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Bei solarthermischen Kraftwerksanlagen, wie sie beispielsweise aus der
US 2010/0170 500 A1 ,
US 2005/0126 170 A1 und
WO 2011/124 408 A2 bekannt sind und die mit einem Wärmeträgermedium (Heat Transfer Fluid), wie Thermoöl oder Salzschmelzen betrieben werden, muss auch in Sonderbetriebszuständen gewährleistet sein, dass eine bestimmte Mindesttemperatur des Wärmeträgermediums nicht unterschritten wird (”Freeze Protection”). Unter derartigen Sonderbetriebszuständen ist insbesondere der Stillstand der solarthermischen Kraftwerksanlage zu verstehen, wie zum Beispiel nachts, wenn auf längere Zeit keine Sonneneinstrahlung vorliegt, oder die solarthermische Kraftwerksanlage herunter gefahren ist.
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Kommt ein hochtemperaturbeständiges Thermoöl als Wärmeträgermedium zum Einsatz, muss sichergestellt sein, dass eine Mindesttemperatur von ca. 50°C nicht unterschritten wird. Unterhalb dieser Mindesttemperatur kann sich die Viskosität des Thermoöls stark verändern, wodurch es dickflüssig wird, und das Umpumpen des Thermoöls durch den Kreislauf der solarthermischen Kraftwerksanlage erschwert oder behindert. Auch Salzschmelzen eignen sich als Wärmeträgermedium. Bei Salzschmelzen darf eine Mindesttemperatur von ca. 240°C nicht unterschritten werden, da diese sonst auskristallisieren und den Kreislauf dauerhaft blockieren.
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Um die Folgen einer nachteiligen Veränderung der Viskosität bei Thermoölen, bzw. das Auskristallisieren einer Salzschmelze zu vermeiden, werden in gegenwärtigen solarthermischen Kraftwerksanlagen zusätzliche Heizer und Umwälzpumpen eingesetzt, die das Wärmeträgermedium auch in Sonderbetriebszuständen auf einer Temperatur oberhalb der kritischen Mindesttemperatur halten. Die Heizer und Pumpen sind in den Kreislauf des Wärmeträgers parallel zu den Hauptförderpumpen oder im Bereich der solaren Receiver geschaltet. Diese Heizer sind in der Regel gas- oder ölbefeuert.
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Nachteilig an der bisherigen Lösung ist insbesondere, dass der Planungs- und Kostenaufwand zur Errichtung einer solarthermischen Kraftwerksanlage durch zusätzliche Rohrleitungswege, Komponenten sowie Steuer- und Leittechnik für die Sicherstellung einer Mindesttemperatur des Wärmeträgermediums steigt.
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Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zum Warmhalten eines Wärmeträgermediums einer solarthermischen Kraftwerksanlage anzugeben, durch das einerseits sichergestellt ist, dass das Wärmeträgermedium in jedem Betriebszustand einer solarthermischen Kraftwerksanlage nicht verdickt oder auskristallisiert und stabil bleibt, und andererseits sich die Kosten zur Planung und Errichtung der solarthermischen Kraftwerksanlage gegenüber der bisherigen Lösung reduzieren lassen. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin eine Vorrichtung zum Warmhalten des Wärmeträgermediums anzugeben, die gegenüber der bisherigen Lösung geringere Kosten bei Planung und Errichtung der solarthermischen Kraftwerksanlage verursacht.
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Die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Warmhalten eines Wärmeträgermediums in einem Kreislauf eines solarthermischen Kraftwerks mit einem Dampferzeuger. In dem Dampferzeuger ist ein Wärmetauscher angeordnet. Zudem ist der Wärmetauscher in den Kreislauf geschaltet und wird von dem Wärmeträgermedium durchströmt. Des Weiteren ist der Dampferzeuger in einen Wasser-Dampf-Kreislauf geschaltet. In einem ersten Betriebszustand liegt das Wärmeträgermedium in einem heißen Zustand vor und Wärme wird von dem Wärmeträgermedium an den Wasser-Dampf-Kreislauf übertragen. In einem zweiten Betriebszustand liegt das Wärmeträgermedium in einem abgekühlten Zustand vor und zur Warmhaltung des Wärmeträgermediums wird der Wärmetauscher so mit einem Hilfsdampf oder heißem Speisewasser beaufschlagt, dass Wärme von dem Hilfsdampf oder heißem Speisewasser auf das Wärmeträgermedium übertragen wird.
