die rohrförmige Absorbervorrichtung. Es ist ferner ein Wärmeträger vorgesehen, der durch den Rohrraum der rohrförmigen Absorbervorrichtung zur Aufnahme von thermischer Energie des Sonnenlichts leitbar ist. Der Wärmeträger ist als ein freifließendes Schüttgut ausgebildet. Ein derartiger Parabolrinnenreceiver hat den Vorteil, dass durch die Verwendung eines Wärmeträgers in Form eines freifließenden Schüttgutes die auf den Wärmeträger übertragene thermische Energie in vorteilhafter Weise gespeichert werden kann, da der eine thermische Energie aufweisende Wärmeträger zur Speicherung der thermischen Energie gelagert werden kann, so dass eine direkte Speicherung der thermischen Energie in dem Wärmeträger erfolgt.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Rohrraum der rohrförmigen Absorbervorrichtung einen rechteckigen, ringförmigen oder ringstückförmigen Rohrraumquerschnitt aufweist. Derartige Rohrraumquerschnitte haben sich als besonders vorteilhaft bei der Verwendung in einem erfindungsgemäßen Parabolrinnenreceiver erwiesen, da eine derartig geformte Absorbervorrichtung das von den Reflektorflächen reflektierte Sonnenlicht in vorteilhafter Weise auf die Absorbervorrichtung fokussiert werden kann. Darüber hinaus können derartige Rohrraumquerschnitte mit einem geringen Durchmesser in horizontaler oder radialer Richtung ausgebildet werden, so dass nur eine oder wenige Lagen von Partikeln des Wärmeträgers durch den Rohrraum transportiert werden, wodurch nur eine geringe oder keine Abschattung der Partikel durch andere Partikel entsteht. Dadurch ist eine homogene Wärmeverteilung in dem Wärmeträger erreichbar.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass der Rohrraum in horizontaler oder radialer Richtung einen Durchmesser DR und die Partikel des Wärmeträgers eine mittlere Korngröße K aufweisen, wobei gilt: K < DR < 2K. Dadurch kann gewährleistet werden, dass die Partikel des Wärmeträgers einlagig durch die rohrförmige Absorbervorrichtung transportiert bzw. geleitet werden, wodurch es nicht zu einer Abschattung von einzelnen Partikeln durch andere Partikel kommen kann. Auf diese Weise kann eine besonders homogene Wärmeverteilung in dem Wärmeträger erreicht werden.
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Die Absorbervorrichtung kann aus einem Außenrohr und einem konzentrisch zu dem Außenrohr angeordneten Innenrohr bestehen. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Außenrohr und das Innenrohr einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen und der Rohrraum ein zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr gebildeter Spalt ist. Eine derartige Absorbervorrichtung ist auf konstruktiv besonders einfache Art und Weise herstellbar.
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In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die rohrförmige Absorbervorrichtung mit einem Gefälle angeordnet ist. Auf diese Weise lässt sich der Wärmeträger auf einfache Art und Weise durch die Absorbervorrichtung transportieren, da der Wärmeträger durch die Schwerkraft durch die Absorbervorrichtung rutscht bzw. gleitet.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass in einer Haltevorrichtung der rohrförmigen Absorbervorrichtung oder in einer Stützvorrichtung des Parabolrinnenreceivers eine hydraulische Verstelleinrichtung angeordnet ist, über die das Gefälle der rohrförmigen Absorbervorrichtung einstellbar ist. Dadurch kann die Geschwindigkeit, mit der der Wärmeträger durch die Absorbervorrichtung rutscht, eingestellt werden. Dadurch kann beispielsweise die Temperatur des Wärmeträgers beeinflusst werden, da die Verweilzeit des Wärmeträgers in der Absorbervorrichtung variiert werden kann.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass der erfindungsgemäße Parabolrinnenreceiver einen Rüttler aufweist, der eine Vibration in die rohrförmige Absorbervorrichtung induziert. Dadurch kann verhindert werden, dass der Wärmeträger in Form eines fließfähigen Schüttgutes sich in der Absorbervorrichtung festsetzt oder im Falle einer Festsetzung kann eine Brückenbildung des Schüttgutes aufgelockert werden. Dadurch kann ein zuverlässiger Fluss des Wärmeträgers durch die Absorbervorrichtung gewährleistet werden.
