DE102012024526A1 - Solarthermisches Wärmespeicherkraftwerk - Google Patents

Abstract

Durch die Energiewende, also den Ersatz konventioneller Kraftwerke durch Stromerzeugung aus Wind und PV, kann weniger als 1% der installierten Leistung als Grundlaststrom bereitgestellt werden. Pumpspeicherkraftwerke lassen eine Energielieferung nur für wenige Stunden zu. Das neuartige Solarthermische Wärmespeicherkraftwerk ist dank seines 24 h Energiespeichers eine großtechnische wirtschaftliche Energiespeichertechnologie und das erste grundlastfähige solarthermische Kraftwerk. Die Solarstrahlung erwärmt in den Solarkollektoren (1) das Medium des Primärkreislaufes (2), das in Wärmespeichern (4) gespeichert wird. In Dampferzeugern (6) wird Wärmeträgermedium (18) in Dampf umgewandelt, der mindestens eine Dampfturbinenstufe (8) mit Generator (9) zur Stromerzeugung antreibt. Das in einem Kondensator (10) anfallende Kondensat wird einem Trinkwassersystem (16) zugeführt, so dass gleichzeitig in einem Verfahrensschritt Strom und Trinkwasser produziert werden. Über Elektroerhitzer (13) kann mittels Überschussstrom aus Wind- und PV-Stromerzeugung, der anderweitig nicht im Stromnetz gewinnbringend vermarktet werden kann, den Wärmespeichern (4) zusätzlich Wärme zugeführt werden. Der Energiespeicher mit einer Kapazität von 24 h und mehr erlaubt einen ununterbrochenen Vollastbetrieb von mehreren Tagen bis zu mehreren Jahren. Das Solarthermische Wärmespeicherkraftwerk wird zur Deckung des Grundlaststrombedarfs sowie als Regelkraftwerk zum Ausgleich des stark schwankenden Leistungsangebotes aus Wind und PV eingesetzt. In Ländern mit hoher Solarstrahlung ist vorgesehen, dass mit der Erfindung zusätzlich Trinkwasser erzeugt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Solarthermisches Wärmespeicherkraftwerk bestehend aus Solarkollektoren, Wärmespeichern, Dampferzeugern mit mindestens einem Entspannungsverdampfer, einer Dampfturbine mit Generator, einem Kühlsystem sowie Systemen zur Wärme Zu- bzw. Abführung in bzw. aus den Wärmespeichern. Es ist vorgesehen, den Erfindungsgegenstand zur Deckung des Grundlaststrombedarfs sowie als Regelkraftwerk zum Ausgleich des stark schwankenden Leistungsangebotes aus Windparks und Photovoltaikanlagen einzusetzen. In Ländern mit hoher Solarstrahlung ist vorgesehen, dass mit der Erfindung Trinkwasser erzeugt wird.
• Ein groß dimensionierter Wärmespeicher, der einen Vollastbetrieb des Kraftwerks über mehrere Tage bis Wochen ermöglicht, nimmt Wärme aus Solarkollektoren und aus in Windparks und in Photovoltaikanlagen (PV) erzeugtem Überschuss-Strom auf, der anderweitig nicht im Stromnetz abgeleitet bzw. gewinnbringend vermarktet werden kann. Zur Umwandlung des Überschuss-Stroms in Wärme sind Elektroerhitzer bzw. Wärmepumpen, sowie ein als Pumpspeicherkraftwerk ausgebildetes Kühlwassersystem vorgesehen.
• Zur Umwandlung der Wärme-Energie aus den Wärmespeichern in Strom ist ein Dampfturbinenkraftwerk vorgesehen. Dieses besteht im Wesentlichen aus Dampferzeuger, Dampfturbine mit Generator, Kondensator und Kühlwassersystem. Es ist in der Lage – neben dem Normalbetrieb als Solarthermisches Kraftwerk – zu Zeiten in denen ein geringes Stromangebot aus Erneuerbaren Energien (EE) oder anderen Kraftwerksarten zu Verfügung steht, dieses in ähnlicher Art und Weise wie bei einem Pumpspeicherkraftwerk auszugleichen.