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Der erste Betriebszustand entspricht einem Normalbetriebszustand, bei dem die solarthermische Kraftwerksanlage in Betrieb ist. Die solarthermische Kraftwerksanlage kann als Parabolrinnenkraftwerk, als Solarturmkraftwerk oder auch als Hybridkraftwerk (Kombination aus einem Solar- und einem fossil befeuerten Kraftwerk, wie einem Dampfkraftwerk oder einem Gas- und Dampfkraftwerk) ausgelegt sein. Im Solarteil einer solarthermischen Kraftwerksanlage wird die Sonneneinstrahlung gebündelt und auf das Wärmeträgermedium fokussiert. Das sich dadurch erhitzende Wärmeträgermedium wird mit Speisewasser oder Dampf aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf im Wärmetausch geführt, wobei das Speisewasser verdampft, bzw. der Dampf überhitzt wird.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass der Wärmetauscher, der von dem Wärmeträgermedium durchströmt wird und über die im ersten Betriebszustand, also dem Normalbetriebszustand, durch Übertragung von Wärme aus dem Wärmeträgermedium auf den Wasser-Dampf-Kreislauf Dampf erzeugt bzw. Dampf zwischenüberhitzt wird, im zweiten Betriebszustand, also im Sonderbetriebszustand, zur Warmhaltung des Wärmeträgermediums mit Hilfsdampf oder heißem Speisewasser beaufschlagt wird. Dadurch wird das Wärmeträgermedium erwärmt und somit auf einer Temperatur oberhalb der notwendigen Mindesttemperatur gehalten.
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Da der Dampferzeuger zur Warmhaltung des Wärmeträgermediums verwendet wird, kann auf sonst erforderliche weitere Prozesse zur Warmhaltung des Wärmeträgermediums verzichtet werden. Durch den Wegfall zusätzlicher Komponenten, wie Heizer oder Umwälzpumpen, sowie Rohrleitungswege, kann die solarthermische Kraftwerksanlage weniger komplex ausgestaltet werden, was die Kosten für die Planung und Errichtung einer solarthermischen Kraftwerksanlage deutlich reduziert.
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Bei einer vorteilhaften Weiterentwicklung ist der Dampferzeuger ein Zwischenüberhitzer, wobei der in dem Zwischenüberhitzer angeordnete Wärmetauscher eine Anzahl an Überhitzerheizflächen umfasst. Durch die Überhitzerheizflächen wird ein dem Zwischenüberhitzer aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf zuführbarer Dampf überhitzt. Die Überhitzerheizflächen sind dabei die Außenflächen von Rohren. Der Zwischenüberhitzer eignet sich besonders für die Ausführung der Erfindung, wenn die solarthermische Kraftwerksanlage keinen weiteren fossil befeuerten Kraftwerksteil umfasst. Zur Bereitstellung von Hilfsdampf sind zusätzliche Hilfsdampferzeuger vorhanden. Der Wärmetauscher wird mit einem Hilfsdampf aus dem Hilfsdampferzeuger beaufschlagt.
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Als besonders vorteilhaft erweist es sich dabei, wenn die Überhitzerheizflächen die Außenflächen von Rohren sind und wenn das Wärmeträgermedium durch das Innere der Rohre geführt wird. Die Außenhülle des Dampferzeugers bildet dabei eine äußere Umfassungswand, sodass zwischen der äußeren Umfassungswand und den Rohren ein Mantelraum gebildet ist.
