DE102014202625B3

DE102014202625B3 - Solar radiation receiver, solar thermal power plant and method for operating a solar thermal power plant

Info

Publication number: DE102014202625B3
Application number: DE102014202625.3A
Authority: DE
Inventors: Martin Eickhoff
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2014-02-13
Filing date: 2014-02-13
Publication date: 2015-06-18
Anticipated expiration: 2034-02-14

Abstract

Bei einem Solarstrahlungsreceiver (1) für solarthermische Kraftwerke (100) insbesondere zum Betrieb mit einer Salzschmelze als Wärmeträgermedium mit einer Reflektorvorrichtung (3) und mit einem Absorberrohr (5) mit einer Absorberrohrwandung (5a), wobei das Absorberrohr (5) einen Rohrraum (7), durch den das Wärmeträgermedium leitbar ist, bildet, der von einer Innenfläche (5b) der Absorberrohrwandung (5a) umschlossen ist, ist vorgesehen, dass das in dem Rohrraum (7) eine Wärmeleitvorrichtung (9) angeordnet ist, die sich von der Innenfläche (5b) eines im Betrieb dem Reflektor (3) zugewandten Bereichs der Absorberrohrwandung (5a) zu einem dem Reflektor (3) abgewandten Bereich der Absorberrohrwandung (5a) erstreckt.In a solar radiation receiver (1) for solar thermal power plants (100) in particular for operation with a molten salt as heat transfer medium with a reflector device (3) and with an absorber tube (5) with an absorber tube wall (5a), wherein the absorber tube (5) has a tube space (7 ), through which the heat transfer medium is conductive forms, which is enclosed by an inner surface (5b) of Absorberrohrwandung (5a), it is provided that in the tube space (7) a heat conducting device (9) is arranged, extending from the inner surface (5b) of a region of the absorber tube wall (5a) facing the reflector (3) during operation extends to a region of the absorber tube wall (5a) facing away from the reflector (3).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Solarstrahlungsreceiver für solarthermische Kraftwerke zum Betrieb mit einer Salzschmelze als Wärmeträgermedium mit einer Reflektorvorrichtung und mit einem Absorberrohr mit einer Absorberrohrwandung, wobei das Absorberrohr einen Rohrraum, durch den das Wärmeträgermedium leitbar ist, bildet, der von einer Innenfläche der Absorberrohrwandung umschlossen ist.The present invention relates to a solar radiation receiver for solar thermal power plants for operation with a molten salt as heat transfer medium with a reflector device and with an absorber tube with an absorber tube, wherein the absorber tube a tube space through which the heat transfer medium is conductive forms, which is enclosed by an inner surface of the Absorberrohrwandung ,

Bei bekannten solarthermischen Kraftwerken wird ein Wärmeträgermedium mit Hilfe des Sonnenlichts erwärmt, indem das Sonnenlicht über Reflektoren auf einen Absorber reflektiert wird, der von dem Wärmeträgermedium 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. Es ist ferner bekannt, derartige Kraftwerke mit Salzschmelze zu betreiben. Der Einsatz von Salzschmelzen ist besonders geeignet, da hohe Betriebstemperaturen erreichbar sind, was zu sehr guten Prozesswirkungsgraden führt. Darüber hinaus sind flüssige Salze ein sehr kostengünstiges thermisches Speichermedium.In known solar thermal power plants, a heat transfer medium is heated by means of sunlight by the sunlight is reflected by reflectors on an absorber, which is traversed by the heat transfer medium. As a heat transfer, for example, serve a thermal oil or water. The thermal energy of the heat transfer medium is then either used immediately, for example, to generate electricity or there is a short-term heat storage. It is also known to operate such power plants with molten salt. The use of molten salts is particularly suitable because high operating temperatures can be achieved, which leads to very good process efficiencies. In addition, liquid salts are a very inexpensive thermal storage medium.