• Pumpspeicherkraftwerke sind seit Jahrzehnten hinlänglich aus der Praxis – insbesondere zur Speicherung von Nachtstrom aus Kernkraftwerken – bekannt. Aufgrund des starken Anstiegs der installierten Leistung aus Windkraftanlagen und PV, sind die vorhandenen Pumpspeicherkraftwerke bei weitem nicht mehr ausreichend, um den daraus folgenden Speicherbedarf zu decken. Für den weiteren Ausbau sind kaum noch Standorte vorhanden. Darüber hinaus befinden sich Pumpspeicherkraftwerke zweckmäßigerweise in den Bergen, während Windparks vorwiegend im Flachland oder mit steigender Tendenz als Offshore Windparks vor den Küsten errichtet werden. Dies hat hohe Leitungsverluste und Durchleitungsentgelte zur Folge.
• Druckluftkraftwerke wie in Huntorf in Niedersachsen sind in Fachkreisen ebenfalls bekannt. Die Anlage nutzt überschüssigen Strom, um in großvolumige, unterirdische Salzkavernen Luft zu pressen. Zur Stromerzeugung leitet man die komprimierte Luft durch Gasturbinen.
• Die Größe der Speicher von Pumpspeicherkraftwerken und von Druckluftkraftwerken lässt eine Energielieferung nur für wenige Stunden zu. Somit können Stromunterangebote aus Erneuerbaren Energien (EE) von mehr als 8 Stunden nicht überbrückt werden. Nicht selten sind jedoch Flauten von über 36 h Dauer festzustellen. Ebenfalls stellt die große Entfernung zwischen zunehmend geplanten Offshore Windparks und Wasserkraftwerken in den Mittelgebirgen oder Alpen ein Problem dar.
• Vor diesem Hintergrund wird die Suche nach neuen, geeigneten Energiespeichertechnologien vorangetrieben. Bei der Diskussion hierüber nimmt die Entwicklung von Batterien einen breiten Raum ein. Batteriesysteme weisen sehr hohe spezifische Kosten auf und werden aufgrund der geringen Anzahl der Jahresstunden, während derer ein Überschuss aus PV- und Windstrom produziert wird und der von Batteriespeichern aufgenommen werden könnte, zu nicht vertretbaren Stromerzeugungskosten führen, die zu der hohen Belastung aus der Subventionierung Erneuerbaren Energien hinzukommt.
• Solarthermische Kraftwerke mit Einspeisung von Fremdenergie sind aus der EP2010/061796 bekannt. Hier wird ein Wärmetauscher vorgeschlagen, über den Wärme ab- oder zugeführt wird, um den Dampfkreislauf zu stabilisieren. Die Patentschrift sieht vor, dass dieser für einen täglichen Betrieb bis zu 5 Stunden – insbesondere zum Abbau von solarthermischer Überlast und zur Erleichterung von täglichen Anfahrvorgängen – ausgelegt ist. Durch die Einbindung des Wärmetauschers in den Wasser-Dampfkreislauf kann dieser nicht antizyklisch zum Betrieb der Dampfturbine und des solarthermisch beheizten Wärmeträgermedium-Kreislaufs betrieben werden. Selbst in sonnenreichen Ländern ist bei derartigen, meistens auf Parabolrinnentechnologie beruhenden, Solarkraftwerken eine Ausführung für mehr als 3.500 Vollaststunden im reinen Solarbetrieb bisher nicht erfolgt. Der Grund hierfür ist darin zu suchen, dass aufgrund der teuren spezifischen Speicherkosten von Salzspeichern und der nachgeführten Spiegel, die Stromerzeugungskosten mit Auslegung für eine darüberhinausgehende Anzahl von Vollaststunden wieder zunehmen.
• Ein ähnliches Verfahren für Hochtemperatur Solarkraftwerke mit Betriebstemperaturen von 600°C–800°C wird in der DE 000010329623 B3 beschrieben, bei der Wärmespeicher als Latentwärmespeicher vorgesehen ist, deren Speichertemperatur mindestens 20 K über der Arbeitstemperatur der Dampfturbine liegen.