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Der Rüttler kann beispielsweise auch durch die hydraulische Verstelleinrichtung gebildet sein.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines solarthermischen Kraftwerks sieht folgende Schritte vor: Einleiten eines Wärmeträgers in Form eines freifließenden Schüttgutes in einen Rohrraum einer rohrförmigen Absorbervorrichtung eines Parabolrinnenreceivers, Reflektieren von Sonnenlicht mittels Reflektorflächen des Parabolrinnenreceivers auf die Absorbervorrichtung zum Zuführen von thermischer Energie des Sonnenlichts in den Wärmeträger, Transport des Wärmeträgers zu einem Verbraucher und/oder Speicherung der thermischen Energie über den Wärmeträger.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass ein solarthermisches Kraftwerk direkt über den Wärmeträger die thermische Energie speichern kann. Dadurch ist eine Energiespeicherung mit sehr hohem Wirkungsgrad und mit nur geringen Exergieverlusten verwirklichbar.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorsehen, dass zur Speicherung der thermischen Energie der Wärmeträger in einen isolierten Speicherraum transportiert und gelagert wird. In einem isolierten Speicherraum kann eine große Menge des Wärmeträgers gelagert werden, wodurch eine große Menge thermische Energie gespeichert werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorsehen, dass zu Zeiten hoher Sonneneinstrahlung der Wärmeträger von der Absorbervorrichtung zu dem Wärmeübertrager und dem isolierten Speicherraum, um auch zu Zeiten mit geringer Sonneneinstrahlung der Wärmeträger von der Absorbervorrichtung und dem isolierten Speicherraum zu dem Wärmeübertrager und zu Zeiten ohne Sonneneinstrahlung von dem isolierten Speicherraum zu dem Wärmeübertrager transportiert wird. Bei hoher Sonneneinstrahlung und somit zu einer Zeit, in der ausreichend thermische Energie auf den Wärmeträger übertragen wird, wird der Wärmeträger somit sowohl zu dem Wärmeübertrager zur Versorgung des Verbrauchers als auch in den isolierten Speicherraum zur Speicherung von thermischer Energie transportiert. Zu Zeiten mit geringer Sonneneinstrahlung, bei denen der Wärmeträger nicht ausreichend thermische Energie absorbiert, um den Verbraucher mit thermischer Energie zu versorgen, wird der Verbraucher zusätzlich mit thermischer Energie versorgt, die in dem isolierten Speicherraum gespeichert ist, indem der darin gelagerte Wärmeträger ebenfalls zu dem Wärmeübertrager übertragen wird. Zu Zeiten, in denen keine Sonneneinstrahlung erfolgt, wird der Wärmeträger ausschließlich aus dem isolierten Speicherraum zu dem Verbraucher transportiert. Dadurch kann das solarthermische Kraftwerk auch beispielsweise nachts in einem bestimmten Umfang weiterbetrieben werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch vorsehen, dass dem Wärmeträger eine Durchmischung widerfährt, so dass eine möglichst homogene Verteilung der thermischen Energie in dem Wärmeträger vorliegt. Es ist insbesondere von Vorteil, wenn zu Zeiten geringer Sonneneinstrahlung der Wärmeträger sowohl von der Absorbervorrichtung als auch aus dem isolierten Speicherraum zu dem Wärmeübertrager transportiert wird. Um eine gleichmäßige Wärmeübertragung in dem Wärmeübertrager zu gewährleisten, sollte daher der Wärmeträger vor dem Zuführen zu dem Wärmeübertrager durchmischt werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann insbesondere ein erfindungsgemäßes solarthermisches Kraftwerk und/oder ein erfindungsgemäßer Parabolrinnenreceiver verwendet werden.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Zeichnungen die Erfindung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerks,
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2 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Parabolrinnenreceivers,
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3 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Parabolrinnenreceivers und
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4 schematische Schnittdarstellungen von unterschiedlichen rohrförmigen Absorbervorrichtungen eines erfindungsgemäßen Parabolrinnenreceivers.
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1 zeigt ein solarthermisches Kraftwerk 1 in einer schematischen Prinzipskizze. Das solarthermische Kraftwerk 1 weist eine Reflektorvorrichtung 3 in Form mehrerer hintereinander angeordneter Parabolrinnenreceiver 100 auf. Die Parabolrinnenreceiver 100 besitzen jeweils parabolförmige Reflektorflächen 103, über die Sonnenlicht auf eine Absorbervorrichtung 5 reflektiert werden kann. Dadurch wird thermische Energie des Sonnenlichts auf einen in 1 nicht dargestellten Wärmeträger, der durch die Absorbervorrichtung 5 geleitet wird, übertragen.
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Der Wärmeträger ist ein freifließendes Schüttgut. Die Absorbervorrichtung 5 ist rohrförmig ausgebildet und mit einem Gefälle angeordnet. Dadurch kann gewährleistet werden, dass der als freifließendes Schüttgut vorliegende Wärmeträger durch die Schwerkrafteinwirkung durch die Absorbervorrichtung 5 rutscht. Zusätzlich oder alternativ kann ein Luftstromerzeuger 7 vorgesehen sein, der in der Absorbervorrichtung 5 einen Luftstrom erzeugt, über den der Wärmeträger transportiert wird. Bei der Erzeugung eines Luftstroms ist nicht notwendigerweise ein Gefälle der Absorbervorrichtung 5 notwendig. Es ist ferner möglich, dass die Absorbervorrichtung 5 mit einem Gefälle angeordnet ist, und der Luftstromerzeuger 7 lediglich ein Luftbett in der Absorbervorrichtung 5 erzeugt, wodurch die Reibung des Wärmeträgermaterials an der Absorbervorrichtung 5 reduziert wird. Dadurch wird das durch die Schwerkraft erzeugte Rutschen des Wärmeträgers durch die Absorbervorrichtung 5 unterstützt.