Insbesondere linienfokussierte solarthermische Kraftwerke, bei denen langgestreckte Absorberrohre vorgesehen sind, auf denen die Reflektoren Sonnenlicht linienförmig reflektieren, werden mit derartigen Wärmeträgermedien betrieben. Bei dem Einsatz von Salzschmelzen besteht jedoch der Nachteil, dass die flüssigen Salze in Zeiten ohne ausreichende Sonneneinstrahlung, wie beispielsweise nachts oder in Schlechtwetterperioden, in den Absorberrohren zurückbleiben und die Gefahr besteht, dass das Salz einfriert. Eingefrorene Absorberrohre sind nur mit großem Aufwand auftaubar und durch die beim Phasenwechsel entstehenden Volumenänderungen des Salzes besteht die Gefahr, dass die Absorberrohre beschädigt werden. Diese entsteht dadurch, dass die Flüssigphase der Salzschmelze ein größeres Volumen besitzt als die feste Phase.In particular, line-focused solar thermal power plants in which elongated absorber tubes are provided, on which the reflectors reflect sunlight linearly, are operated with such heat transfer media. When using molten salts, however, there is the disadvantage that the liquid salts remain in the absorber tubes at times without sufficient solar radiation, such as at night or in bad weather periods and there is a risk that the salt freezes. Frozen absorber pipes are defrostable only with great effort and the resulting changes in the volume of the salt during the phase change there is a risk that the absorber tubes are damaged. This arises from the fact that the liquid phase of the molten salt has a larger volume than the solid phase.

Ist in einem herkömmlichen Absorberrohr Salzschmelze eingefroren und wird versucht, diese an einer Stelle durch Wärmeeintrag aufzutauen, dann erzeugt das vom festen Salz eingeschlossene flüssigwerdende Salz einen immensen Druck auf die Innenwände des Absorberrohres und das Absorberrohr droht zu platzen. Daher müssen eingefrorene Absorberrohre von der noch flüssigen Seite ausgehend schrittweise aufgetaut werden, was sehr mühsam und zeitaufwändig ist. Daher werden die eingesetzten Salzschmelzen häufig fossil oder elektrisch beheizt, um sie von dem Einfrieren zu schützen. Das zusätzliche Beheizen ist jedoch kostspielig und führt zu einem verschlechterten Wirkungsgrad.If molten salt is frozen in a conventional absorber tube and it is attempted to thaw it at a point due to heat input, the liquid salt enclosed by the solid salt produces an immense pressure on the inner walls of the absorber tube and the absorber tube threatens to burst. Therefore, frozen absorber tubes must be gradually thawed from the still liquid side, which is very tedious and time consuming. Therefore, the salt melts used are often fossil or electrically heated to protect them from freezing. However, the additional heating is costly and leads to a deteriorated efficiency.

Insbesondere bei Solarstrahlungsreceivern, deren Reflektorvorrichtung nur eine Seite des Absorberrohres bestrahlt, besteht ferner die Gefahr von großen Temperaturgradienten zwischen bestrahlter und unbestrahlter Absorberwand, was ebenfalls zu einer Beschädigung der Absorberrohre führen kann.In particular, in solar radiation receivers whose reflector device irradiates only one side of the absorber tube, there is also the danger of large temperature gradients between irradiated and unirradiated absorber wall, which can also lead to damage to the absorber tubes.

WO 2013/168 074 A1 offenbart einen Solarstrahlungsreceiver nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, bei dem die Wärmeleitvorrichtung zur Vermeidung von wärmebedingten Verformungen des Absorberrohrs vorgesehen ist. WO 2013/168 074 A1 discloses a solar radiation receiver according to the preamble of claim 1, wherein the heat-conducting device is provided to avoid heat-induced deformations of the absorber tube.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Solarstrahlungsreceiver bereitzustellen, bei dem die Beschädigung der Absorberrohre vermieden wird und gleichzeitig auf ein zusätzliches Beheizen der Salzschmelze weitestgehend verzichtet werden kann. Es ist ferner die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein solarthermisches Kraftwerk mit einem derartigen Solarstrahlungsreceiver sowie ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen solarthermischen Kraftwerks bereitzustellen.It is therefore an object of the present invention to provide a solar radiation receiver, in which the damage to the absorber tubes is avoided and at the same time can be largely dispensed with an additional heating of the molten salt. It is a further object of the present invention to provide a solar thermal power plant having such a solar radiation receiver and a method of operating such a solar thermal power plant.

Der erfindungsgemäße Strahlungsreceiver ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 1. Das erfindungsgemäße solarthermische Kraftwerk ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 9. Das erfindungsgemäße Verfahren ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 10.The radiation receiver according to the invention is defined by the features of claim 1. The solar thermal power plant according to the invention is defined by the features of claim 9. The inventive method is defined by the features of claim 10.