• Aus der EP 1 108 191 B1 ist eine Anlage zur solarthermischen Energiegewinnung bekannt, in der ein schwimmend ausgebildeter mit einer transparenten Wärmedämmung versehener Heißwasserspeicher eine Energiespeicherfunktion übernimmt.
• Neuerdings wird ein Konzept diskutiert bzw. versuchsweise erprobt, welches bereits in den 70iger und 80iger Jahren des 20. Jahrhunderts ausführlich beschrieben wurde (J. O'M. Bockris, E. W. Justi: Wasserstoff, die Energie für alle Zeiten – Konzept einer Sonnen-Wasserstoff-Wirtschaft, Udo Pfriemer Verlag, München 1980). Die Neuheit besteht darin, den erzeugten Wasserstoff nicht in ein eigenes Leitungsnetz, sondern in das bestehende Erdgasnetz einzuspeisen. Diese Methode weist jedoch erhebliche Nachteile auf, wie sich bereits herausgestellt hat bzw. herausstellen wird. An dieser Stelle sei soweit nur erwähnt, dass das Erdgasnetz nur eine begrenzte Speichermöglichkeit aufweist, der Wasserstoffanteil im Erdgas für viele Verbraucher nur bei ca. 1% liegen darf und die Energie aus Wind und PV nicht unmittelbar in Strom zurück umgewandelt werden kann. Zur energetischen Umwandlung in Strom müssen zur Erhöhung der Spitzenlast zusätzliche Gasturbinenkraftwerke gebaut werden, die bereits heute mit Wirtschaftlichkeitsproblemen zu kämpfen haben. Insgesamt – gemessen an dem sehr hohen Gesamtaufwand für Elektrolyseure, Verdichter, Gasnetz, zusätzlichen Gasspeichern und Gasturbinen – stehen für die Umwandlung von nicht steuerbarem Wind- und PV-Strom in vom Lastverteiler abrufbaren Strom nur ca. 500–1.500 Vollaststunden zur Verfügung. Unter diesen Randbedingungen können für dessen Speicherung keine niedrigen spezifischen Stromerzeugungskosten erwartet werden, die bei wenigen €cent/kWh liegen sollten. Als Alternative wird ebenfalls diskutiert, den Wasserstoff vorher durch Zugabe von CO₂ zu Methan weiterzuverarbeiten. Andererseits ist bisher die Gewinnung von CO₂ aus Luft oder industriellen Quellen sehr kostspielig, so dass die Stromerzeugungskosten für diese komplizierte Umwandlungskette derzeit auf über 20 €ct/kWh geschätzt werden (Quelle: VDE – Energiespeicher in Stromversorgungssystemen mit hohem Anteil erneuerbarer Energieträger; Bedeutung, Stand der Technik, Handlungsbedarf; 24.03.2009)
• Durch das Abschalten der Kernkraftwerke in Deutschland entsteht bis 2022 eine jährliche Deckungslücke von ca. 160 TWh bei einer erwarteten gleichzeitigen Steigerung des Gesamtstrombedarfs von 650 TWh auf ca. 700 TWh, was mittels planbarer grundlastfähiger Stromerzeugung ausgeglichen werden muss. Leider sind weder die Windstromerzeugung noch die PV-Stromerzeugung planbar, sondern unmittelbar vom Wetter abhängig.
• Das Manager Magazin erwartet in seiner Ausgabe vom 26.03.2012 (http://www.manager-magazin.de/unternehmen/energie/0,2828,823182,00:html), dass Deutschland Speicherkapazitäten für 30 TWh Strom benötigt, um saisonale Schwankungen bei Wind und Sonne auszugleichen und gibt an, dass die derzeitigen Speicherkapazitäten bei nur 0,4 TWh liegen.
• Alle deutschen überirdischen Pumpspeicherkraftwerke zusammengenommen weisen eine Gesamtleistung von ca. 6.500 MW und eine Speicherkapazität von 0,04 TWh bzw. 37.800 MWh auf, wobei das größte Pumpspeicherkraftwerk eine Speicherkapazität von 8.480 MWh aufweist.
• Über große Zeiträume hinweg (oftmals im Bereich von 36 h und mehr) – insbesondere in den Sommermonaten – liegt die von einem großen überregionalen Windparkverbund abrufbare Leistung bei weniger als 1% der installierten Leistung. Dies gilt auch für den Spitzenlastbedarf vor Sonnenaufgang oder den abendlichen Spitzenlastbedarf nach Sonnenuntergang, wenn auch aus PV keine Leistung zur Verfügung steht.