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Das erfindungsgemäße solarthermische Kraftwerk 1 weist ferner ein erstes Fördersystem 9 auf, über das der Wärmeträger zu der Absorbervorrichtung 5 transportiert werden kann. Das erste Fördersystem 9 kann beispielsweise als ein Becherwerk ausgebildet sein. Die Zuführung zu dem ersten Fördersystem kann über weitere Fördersysteme, wie beispielsweise Förderschnecken oder -pumpen, erfolgen. Auch ist es möglich, dass eine Zuführung des Wärmeträgers zu dem ersten Fördersystem 9 über einen Luftstrom erzeugt wird.
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In 1 ist lediglich der Förderweg des Wärmeträgers schematisch dargestellt. Über die tatsächliche Art und Weise der Förderung ist mit der in 1 gezeigten Darstellung keine Aussage getroffen.
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Nach dem Durchlaufen der Absorbervorrichtung 5 weist das solarthermische Kraftwerk 1 ein zweites Fördersystem 11 auf, das über einen Abtransport des Wärmeträgers von der Absorbervorrichtung 5 erfolgt. Der eine thermische Energie aufweisende Wärmeträger kann nun beispielsweise in eine Mischvorrichtung 13 transportiert werden, in der der Wärmeträger durchgemischt wird, so dass eine möglichst homogene Verteilung der thermischen Energie in dem Wärmeträger vorliegt. Danach kann der Wärmeträger zu einem Speicherraum 15 oder einem Verbraucher von thermischer Energie 17 geleitet werden.
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In dem Speicherraum 15 kann der Wärmeträger gelagert werden, um somit eine Speicherung der thermischen Energie zu ermöglichen. Dazu weist der Speicherraum eine Isolierung auf, um die Verluste an thermischer Energie zu verringern. Der wärmeisolierte Speicherraum 15 kann beispielsweise als Silo ausgebildet und unter der Erde angeordnet sein. Durch das Erdreich erfolgt eine zusätzliche Isolierung des Speicherraums 15. Darüber hinaus wird durch die Anordnung des Speicherraums 15 der Platzbedarf an der Oberfläche für das solarthermische Kraftwerk 1 verringert.
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Der thermische Verbraucher 17 kann beispielsweise ein Wasser-Dampf-Kreislauf 21 sein, bei dem über einen Wärmeübertrager 19 ein Arbeitsmedium verdampft wird. Der Dampf wird in einer Dampfturbine 23 zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet.
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Als Wärmeträger kann ein hochtemperaturfestes Granulat, wie beispielsweise gesintertes Bauxit verwendet werden. Die Partikel eines derartigen Wärmeträgers sind besonders vorteilhaft, da diese eine gerundete Form aufweisen und somit vorteilhafterweise durch die Absorbervorrichtung 5 rutschen bzw. rollen können.
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Ein erfindungsgemäßer Parabolrinnenreceiver 100, der in dem erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerk 1, das in 1 dargestellt ist, verwendet werden kann, ist schematisch im Schnitt in der 2 gezeigt.
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Der erfindungsgemäße Parabolrinnenreceiver 100 weist parabolförmige Reflektorflächen 103 und eine rohrförmige Absorbervorrichtung 5 auf. Die Absorbervorrichtung 5 ist durch ein Außenrohr 105 und ein konzentrisch zu dem Außenrohr angeordnetes Innenrohr 107 gebildet. Das Außenrohr 105 und das Innenrohr 107 weisen einen kreisförmigen Querschnitt auf. Zwischen dem Außenrohr 105 und dem Innenrohr 107 ist ein Spalt vorhanden, der einen Rohrraum 109 der Absorbervorrichtung 5 bildet. Der Rohrraum 109 weist somit einen ringförmigen Rohrraumquerschnitt auf. Durch den Rohrraum 109 kann ein Wärmeträger 50 in Form eines freifließenden Schüttguts geleitet werden. In 2 sind die einzelnen Partikel 52 des Wärmematerials 50 schematisch in starker Vergrößerung dargestellt. Die Partikel 52 können eine mittlere Korngröße K aufweisen, die beispielsweise 1 mm beträgt.