Der erfindungsgemäße Solarstrahlungsreceiver für solarthermische Kraftwerke insbesondere zum Betrieb mit einer Salzschmelze als Wärmeträgermedium weist eine Reflektorvorrichtung und ein Absorberrohr mit einer Absorberrohrwandung auf, wobei das Absorberrohr einen Rohrraum, durch den das Wärmeträgermedium leitbar ist, bildet, der von einer Innenfläche der Absorberrohrwandung umschlossen ist. Der Solarstrahlungsreceiver ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Rohrraum eine Wärmeleitvorrichtung angeordnet ist, die sich von der Innenfläche eines im Betrieb dem Reflektor zugewandten Bereichs der Absorberwandung zu einem dem Reflektor abgewandten Bereich der Absorberwandung erstreckt.The solar radiation receiver according to the invention for solar thermal power plants in particular for operation with a molten salt as heat transfer medium has a reflector device and an absorber tube with an absorber tube, wherein the absorber tube a tube space through which the heat transfer medium is conductive forms, which is enclosed by an inner surface of the Absorberrohrwandung. The solar radiation receiver is characterized in that a heat-conducting device is arranged in the tube space, which extends from the inner surface of a region of the absorber wall facing the reflector in operation to a region of the absorber wall facing away from the reflector.

Durch die Wärmeleitvorrichtung wird erreicht, dass ein großer Teil der von dem Bereich der Absorberwandung, der dem Reflektor zugewandt ist, absorbierten Wärme auf die unbestrahlte Absorberseite geleitet wird. Dadurch können große Temperaturgradienten zwischen bestrahlter und unbestrahlter Absorberwand, die zu einer Beschädigung eines Absorberrohrs führen können, vermieden werden. Der Solarstrahlungsreceiver kann beispielsweise in einer Betriebsart verwendet werden, bei der die Salzschmelze im Nichtbetrieb im Absorberrohr gefriert, da mittels der Wärmeleitvorrichtung ein um den Umfang gleichmäßiges Auftauen des in dem Absorberrohr erstarrten Salzes zu einem späteren Zeitpunkt ermöglicht wird. Die Wärmeleitvorrichtung leitet Wärmeenergie in Bereiche, die aufgrund der geringen solaren Einstrahlung nicht ausreichend Energie absorbieren, um ein Schmelzen des Salzes hervorzurufen. Dadurch werden Probleme aufgrund von um den Umfang des Absorberrohres ungleichmäßigen Schmelzens des Salzes vermieden.The heat-conducting device ensures that a large part of the heat absorbed by the region of the absorber wall which faces the reflector is conducted onto the unirradiated absorber side. As a result, large temperature gradients between irradiated and unirradiated absorber wall, which can lead to damage of an absorber tube can be avoided. The solar radiation receiver can be used for example in a mode in which the Salt melt freezes in the absorber tube in non-operation, since by means of the heat-conducting device a uniform thawing around the circumference of the solidified in the absorber tube salt at a later date is made possible. The heat-conducting device conducts heat energy into areas which, due to the low level of solar radiation, do not absorb sufficient energy to cause the salt to melt. This avoids problems due to uneven melting of the salt around the circumference of the absorber tube.

Ferner kann der erfindungsgemäße Solarstrahlungsreceiver auch in einer Betriebsart verwendet werden, bei der in Zeiten mit geringer Solareinstrahlung die Receiverrohre entleert werden. Um zu verhindern, dass bei einer erneuten Inbetriebnahme des Solarstrahlungsreceivers durch das Absorberrohr geleitete Salzschmelze an der Innenfläche des erkalteten Absorberrohres gefriert, muss das Absorberrohr vor dem Einleiten der Salzschmelze vorgewärmt werden. Durch die erfindungsgemäße Wärmeleitvorrichtung kann diese Vorwärmung auch über konzentrierte Solarstrahlung erfolgen, indem die Reflektorvorrichtung auf das Absorberrohr fokussiert wird. Dabei werden starke Temperaturgradienten, die zu einer Verformung oder Beschädigung des Absorberrohres führen können, verhindert, indem die Wärmeleitvorrichtung thermische Energie von Bereichen, die mit konzentrierter solarer Strahlung bestrahlt werden, in Bereiche, die nicht bestrahlt werden, leitet. Durch diesen Temperaturausgleich kann eine relativ gleichmäßige Erwärmung des Absorberrohres erfolgen.Furthermore, the solar radiation receiver according to the invention can also be used in an operating mode in which the receiver tubes are emptied during periods of low solar irradiation. In order to prevent salt melt flowing through the absorber tube from freezing on the inner surface of the cooled absorber tube when the solar radiation receiver is restarted, the absorber tube must be preheated before the molten salt is introduced. By the heat conducting device according to the invention, this preheating can also be done via concentrated solar radiation by the reflector device is focused on the absorber tube. In this case, strong temperature gradients, which can lead to deformation or damage to the absorber tube, prevented by the thermal conduction device thermal energy from areas that are irradiated with concentrated solar radiation, in areas that are not irradiated directs. By this temperature compensation can be done a relatively uniform heating of the absorber tube.