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Im ersten Betriebszustand wird heißes Wärmeträgermedium im oberen Bereich des Zwischenüberhitzers in die Rohre des Wärmetauschers eingeleitet. Im unteren Bereich des Zwischenüberhitzers wird ein zu überhitzender Dampf eingeleitet und im Gegenstrom zum Wärmeträgermedium, durch den Mantelraum in den oberen Bereich des Zwischenüberhitzers geleitet. Durch die Überhitzerheizflächen wird dabei Wärme von dem Wärmeträgermedium auf den Dampf übertragen, der dadurch überhitzt wird und am oberen Ende des Zwischenüberhitzers wieder ausgeleitet wird. Das durch den Wärmetausch herab gekühlte Wärmeträgermedium wird im unteren Bereich des Zwischenüberhitzers ausgeleitet und in den Kreislauf zurückgeführt.
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Im zweiten Betriebszustand wird nun ein herab gekühltes Wärmeträgermedium durch die Rohre geleitet. Es wird kein zu überhitzender Dampf aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf eingeleitet. Zur Warmhaltung wird nun im oberen Bereich des Zwischenüberhitzers in den Mantelbereich der Hilfsdampf zugeführt. Durch die Überhitzerheizflächen wird dabei Wärme von dem Hilfsdampf auf das Wärmeträgermedium übertragen, wobei der Hilfsdampf kondensiert, und in Form von Kondensat aus dem unteren Bereich des Zwischenüberhitzers ausgeleitet wird.
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Bei einer alternativen Ausführungsform ist der in dem Dampferzeuger angeordnete Wärmetauscher ein Verdampfer, der eine Anzahl an Verdampferheizflächen umfasst. Durch die Verdampferheizflächen wird ein dem Verdampfer aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf (25) zuführbares Speisewasser verdampft. Der Verdampfer umfasst dabei vorzugsweise einen Economizer, dem eigentlichen Verdampfer und einem Überhitzer, die jeweils als Rohre ausgebildet sind. Der Dampferzeuger eignet sich besonders für die erfindungsgemäße Ausführung, wenn die solarthermische Kraftwerksanlage ein Hybridkraftwerk ist, bei dem heißes Speisewasser durch den fossil befeuerten Kraftwerksteil bereitgestellt wird. Die Verdampferheizflächen sind dabei die Außenflächen der Rohre. Die Rohre selbst, bilden eine innere Umfassungswand und der Dampferzeuger eine äußere Umfassungswand. Zwischen der inneren Umfassungswand und der äußeren Umfassungswand ist somit ein Mantelbereich gebildet.
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Im ersten Betriebszustand wird nun heißes Wärmeträgermedium im oberen Bereich des Dampferzeugers in den Mantelbereich eingeleitet. Im unteren Bereich des Dampferzeugers wird ein zu verdampfendes Speisewasser eingeleitet und im Gegenstrom zum Wärmeträgermedium, durch die Rohre in den oberen Bereich des Zwischenüberhitzers geleitet. Durch die Verdampferheizflächen wird dabei Wärme von dem Wärmeträgermedium auf das Speisewasser übertragen, das dadurch verdampft wird und am oberen Ende des Dampferzeugers wieder ausgeleitet wird. Das durch den Wärmetausch herab gekühlte Wärmeträgermedium wird im unteren Bereich des Dampferzeugers ausgeleitet und in den Kreislauf zurückgeführt.