• Es ist daher Aufgabe der Erfindung, das eingangs genannte Solarthermische Wärmespeicherkraftwerk derart auszubilden, dass der Energieinhalt einen zusammenhängenden Vollastbetrieb von mehreren Tagen bis Wochen erlaubt. Die Stromerzeugungskosten sollten gemessen an alternativen Verfahren wirtschaftlich sein und wenige €cent/kWh nicht überschreiten.
• In Verbindung mit solarthermischer Wärmeerzeugung sind an Standorten in Deutschland mit 1.000–1.200 kWh/m²a Solarstrahlung bezogen auf die horizontale Fläche mit erfindungsgemäßen Solarthermischen Wärmespeicherkraftwerken 3.000–5.000 Vollaststunden, ähnlich einem Kohle- oder Gaskraftwerk, erzielbar. Mit der Einspeisung von Überschuss-Strom aus EE wie Wind und PV sind bis 6.500 Vollaststunden erreichbar, die denen eines Kernkraftwerkes nahekommen und deutlich über PV mit 850–1.050 Vollaststunden und Windparks auf dem Festland mit 1.000–2.200 bzw. Offshore Windparks mit bis zu 3.000 Vollaststunden liegen. Damit gehören Solarthermische Wärmespeicherkraftwerke zu den grundlastfähigen Kraftwerksarten und können vom Lastverteiler wie Pumpspeicherkraftwerke, jedoch mit ca. 10-mal längerer Betriebsdauer und genau dort eingesetzt werden, wo Überschuss-Strom entsteht.
• Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Gemäß der Erfindung sind Mittel vorgesehen, durch die die Wärmespeicher durch externe Wärmezufuhr thermisch aufgeladen und bei Bedarf mittels eines Dampfturbinenprozesses zur Stromerzeugung entladen werden.
• Die Solarstrahlung erwärmt in den Solarkollektoren das Medium des Primärkreislaufes, von wo aus es in die Wärmespeicher gelangt, wobei das Speichervermögen der Wärmespeicher einen mindestens 8-stündigen Betrieb des Erfindungsgegenstands mit 100% Last auch in Zeiträumen ohne Solarstrahlung sicherstellt. Einer Ausführung des Erfindungsgegenstandes mit einer Speicherkapazität von 48, 72 oder mehr Stunden stehen keine technischen oder wirtschaftlichen Einschränkungen entgegen. Über den Sekundärkreislauf wird das Wärmeträgermedium des Sekundärkreislaufes Dampferzeugern zugeführt.
• Dort wird ein Teil des Wärmeträgermediums in Dampf umgewandelt, der mindestens eine Dampfturbinenstufe mit Generator antreibt. Zur besseren Ausnutzung der im Wärmeträgermedium enthaltenen Energie ist es vorteilhaft mehrere Dampferzeuger in Reihe zu schalten, wodurch ein gegenüber einer einstufigen Ausführung besserer Wirkungsgrad ermöglicht wird. Dabei sind die Dampferzeuger zur Umwandlung eines Teils des Wärmeträgermediums in Dampf zum Antrieb mindestens einer Dampfturbinenstufe, mehrstufig mit zum Kondensator hin abfallenden Druckstufen ausgeführt, wobei jeder Dampferzeugerstufe dampfseitig eine Dampfturbinenstufe und wasserseitig ein Dampferzeuger mit niedrigem Verdampfungsdruck und der letzten Dampferzeugerstufe wasserseitig die Sekundärkreislaufpumpe nachgeschaltet ist. Mindestens ein Dampferzeuger ist als Entspannungsverdampfer mit einem Absolutdruck (bar abs.) von unter 1 bar ausgeführt, um eine möglichst niedrige Rücklauftemperatur zu den Wärmespeichern und gleichzeitig eine möglichst hohe Dampfenthalpie in der ersten Dampferzeugerstufe zu erreichen. Das in den Dampferzeugern nicht verdampfte Wärmeträgermedium wird über die Sekundärkreislaufpumpe in die Wärmespeicher zurückgeführt.