Der erfindungsgemäße Solarstrahlungsreceiver ermöglicht somit beim Betrieb mit einer Salzschmelze den Verzicht auf das kostenintensive zusätzliche Beheizen der Salzschmelze, wodurch ein verbesserter Wirkungsgrad erreicht werden kann.The solar radiation receiver according to the invention thus makes it possible to dispense with the costly additional heating of the molten salt during operation with a molten salt, whereby an improved efficiency can be achieved.

Der erfindungsgemäße Solarstrahlungsreceiver kann auch in direkt verdampfenden solarthermischen Kraftwerken, die mit Wasser als Wärmeträgermedium betrieben werden, eingesetzt werden. In kritischen Betriebspunkten, beispielsweise im Bereich des Verdampfungsendpunktes und beim Beginn der Überhitzung, kann mittels der erfindungsgemäßen Wärmeleitvorrichtung die thermische Beanspruchung durch extrem hohe Temperaturgradienten in dem Absorberrohr reduziert werden, wodurch die Betriebssicherheit und die Lebensdauer der Anlage erhöht wird.The solar radiation receiver according to the invention can also be used in directly evaporating solar thermal power plants, which are operated with water as the heat transfer medium. In critical operating points, for example in the region of the evaporation end point and at the beginning of overheating, the thermal stress can be reduced by extremely high temperature gradients in the absorber tube by means of the thermal conduction device according to the invention, whereby the reliability and the life of the system is increased.

Erfindungsgemäß ist die Wärmeleitvorrichtung als Wärmeleitrohr ausgebildet, das entlang der Innenfläche der Absorberrohrwandung angeordnet ist. Eine derartige Wärmeleitvorrichtung ist konstruktiv einfach ausgestaltet und kostengünstig herstellbar. Durch die Anordnung der Wärmeleitvorrichtung als Wärmeleitrohr entlang der Innenfläche der Absorberrohrwandung besteht eine große Kontaktfläche zwischen der Wärmeleitvorrichtung und der Absorberrohrwandung, so dass eine vorteilhafte Übertragung von thermischer Energie erfolgen kann. In dem Bereich, der von dem Reflektor bestrahlt wird, wird die absorbierte thermische Energie in vorteilhafter Weise auf die Wärmeleitvorrichtung übertragen und in Richtung der Bereiche, die weniger thermische Energie absorbieren und somit kälter sind, geleitet. Dabei findet eine kontinuierliche Übertragung von Wärme zwischen dem Absorber und der Wärmeleitvorrichtung bzw. in umgekehrte Richtung statt. Die erfindungsgemäße Wärmeleitvorrichtung ermöglicht somit eine vorteilhafte Vergleichmäßigung der Temperatur des Absorberrohrs, so dass große Temperaturgradienten vermieden werden.According to the invention, the heat conducting device is designed as a heat conducting tube which is arranged along the inner surface of the absorber tube wall. Such a heat conduction device is designed structurally simple and inexpensive to produce. By arranging the heat conducting device as a heat pipe along the inner surface of the Absorberrohrwandung there is a large contact area between the heat conducting device and the Absorberrohrwandung, so that an advantageous transmission of thermal energy can take place. In the area which is irradiated by the reflector, the absorbed thermal energy is advantageously transferred to the heat-conducting device and directed towards the areas which absorb less thermal energy and thus are colder. In this case, there is a continuous transfer of heat between the absorber and the heat conducting device or in the opposite direction. The heat conducting device according to the invention thus makes possible an advantageous equalization of the temperature of the absorber tube, so that large temperature gradients are avoided.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Wärmeleitrohr geschlitzt ist. Durch den Schlitz wird die Möglichkeit geschaffen, dass sich das Wärmeleitrohr während der Erwärmung ausdehnen kann, ohne einen unzulässig hohen Druck auf die Absorberrohrwandung auszuüben, was anderenfalls zu einer Beschädigung der Absorberrohrwandung führen könnte. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Wärmeleitrohr in das Absorberrohr klemmend eingebracht ist. Demnach weist das Wärmeleitrohr einen geringfügig größeren Durchmesser auf als der Innendurchmesser des Absorberrohres. Mittels des Schlitzes lässt sich das Wärmeleitrohr zusammenpressen, so dass es bei der Montage in das Absorberrohr eingefügt werden kann.It is preferably provided that the heat pipe is slotted. Through the slot, the possibility is created that the heat pipe can expand during the heating, without exerting an unacceptably high pressure on the Absorberrohrwandung, which could otherwise lead to damage to the Absorberrohrwandung. It can be provided in particular that the heat pipe is introduced by clamping in the absorber tube. Accordingly, the heat pipe has a slightly larger diameter than the inner diameter of the absorber tube. By means of the slot, the heat pipe can be compressed, so that it can be inserted in the assembly in the absorber tube.