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Im zweiten Betriebszustand wird nun ein herab gekühltes Wärmeträgermedium durch die Rohre geleitet. Es wird kein zu verdampfendes Speisewasser aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf eingeleitet. Zur Warmhaltung wird nun im oberen Bereich des Dampferzeugers in den Mantelbereich das heiße Speisewasser eingeleitet. Durch die Verdampferheizflächen wird dabei Wärme von dem heißen Speisewasser auf das Wärmeträgermedium übertragen. Dabei wird das Speisewasser herab gekühlt, und im unterem Bereich des Dampferzeugers ausgeleitet. Eine Führung des heißen Speisewassers im Gegenstrom zum Wärmeträgermedium ist ebenso möglich.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Wärmeträgermedium eine Salzschmelze in dem Kreislauf gefördert wird, da diese durch das erfindungsgemäße Verfahren ohne zusätzliche Heizer warmgehalten werden kann. Die bevorzugte Salzschmelze besteht im Wesentlichen aus den Komponenten NaNO3 und KNO3 sowie ggf. weiterer Bestandteile, und zeigt maximale Betriebstemperaturen von 500 bis 550°C. Die Mindesttemperatur, welche nicht unterschritten werden darf, beträgt ca. 230°C. Durch das Warmhalten wird ein Erstarren oder Auskristallisieren der Salzschmelze vermieden.
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Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird ein hochtemperaturstabiles Thermoöl als Wärmeträgermedium in dem Kreislauf gefördert. Durch das Warmhalten des Thermoöls mittels Hilfsdampf im Zwischenüberhitzer bzw. mittels heißem Speisewasser im Verdampfer wird somit verhindert, dass das Thermoöl zu viskos wird. Die maximale Betriebstemperatur bevorzugter Thermoöle liegt bei ca. 380 bis 420°C. Die Mindesttemperatur liegt bei ca. 50°C.
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Die auf eine Vorrichtung gerichtete Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch einen Dampferzeuger für ein solarthermisches Kraftwerk, umfassend einen Wärmetauscher, wobei der Dampferzeuger primärseitig in einen Kreislauf für ein Wärmeträgermedium geschaltet ist, und sekundärseitig in einen Wasser-Dampf-Kreislauf geschaltet ist. Erfindungsgemäß ist der Dampferzeuger dabei an eine Dampfzuführleitung angeschlossen, über die dem Dampferzeuger ein Hilfsdampf oder ein heißes Speisewasser so zuführbar ist, dass zur Warmhaltung des Wärmeträgermediums der Dampferzeuger primärseitig mit dem Hilfsdampf oder ein heißes Speisewasser beaufschlagbar ist, und Wärme sekundärseitig auf das Wärmeträgermedim übertragbar ist.
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Die primäre Seite der Verdampferheizflächen entspricht dabei der Wärme aufnehmenden Seite und die sekundäre Seite der Verdampferheizfläche entspricht der Wärme abgebenden Seite.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Dampferzeuger ein Zwischenüberhitzer und der in dem Zwischenüberhitzer angeordnete Wärmetauscher umfasst eine Anzahl an Überhitzerheizflächen, die zur Überhitzung von Dampf aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf ausgelegt sind. Durch die Überhitzerheizflächen wird ein dem Zwischenüberhitzer aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf zuführbarer Dampf überhitzt. Die Überhitzerheizflächen sind dabei die Außenflächen von Rohren. Der Zwischenüberhitzer eignet sich besonders für die erfindungsgemäße Ausführung der Erfindung, wenn die solarthermische Kraftwerksanlage eine solarthermische Kraftwerksanlage ohne fossil befeuertem Kraftwerksteil ist, bei dem zur Bereitstellung von Hilfsdampf zusätzliche Hilfsdampferzeuger vorhanden sind. Der Wärmetauscher wird dazu mit Hilfsdampf aus dem Hilfsdampferzeuger beaufschlagt.
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Dies ist vor allem dann von Vorteil, wenn die Überhitzheizflächen die Außenflächen von Rohren zur Durchleitung des Wärmeträgermediums sind. Die Rohre sind für eine Durchströmung von Wärmeträgermedium und eine Umströmung von Dampf ausgelegt.