• Der aus der Dampfturbine austretende Dampf wird in einem Kondensator kondensiert, wobei es in Ländern mit hohem Trinkwasserbedarf und hoher Solarstrahlung vorgesehen ist, dass das Kondensat mittels einer Kondensatpumpe einem Trinkwassersystem zugeführt wird. Diese Möglichkeit in einem Prozess neben Strom auch gleichzeitig Trinkwasser zu produzieren ist insbesondere vorteilhaft, wenn es sich bei dem Kühlwassermedium bzw. dem Medium im Sekundärkreislauf um Meerwasser oder Brackwasser handelt. Zur Vermeidung von zu hoher Salzkonzentration im Sekundärkreislauf durch Aufkonzentration in den Dampferzeugern ist ein Abschlämm- und Zuführsystem vorgesehen, das mit dem Rücklauf des Kühlwassersystems verbunden ist. Dem Kondensator wird Kühlflüssigkeit über ein Kühlwassersystem zur Kondensation des Dampfes aus der Dampfturbine zugeführt.
• Die Erfindung sieht vor, dass über Elektroerhitzer und/oder eine Wärmepumpe, mittels zunehmenden Überschusstrom aus Wind- und PV-Stromerzeugung den Wärmespeichern zusätzlich Wärme zugeführt werden kann. Weiterhin ist ein Wärmetransformationssystem vorgesehen, das sowohl die Zuführung von Wärme aus externen Quellen, wie Abwärme oder Solarthermischen Prozessen, in die Wärmespeicher als auch eine Wärmeversorgung von Wohn- bzw. Industriegebieten aus den Wärmespeichern erlaubt. Diese Maßnahmen sind geeignet sowohl die Verfügbarkeit, als auch die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Solarthermischen Wärmespeicherkraftwerkes nochmals zu erhöhen.
• Die elektrische Schaltung der Elektroerhitzer und der Wärmepumpe sind so angeordnet, dass während Starkwindphasen sowohl die elektrische Leistung des Windparks vor dem Eintritt in die Netzanbindung, als auch gleichzeitig die installierte Netzübertragungsleistung bei Überschuss-Strom aus dem Stromnetz aufgenommen werden kann, so dass die elektrische Gesamtleistung der Elektroerhitzer, der Kühlwasserpumpe und der Wärmepumpe bis zum 2-fachen der Anschlussleistung des Windparks betragen kann. Dies ermöglicht die Aufnahme des gesamten im Windpark, als auch aus anderen Windparks oder PV-Anlagen anfallenden Überschuss-Stroms, soweit die Kapazität der Anschlussleitung des Windparks dies ermöglicht. Auf diese Weise kann das Stromnetz effektiv entlastet, der Windpark als Quelle für Überschuss Strom in eine Senke umgewandelt werden, die Energie in Form von heißem Wasser über mehrere Tage gespeichert und Strom nach Anforderung des Netzbetreibers abgegeben werden.
• Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
• Es zeigen:
• 1 das Fließbild eines erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerkes mit gleichzeitiger Trinkwassererzeugung und einem offenen Kühlwassersystem
• 2 das Fließbild eines erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerkes mit einem geschlossenen Kühlwassersystem, Elektroerhitzern und einer Wärmepumpe zur thermischen Aufladung
• Wie aus 1 zu entnehmen ist, sieht eine Ausführungsform der Erfindung vor, dass die Solarstrahlung in den Solarkollektoren (1) das Medium des Primärkreislaufes (2) erwärmt, von wo aus es in die Wärmespeicher (4) gelangt. Die Kollektorpumpe (3) fördert das Wärmeträgermedium des Primärkreislaufes (2) in die Solarkollektoren (1). Über den Sekundärkreislauf (5) wird das Wärmeträgermedium (18) des Sekundärkreislaufes (5) mindestens einem Dampferzeuger (6) zugeführt, von denen mindestens einer als Entspannungsverdampfer ausgeführt ist. Dort wird ein Teil des Wärmeträgermediums (18) in Dampf umgewandelt, der mindestens eine Dampfturbinenstufe (8) mit Generator (9) antreibt Das in den Dampferzeugern (6) nicht verdampfte Wärmeträgermedium (18) wird über mindestens eine Sekundärkreislaufpumpe (7) in die Wärmespeicher (4) zurückgeführt. Der aus der Dampfturbine (8) austretende Dampf wird in einem Kondensator (10) kondensiert, wobei das Kondensat mittels einer Kondensatpumpe (11) einem Trinkwassersystem (16) zugeführt wird. Diese Möglichkeit in einem Prozess neben Strom auch gleichzeitig Trinkwasser zu produzieren ist insbesondere vorteilhaft, wenn es sich bei dem Medium im Sekundärkreisläuf (5) um Meerwasser oder Brackwasser handelt. Zur Vermeidung von zu hoher Salzkonzentration im Sekundärkreislauf (5) durch Aufkonzentration in den Dampferzeugern (6) ist ein Abschlämm- und Zuführsystem (17) vorgesehen, das mit dem Rücklauf des Kühlwassersystems (19) verbunden ist. Dem Kondensator (10) wird Kühlflüssigkeit über ein Kühlwassersystem (19) zur Kondensation des Dampfes aus der Dampfturbine (8) zugeführt. Zur Absaugung von nicht kondensierbaren Gasen ist am Kondensator (10) eine Vakuumpumpe (12) vorgesehen. Die Erfindung sieht vor, dass über Elektroerhitzer (13), mittels Überschussstrom aus Wind- und PV-Stromerzeugung den Wärmespeichern (4) zusätzlich Wärme zugeführt werden kann. Weiterhin ist ein Wärmetransformationssystem (14) vorgesehen, das sowohl die Zuführung von Wärme aus externen Quellen, wie Abwärme oder Solarthermischen Prozessen, in die Wärmespeicher (4), als auch eine Wärmeversorgung von Wohn- bzw. Industriegebieten aus den Wärmespeichern (4) erlaubt.
• Wie aus 2 zu entnehmen ist, sieht eine Ausführungsform der Erfidung vor, dass die Solarstrahlung in den Solarkollektoren (1) das Medium des Primärkreislaufes (2) erwärmt, von wo aus es in den Wärmespeicher (4) gelangt. Die Kollektorpumpe (3) fördert das Medium des Primärkreislaufes (2) in die Solarkollektoren (1). Über den Sekundärkreislauf (5) wird das Medium des Sekundärkreislaufes mindestens einem Dampferzeuger (6) zugeführt. Dort wird ein Teil des Mediums in Dampf umgewandelt, der mindestens eine Dampfturbinenstufe (8) mit dem Generator (9) antreibt. Das im Dampferzeuger (6) nicht verdampfte Wärmeträgermedium (18) wird über mindestens eine Sekundärkreislaufpumpe (7) den Wärmespeichern (4) wieder zugeführt. Der aus der Dampfturbine (8) austretende Dampf wird in einem Kondensator (10) kondensiert, wobei das Kondensat mittels einer Kondensatpumpe (11) in die Wärmespeicher (4) zurück geführt wird. Dem Kondensator wird Kühlfüssigkeit über ein Kühlwassersystem (19) zur Kondensation des Dampfes aus der Dampfturbine (8) zugeführt. Die Erfindung sieht vor, dass über eine Wärmepumpe (24), die mittels Überschussstrom aus Wind- und PV-Stromerzeugung den Wärmespeichern (4) zusätzlich Wärme zugeführt werden kann. Das Kühlwasser wird hierbei dem Kondensator über einen oberen Kühlteich (20) zugeführt. Das im Kondensator erwärmte Kühlwasser fließt in den unteren Kühlteich (21) ab. Dieses Wasser wird über eine Kühlwasserpumpe (22) dem Verdampfer (23) der Wärmepumpe (24) zugeführt, in welchem es abgekühlt wird, bevor es dem oberen Kühlteich (20) wieder zugeführt wird. Die Wärmepumpe (24) besteht zusätzlich aus dem Verdichter (25), dem Verflüssiger (26) und dem Expansionsventil (27). Die im Verflüssiger (26) entstehende Kondensationswärme wird über ein Wärmekopplungssystem (28) dem Wärmespeicher (4) zugeführt und ergänzt dort die aus den Solarkollektoren eingespeiste Energie.
• Bezugszeichenliste