Dabei kann vorgesehen sein, dass das Wärmeleitrohr aus einem Material mit einem gegenüber dem Material des Absorberrohrs höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das Wärmeleitrohr auch bei sehr hohen Temperaturen fest in dem Absorberrohr eingeklemmt verbleibt und es nicht aufgrund von unterschiedlicher Wärmeausdehnung zu einer Lockerung des Wärmeleitrohres kommen kann. Ferner wird sichergestellt, dass das Wärmeleitrohr stets eine große Kontaktfläche mit dem Absorberrohr besitzt, wodurch die Übertragung der thermischen Energie in vorteilhafter Weise erfolgen kann.It can be provided that the heat pipe is made of a material with a relation to the material of the absorber tube higher thermal expansion coefficient. This can ensure that the heat pipe remains firmly trapped even in very high temperatures in the absorber tube and it can not come to loosening of the heat pipe due to different thermal expansion. Furthermore, it is ensured that the heat pipe always has a large contact surface with the absorber tube, whereby the transmission of the thermal energy can be carried out in an advantageous manner.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Wärmeleitvorrichtung aus einem Material mit einer gegenüber dem Material des Absorberrohres höheren Wärmeleitfähigkeit besteht. Die Leitfähigkeit des Materials der Wärmeleitvorrichtung kann beispielsweise mindestens das Zehnfache der Wärmeleitfähigkeit des Materials des Absorberrohrs betragen. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass mittels der Wärmeleitvorrichtung in besonders vorteilhafter Weise die thermische Energie von einem Bereich des Absorberrohres, der mittels des Reflektors mit Solarstrahlung bestrahlt wird, zum Bereich des Absorberrohrs, der geringer bestrahlt wird, geleitet werden kann.It is preferably provided that the heat-conducting device consists of a material with a higher thermal conductivity than the material of the absorber tube. The conductivity of the material of the heat-conducting device may be, for example, at least ten times the thermal conductivity of the material of the absorber tube. In this way it is ensured that by means of the heat conducting device in a particularly advantageous manner, the thermal energy of a region of the absorber tube, by means of the reflector with solar radiation is irradiated to the area of the absorber tube, which is less irradiated, can be passed.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Wärmeleitvorrichtung aus einem gegenüber der Salzschmelze korrosionsresistenten Material besteht. Dadurch wird sichergestellt, dass der erfindungsgemäße Solarstrahlungsreceiver eine hohe Standzeit besitzt und der Wartungsaufwand gering gehalten werden kann.It is preferably provided that the heat-conducting device consists of a material which is corrosion-resistant with respect to the molten salt. This ensures that the solar radiation receiver according to the invention has a long service life and maintenance can be kept low.