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Bei einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform ist der in dem Dampferzeuger angeordnete Wärmetauscher ein Verdampfer, der eine Anzahl an Verdampferheizflächen umfasst, die zur Verdampfung von Speisewasser aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf ausgelegt sind. Durch die Verdampferheizflächen ist ein dem Verdampfer aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf zuführbares Speisewasser verdampfbar. Der Verdampfer umfasst dabei vorzugsweise einen Economizer, den eigentlichen Verdampfer und einen Überhitzer, die jeweils als Rohre ausgebildet sind. Der Dampferzeuger eignet sich besonders für die erfindungsgemäße Ausführung der Erfindung, wenn die solarthermische Kraftwerksanlage ein Hybridkraftwerk ist, bei dem heißes Speisewasser durch den fossil befeuerten Kraftwerksteil bereit gestellt wird.
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Von besonderem Vorteil ist dabei, wenn die Verdampferheizflächen die Außenflächen von Rohren sind. Die Rohre selbst, bilden eine innere Umfassungswand, und der Dampferzeuger eine äußere Umfassungswand. Zwischen der inneren Umfassungswand und der äußeren Umfassungswand ist somit ein Mantelbereich gebildet, der zur Durchleitung des Wärmeträgermediums geeignet ist. Die Rohre sind hier zur Durchleitung eines Speisewassers, und zur Umströmung von Wärmeträgermedium ausgelegt.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Wärmeträgermedium eine Salzschmelze in dem Kreislauf gefördert wird, da diese durch das erfindungsgemäße Verfahren ohne zusätzliche Heizer warm gehalten werden kann. Durch das Warmhalten wird ein Erstarren oder Auskristallisieren der Salzschmelze vermieden. Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird ein hochtemperaturstabiles Thermoöl als Wärmeträgermedium in dem Kreislauf gefördert. Durch das Warmhalten des Thermoöls mittels Speisewasser wird somit verhindert, dass das Thermoöl zu viskos wird.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Darin zeigt:
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1 einen ersten Betriebszustand und einen zweiten Betriebszustand einer solarthermischen Kraftwerksanlage,
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2 eine solarthermische Kraftwerksanlage mit einem Heizer zur Warmhaltung eines Wärmeträgermediums,
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3 eine solarthermische Kraftwerksanlage mit Heizdampfzuführung zum Zwischenüberhitzer,
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4 eine solarthermische Kraftwerksanlage mit heißer Speisewasserzuführung zum Verdampfer,
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5 einen Zwischenüberhitzer mit Heizdampfzuführung.
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1 zeigt einen ersten Betriebszustand 4 und einen zweiten Betriebszustand 7 einer solarthermischen Kraftwerksanlage 11 in einer vereinfachten Darstellung.
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Der erste Betriebszustand 4 stellt einen Normalbetriebszustand der solarthermischen Kraftwerksanlage 11 dar, und zeigt im Wesentlichen einen Wärmetauscher 3 in Form eines Rohres. Der Wärmetauscher 3 ist dabei so in einen Kreislauf 2 eines Wärmeträgermediums 1 geschaltet, dass das Wärmeträgermedium 1 das Rohr durchströmt. Der Wärmetauscher 3 steht hier beispielhaft für eine Anzahl an Wärmetauschern, bzw. eine Anzahl an Rohren, wie sie in einem Verdampfer oder einem Zwischenüberhitzer einer solarthermischen Kraftwerksanlage zum Einsatz kommen. Das Wärmeträgermedium 1 liegt in einem heißen Zustand 5 vor. Der einfachen Darstellung halber, ist der Kreislauf 2 als offener Kreislauf gezeigt. In solarthermischen Kraftwerken sind die Kreisläufe für die Wärmeträgermedien jedoch in der Regel geschlossen. Umströmt wird der Wärmetauscher 3 von Speisewasser, welches durch die Wärme aus dem Wärmeträgermedium 1 verdampft wird, bzw. von Dampf, der durch die Wärme aus dem Wärmeträgermedium 1 überhitzt wird.