1

Solarkollektoren

2

Primärkreislauf

3

Kollektorpumpe

4

Wärmespeicher

5

Sekundärkreislauf

6

Dampferzeuger

7

Sekundärkreislaufpumpe

8

Dampfturbine

9

Generator

10

Kondensator

11

Kondensatpumpe

12

Vakuumpumpe

13

Elektroerhitzer

14

Wärmetransformationssystem

15

Bypass

16

Trinkwassersystem

17

Abschlämm- und Zuführsystem

18

Wärmeträgermedium

19

Kühlwassersystem

20

Oberer Kühlteich

21

Unterer Kühlteich

22

Kühlwasserpumpe

23

Verdampfer

24

Wärmepumpe

25

Verdichter

26

Verflüssiger

27

Expansionsventil

28

Wärmekopplungssystem

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• EP 2010/061796 [0008]
• DE 000010329623 B3 [0009]
• EP 1108191 B1 [0010]
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• J. O'M. Bockris, E. W. Justi: Wasserstoff, die Energie für alle Zeiten – Konzept einer Sonnen-Wasserstoff-Wirtschaft, Udo Pfriemer Verlag, München 1980 [0011]
• http://www.manager-magazin.de/unternehmen/energie/0,2828,823182,00:html [0013]

Claims (12)