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Der Rohrraum 109 kann so ausgestaltet sein, dass der Durchmesser des Rohrraums DR in radialer Richtung der Absorbervorrichtung 5 größer als die mittlere Korngröße K und kleiner als das Doppelte der Korngröße K beträgt. Dadurch kann erreicht werden, dass der Wärmeträger 50 einlagig durch den Rohrraum 109 der Absorbervorrichtung 5 rutscht. Somit kann vermieden werden, dass einzelne Partikel 52 andere Partikel 52 des Wärmeträgers 50 abschatten, so dass eine sehr homogene Verteilung der von dem Sonnenlicht aufgenommenen thermischen Energie in dem Wärmeträger 50 vorliegt.
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Der Rohrraum 109 ist nicht vollständig gefüllt, da eine vollständige Füllung des Rohrraums 109 zu strömungstechnischen Problemen und der Ausbildung von Brücken aufgrund des Eigengewichts des Wärmeträgers 50 führen kann. Darüber hinaus würde der Wärmeträger 50, der sich im oberen Bereich der Absorbervorrichtung 5 befindet, nur durch eine direkte Sonneneinstrahlung und nicht durch die fokussierte Sonnenstrahlung bestrahlt und somit nur relativ gering erwärmt werden. Die Absorbervorrichtung 5 weist eine Haltevorrichtung 111 auf, in der eine hydraulische Verstelleinrichtung 113 angeordnet ist. Über die hydraulische Verstelleinrichtung 113 kann das Gefälle der Absorbervorrichtung 5 verstellt werden, so dass die Geschwindigkeit, mit der der Wärmeträger 50 durch den Rohrraum 109 aufgrund der Schwerkrafteinwirkung rutscht, verstellt werden kann. Die Haltevorrichtung kann darüber hinaus einen Rüttler 115 aufweisen, der eine Vibration in die Absorbervorrichtung 5 induziert, um den Wärmeträger 50 aufzulockern und einer Brückenbildung entgegenzuwirken. Der Rüttler 115 kann auch durch die hydraulische Verstelleinrichtung 113 gebildet sein.
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In 3 ist ein erfindungsgemäßer Parabolrinnenreceiver 100 schematisch in der Seitenansicht gezeigt. Die bereits in Bezug auf die 2 beschriebenen Teile sind in dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Parabolrinnenreceivers 100 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Über die parabolförmigen Reflektorflächen 103 wird das Sonnenlicht auf die Absorbervorrichtung 5 reflektiert, um thermische Energie des Sonnenlichts auf den in der Absorbervorrichtung 5 enthaltenen Wärmeträger zu übertragen. Der Wärmeträger wird durch ein Gefälle der Absorbervorrichtung 5 durch die Einwirkung der Schwerkraft transportiert und rutscht somit durch die Absorbervorrichtung 5 in der Richtung des Gefälles. Dazu ist in dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der gesamte Parabolrinnenreceiver 100 mit einem Gefälle angeordnet. Der Parabolrinnenreceiver 100 weist eine Stützvorrichtung 117 auf, die eine hydraulische Verstelleinrichtung 113 umfasst. Über die hydraulische Verstelleinrichtung 113 lässt sich das Gefälle des Parabolrinnenreceivers 100 verstellen. Dadurch kann die Geschwindigkeit des Wärmeträgerflusses durch die Absorbervorrichtung 5 beeinflusst werden.
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In den 4a, 4b sind unterschiedliche Formen des Querschnitts der erfindungsgemäßen rohrförmigen Absorbervorrichtung 5 schematisch gezeigt. In der 4a weist der Rohrraum 109 einen ringstückförmigen Rohrraumquerschnitt auf. In 4b ist der Rohrraumquerschnitt rechteckig ausgebildet.
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Die in Richtung der Reflektorfläche 103 gerichteten Außenwände 119 der Absorbervorrichtung 5, die bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel durch einen Teil des Außenrohrs 105 gebildet ist, sind aus einem strahlungsdurchlässigen Material, beispielsweise Glas, gefertigt. Zusätzlich kann die Absorbervorrichtung 100 auf der von der Reflektorfläche 103 abgewandten Seite 121 der Absorbervorrichtung 5 eine Isolierungsvorrichtung vorgesehen sein, die in 2 und 4a durch einen Luftraum 123 gebildet ist. Dadurch kann vermieden werden, dass auf der von der Reflektorfläche 103 abgewandten Seite der Absorbervorrichtung 5 ein zu starker Verlust an thermischer Energie entsteht.
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Das in 1 dargestellte solarthermische Kraftwerk sowie der in 2 und 3 dargestellte erfindungsgemäße Parabolrinnenreceiver können über das zuvor beschriebene erfindungsgemäße Verfahren betrieben werden. Der Parabolrinnenreceiver 100 kann darüber hinaus in dem solarthermischen Kraftwerk 1, das in 1 dargestellt ist, verwendet werden.