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Der zweite Betriebszustand 7 stellt einen Sonderbetriebszustand der solarthermischen Kraftwerksanlage 11 dar. Gezeigt ist hier wieder der Wärmetauscher 3 in Form des Rohres. Das Wärmeträgermedium 1 liegt hier allerdings im abgekühlten Zustand 8 vor. Der Wärmetauscher 3 wird in diesem Betriebszustand nicht von einem zu verdampfenden Speisewasser oder einem zu überhitzenden Dampf umströmt. Um das Wärmeträgermedium 1 warm zu halten, wird hier ein Hilfsdampf oder heißes Speisewasser 9 zugeführt, der den Wärmetauscher 3 umströmt. Dadurch wird erzielt, dass das den Wärmetauscher verlassende Wärmeträgermedium 1 auf eine Temperatur erwärmt wird, die ausreichend oberhalb der erforderlichen Mindesttemperatur des Wärmeträgermediums 1 liegt.
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2 zeigt eine solarthermische Kraftwerksanlage 11 in schematischer Darstellung, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die solarthermische Kraftwerksanlage 11 besteht im Wesentlichen aus dem Solarfeld 15, einen Dampferzeuger 10 in Form eines Verdampfers 16, einem Zwischenüberhitzer 17, einem Speisewasserbehälter 18, einer Dampfturbineneinheit 19 und einem Kondensator 22. Die Dampfturbineneinheit 19 umfasst dabei eine Hochdruckturbine 20 und eine Mittel- und Niederdruckturbine 21, die über eine gemeinsame Welle 23 einen Generator 24 antreiben.
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Der Verdampfer 16 weist einen Eintritt 27 zur Einleitung von Speisewasser, und einen Austritt 28 zur Ausleitung von Speisewasser auf. Weiterhin weist der Verdampfer 16 einen Eintritt 29 zur Einleitung eines Wärmeträgermediums und einen Austritt 30 zur Ausleitung eines Wärmeträgermediums auf. Der Zwischenüberhitzer weist ebenso wie der Verdampfer 16 einen Eintritt 31 und einen Austritt 32 für Speisewasser und einen Eintritt 33 und einen Austritt 34 für ein Wärmeträgermedium auf. Der Verdampfer 16, der Zwischenüberhitzer 17, der Speisewasserbehälter 18, die Dampfturbineneinheit 19, sowie der Kondensator 22 sind dabei in einen Speisewasserkreislauf 25 geschaltet. Der Speisewasserkreislauf 25 ist für die Durchströmung von Speisewasser und Dampf ausgelegt, und in den Zeichnungen der 2, 3 und 4 jeweils gestrichelt gezeichnet.
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Das Solarfeld 15 ist für die Durchströmung eines Wärmeträgermediums ausgelegt, welches bei Sonneneinstrahlung erwärmbar ist. Das Solarfeld 15 ist hier nicht näher dargestellt. Im Falle eines Solarturmkraftwerkes umfasst das Solarfeld 15 eine Anzahl an Heliostaten, einen auf einem Turm angeordneten Receiver, einem Speicher für warmes Wärmeträgermedium, einen Speicher für kaltes Wärmeträgermedium sowie Pumpen und Ventile. Im Falle eines Parabolrinnenkraftwerks umfasst das Solarfeld anstatt der Heliostaten und dem Receiver eine Anzahl an Parabolrinnen.
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Zur Ausleitung von heißem Wärmeträgermedium 1 ist an das Solarfeld 15 eine Leitung 26 angeschlossen. Die Leitung 26 zweigt auf in eine Teilleitung 35 und eine Teilleitung 36. Die Teilleitung 36 verbindet das Solarfeld 15 mit dem Eintritt 29 des Verdampfers 16 und die Teilleitung 35 das Solarfeld mit dem Eintritt 33 des Zwischenüberhitzers 17.