1. Solarthermisches Wärmespeicherkraftwerk mit Solarkollektoren (1), mindestens einem über einen Primärkreislauf (2) verbundenen Wärmespeicher (4), der über einen Sekundärkreislauf (5) mit einer Sekundärkreislaufpumpe (7) und mindestens einem Dampferzeuger (6) verbunden ist, mindestens einer daran anschließenden Dampfturbine (8) mit Kondensator (10) und einem Kühlwassersystem (19), dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium (18) im Wesentlichen die Speichermasse der Wärmespeicher (4) bildet und Sekundärkreislauf (5) sowie Dampferzeuger (6) das gleiche Wärmeträgermedium (18) enthalten, wobei das Speichervermögen der Wärmespeicher (4) einen mindestens 8-stündigen Betrieb des Erfindungsgegenstands mit 100% Last auch in Zeiträumen ohne Solarstrahlung sicherstellt und mindestens ein Dampferzeuger (6) als Entspannungsverdampfer mit einem Absolutdruck (bar abs.) von unter 1 bar ausgeführt ist.
2. Solarthermisches Wärmespeicherkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampferzeuger (6), zur Umwandlung eines Teils des Wärmeträgermediums (18) in Dampf zum Antrieb mindestens einer Dampfturbinenstufe, mehrstufig mit zum Kondensator hin abfallenden Druckstufen ausgeführt sind, wobei jeder Dampferzeugerstufe dampfseitig eine Dampfturbinenstufe und wasserseitig ein Dampferzeuger mit niedrigerem Verdampfungsdruck und der letzten Dampferzeugerstufe wasserseitig die Sekundärkreislaufpumpe (7) nachgeschaltet ist.
3. Solarthermisches Wärmespeicherkraftwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Wärmeträgermedium (18) um Wasser, insbesondere in Verbindung mit 1, um Meerwasser oder Brackwasser handelt, welches in den Dampferzeugern (6) vom Dampf getrennt wird und von der Sekundärkreislaufpumpe (7) zu den Wärmespeichern (4) zurück gepumpt wird.
4. Solarthermisches Wärmespeicherkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass neben der Stromerzeugung zur gleichzeitigen Erzeugung von Trinkwasser aus Meerwasser oder Brackwasser der Kondensatpumpe (11) ein Trinkwassersystem (16) nachgeschaltet ist.
5. Solarthermisches Wärmespeicherkfaftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermeidung zu hoher Salzkonzentration im Sekundärkreislauf (5) ein Abschlämm- und Zuführsystem (17) vorgesehen ist, das mit dem Rücklauf des Kühlwassersystems (19) verbunden ist.
6. Solarthermisches Wärmespeicherkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlwassersystem (19) im Wesentlichen aus einem oberen Kühlteich (20) einem Kondensator (10), einem unteren Kühlteich (21) und einer Kühlwasserpumpe (22) besteht, wobei der maximale Wasserstand des oberen Kühlteiches höher als der maximale Wasserstand des unteren Kühlteiches liegt und das Kühlwassersystem (19) unabhängig vom Betrieb des Solarthermischen Prozesses zusätzlich als Pumpspeicherkraftwerk ausgebildet ist.
7. Solarthermisches Wärmespeicherkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmepumpe (24), zur Umwandlung von Überschussstrom aus Wind- und PV-Stromerzeugung in Wärme vorgesehen ist, wobei der Verflüssiger (26) zur Abführung der darin entstehenden Kondensationswärme über ein Wärmekopplungssystem (28) mit den Wärmespeichern (4) verbunden ist und der Verdampfer (23) der Wärmepumpe (24) die Verdampfungswärme dem Kühlwassersystem (19) entzieht.
8. Solarthermisches Wärmespeicherkraftwerk nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bypass (15) zum Betrieb des Kühlwassersystems (19) ohne Wärmepumpe vorgesehen ist
9. Solarthermisches Wärmespeicherkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Elektroerhitzer (13) zur Umwandlung von Überschussstrom aus Wind- und PV-Stromerzeugung in an die Wärmespeicher (4) zuführbare Wärme vorgesehen sind und an den Wärmespeichern (4), oder zwischen Sekundärkreislaufpumpe (7) und Wärmespeichern (4) angeordnet sind.
10. Solarthermisches Wärmespeicherkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetransformationssystem (14) vorgesehen ist, das sowohl die Zuführung von Wärme aus externen Quellen, wie Abwärme oder Solarthermischen Prozessen, in die Wärmespeicher (4), als auch eine Wärmeversorgung von Wohn- bzw. Industriegebieten aus den Wärmespeichern (4) erlaubt.
11. Solarthermisches Wärmespeicherkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses in einen Windpark integriert ist und elektrisch an dessen Netzanbindung angeschlossen ist.
12. Solarthermisches Wärmespeicherkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Schaltung der Elektroerhitzer (13) und der Wärmepumpe (24) so angeordnet sind, dass während Starkwindphasen sowohl die elektrische Leistung des Windparks vor dem Eintritt in die Netzanbindung, als auch gleichzeitig die installierte Netzübertragungsleistung bei Überschuss-Strom aus dem Stromnetz aufgenommen werden kann, so dass die elektrische Gesamtleistung der Elektroerhitzer (13), der Kühlwasserpumpe (22) und der Wärmepumpe (24) bis zum 2-fachen der Anschlussleistung des Windparks betragen kann.

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