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Über eine Leitung 37, die an dem Austritt 30 und dem Austritt 34 angeschlossen ist, ist das Wärmeträgermedium 1 wieder aus dem Verdampfer 16 und dem Zwischenüberhitzer 17 ausleitbar. Die Leitung 37 ist zudem auch eine Rückführleitung, mit der das Wärmeträgermedium 1 zurück in das Solarfeld leitbar ist. Dazu ist die Leitung 37 mit dem Solarfeld 15 verbunden. Zur Förderung von Wärmeträgermedium ist in die Leitung 37 dazu eine Förderpumpe geschaltet. Zudem ist in die Leitung 37 vor der Förderpumpe ein Ventil 39 und nach der Förderpumpe ein Ventil 40 geschaltet. Alle Leitungen die der Förderung von Wärmeträgermedium dienen, sind in den Zeichnungen der 2, 3 und 4 durchgezogen gezeichnet.
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Zur Warmhaltung von Wärmeträgermedium 1 im Sonderbetriebsfall, zweigt vor dem Ventil 39 eine Leitung 41 ab die wiederum nach dem Ventil 40 in die Leitung 37 mündet. In diese, der Leitung 37 abschnittsweise parallel geschaltete Leitung 41, ist eine Umwälzpumpe 42 geschaltet. In die Leitung 41, vor der Umwälzpumpe 42, ist ein Ventil 43, und nach der Umwälzpumpe 42 ein Ventil 44 geschaltet. Zwischen Ventil 43 und der Umwälzpumpe 42 ist ein Heizer 45 geschaltet. Die Leitungen 26, 35, 36 und 37 bilden einen Kreislauf 2 für ein Wärmeträgermedium.
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Muss das Wärmeträgermedium 1 im Sonderbetriebszustand warm gehalten werden, werden die Ventile 39 und 40 geschlossen, und die Ventile 43 und 44 geöffnet. Nun kann das Wärmeträgermedium durch den Heizer warm gehalten werden.
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3 zeigt eine solarthermische Kraftwerksanlage 11 mit Hilfsdampfzuführung zum Zwischenüberhitzer. Die dargestellte Verschaltung entspricht im Wesentlichen der Verschaltung aus 2. Jedoch ist die gesamte Leitung 41 mit den darin verschalteten Ventilen 44 und 43, sowie der Umwälzpumpe 42 und dem Heizer 45 entfallen.
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Zur Sicherstellung der Warmhaltung ist hier dem Zwischenüberhitzer 17 Hilfsdampf in Form eines Heizdampfes zuführbar. Dazu ist an den Zwischenüberhitzer 17 eine Dampfzuführleitung 14 angeschlossen, die mit einem hier nicht näher dargestellten Hilfsdampferzeuger verbunden ist.
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Zur Ausleitung von Kondensat ist an den Zwischenüberhitzer 17 eine Kondensatleitung 46 angeschlossen. Nicht gezeigt ist hier die Möglichkeit das anfallende Kondensat zurück in den Hilfsdampferzeugungsprozess, oder in den Kondensator 22 zu führen.
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4 zeigt eine alternative Ausführungsform einer solarthermischen Kraftwerksanlage mit heißer Speisewasserzuführung zum Dampferzeuger. 4 entspricht dabei im Wesentlichen den Ausführungen der 3. Jedoch dient hier zur Warmhaltung des Wärmeträgermediums 1 im Kreislauf 2 bei einem Sonderbetriebsfall nicht der Zwischenüberhitzer 17, sondern der Verdampfer 16. Damit eignet sich die solarthermische Kraftwerksanlage 11 in 4, insbesondere zum Einsatz in einem Hybridkraftwerk mit einem angeschlossenen fossil befeuerten Kraftwerksteil.
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Dem Verdampfer 16 ist aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf des fossil befeuerten Kraftwerksteils ein heißes Speisewasser 9 zuführbar. Das heiße Speisewasser 9 ist dem Verdampfer 16 im unteren Bereich zuführbar. Zur Ausleitung des Speisewassers 9 aus dem Verdampfer 16 ist an den Verdampfer im oberen Bereich eine Speisewasserleitung 56 angeschlossen. Über die Speisewasserleitung ist Speisewasser wieder in den Wasser-Dampf-Kreislauf des fossil befeuerten Kraftwerksteils zurückführbar. Das heiße Speisewasser 9 aus dem fossil befeuerten Kraftwerksteil hat hier die gleiche Flussrichtung, wie das Speisewasser im Wasser-Dampf-Kreislauf 25 des solarthermischen Kraftwerkteils. Denkbar ist hier auch, dass das Speisewasser 9 entgegengesetzt zum Wasser-Dampf-Kreislauf 25 geleitet wird.
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5 zeigt den in 3 bislang nur schematisch dargestellten Zwischenüberhitzer 17 mit Hilfsdampfzuführung. Der Zwischenüberhitzer 17 besteht aus einer Umfassungswand 47, aus einem in der Umfassungswand 47 angeordneten Wärmetauscher 3 und Wasserabscheiderflächen 48. Der Wärmetauscher umfasst eine Anzahl an Rohre. In der Umfassungswand 47 sind zudem ein Eintrittssammler 49 und ein Austrittssammler 50 angeordnet, zwischen denen die Rohre des Wärmetauschers 3 aufgespannt sind. Der Eintrittssammler 49 ist mit der Zuführung 29 verbunden, über die dem Zwischenüberhitzer 17 im Normalbetriebsfall ein heißes Wärmeträgermedium zuführbar ist. Der Austrittssammler 50 ist mit dem Austritt 30 verbunden, über den das Wärmeträgermedium wieder ausleitbar ist. Der Zwischenüberhitzer 17 ist im unteren Bereich der Umfassungswand 47 an einen Speisewasserkreislauf 25 angeschlossen, über die dem Zwischenüberhitzer 17 im Normalbetriebszustand ein zu überhitzender Dampf zuführbar ist. Zur Ausleitung von überhitztem Dampf ist der Zwischenüberhitzer 17 im oberen Bereich der Umfassungswand wieder an den Speisewasserkreislauf 25 angeschlossen.
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Im Normalbetrieb und unter Last, wird dem Zwischenüberhitzer 17 ein ca. 400 bis 500°C heißes Thermoöl als Wärmeträgermedium 1 aus dem Solarfeld 15 zugeführt und nach Wärmeabfuhr an den Speisewasserkreislauf 25 wieder in das Solarfeld 15 zurückgeführt. Dabei wird das Wärmeträgermedium 1 im Zwischenüberhitzer 17 innerhalb der Rohre des Wärmetauschers 3 geführt (Eintritt im oberen Bereich, Austritt im unteren Bereich), während der zu überhitzende Dampf im Mantelraum zwischen den Rohren des Wärmetauschers 3 und der Umfassungswand 47 geführt wird (Strömungsführung von unten nach oben). Im unteren Teil des Zwischenüberhitzers 17 sind Wasserabscheiderflächen 48 integriert, die den Wasseranteil des eintretenden Dampfes in Form von Kondensat abscheiden. Das abgeschiedene Kondensat kann an dem Speisewasserkreislauf zurückgeführt werden. Auf die Wasserabscheiderflächen 48 kann auch verzichtet werden, wenn der Zwischenüberhitzer 17 bei hohen Dampftemperaturen betrieben wird.
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Im Sonderbetriebszustand, also beispielsweise bei Anlagenstillstand, kann der Zwischenüberhitzer 17 auch die Warmhaltung des Wärmeträgermediums übernehmen (”Freeze Protection”). Dazu wird der in einem Hilfsdampferzeuger produzierte Hilfsdampf über eine Hilfsdampfzuführleitung 14 dem Zwischenüberhitzer 17 zugeführt. Nach Eintreten des Hilfsdampfes 9 in den Zwischenüberhitzer 17 kondensiert der Hilfsdampf 9 an den Rohren des Wärmetauschers 3. Am Boden des Zwischenüberhitzers 17 sammelt sich das Kondensat, und wird über die Kondensatleitung 43 ausgeleitet.