In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Wärmeleitvorrichtung aus Aluminium besteht. Aluminium hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da es gegenüber herkömmlichem Material, das für Absorberrohre verwendet wird, beispielsweise Edelstahl, eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt. Ferner entstehen zwischen Aluminium und Edelstahl auch bei hohen Temperaturen keine chemischen Wechselwirkungen, so dass an den Berührungsflächen keine Korrosionsbildung zu erwarten ist. Aluminium besitzt auch gegenüber Edelstahl einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten, so dass eine Wärmeleitvorrichtung in Form eines Wärmeleitrohres in vorteilhafter Weise in ein Absorberrohr eingeklemmt werden kann. Ferner ist Aluminium auch korrosionsresistent gegenüber Salzschmelzen.In a particularly preferred embodiment, it is provided that the heat-conducting device consists of aluminum. Aluminum has been found to be particularly advantageous because it has a particularly high thermal conductivity over conventional material used for absorber tubes, such as stainless steel. Furthermore, no chemical interactions occur between aluminum and stainless steel, even at high temperatures, so that corrosion is not expected at the contact surfaces. Aluminum also has a greater coefficient of thermal expansion than stainless steel, so that a heat-conducting device in the form of a heat pipe can advantageously be clamped in an absorber pipe. Furthermore, aluminum is also corrosion resistant to molten salts.

Es kann vorgesehen sein, dass das Absorberrohr aus Edelstahl besteht.It can be provided that the absorber tube is made of stainless steel.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Reflektorvorrichtung als Parabolrinnenkollektor ausgebildet ist. Derartige Reflektorvorrichtungen für solarthermische Kraftwerke haben sich, beispielsweise im Vergleich zu Fresnelkollektoren, als besonders vorteilhaft herausgestellt, da diese die Solarstrahlung effizienter nutzen. Aufgrund der mittels der Parabolrinnenkollektoren einseitigen Bestrahlung der Absorberrohre sind die erfindungsgemäßen Wärmeleitvorrichtungen besonders vorteilhaft bei derartigen Kollektoren.It is preferably provided that the reflector device is designed as a parabolic trough collector. Such reflector devices for solar thermal power plants have proven to be particularly advantageous, for example compared to Fresnel panels, since they use the solar radiation more efficiently. Due to the unilateral irradiation of the absorber tubes by means of the parabolic trough collectors, the heat-conducting devices according to the invention are particularly advantageous in the case of such collectors.

Die Erfindung betrifft ferner ein solarthermisches Kraftwerk mit mehreren erfindungsgemäßen Solarstrahlungsreceivern.The invention further relates to a solar thermal power plant with a plurality of solar radiation receivers according to the invention.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb eines solarthermischen Kraftwerks, insbesondere eines erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerks, mit mehreren Strahlungsreceivern, insbesondere erfindungsgemäßen Strahlungsreceivern, die mit einer Salzschmelze als Wärmeträgermedium betrieben werden, wobei jeder Solarstrahlungsreceiver eine Reflektorvorrichtung und ein Absorberrohr aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren weist folgende Schritte auf:

– Vorwärmen der Absorberrohre im von der Salzschmelze entleerten Zustand auf eine Temperatur T durch Konzentrieren von solarer Strahlung auf einen der Reflektorvorrichtung zugewandten Bereich des Absorberrohres mittels der Reflektorvorrichtung sowie gleichzeitige Wärmeleitung der thermischen Energie in einen von der Reflektorvorrichtung abgewandten Bereich des Absorberrohres mittels Wärmeleitvorrichtungen in den Absorberrohren, wobei die Temperatur T größer oder gleich der Schmelztemperatur des Salzes ist,
– Einleiten der flüssigen Salzschmelze in die Absorberrohre und rezirkulierendes Leiten der Salzschmelze durch die Absorberrohre unter gleichzeitigem, sonnenstandabhängigem Nachführen der Reflektorvorrichtung;

bei Beendigung des Betriebs:

– Ablassen der Salzschmelze aus den Absorberrohren.

The invention further relates to a method for operating a solar thermal power plant, in particular a solar thermal power plant according to the invention, with a plurality of radiation receivers, in particular radiation receivers according to the invention, which are operated with a molten salt as heat transfer medium, each solar radiation receiver having a reflector device and an absorber tube. The inventive method comprises the following steps:

Preheating the absorber tubes in the emptied from the molten salt state to a temperature T by concentrating solar radiation on one of the reflector device facing portion of the absorber tube by means of the reflector device and simultaneous heat conduction of the thermal energy in a remote from the reflector device region of the absorber tube by means of heat conduction in the absorber tubes wherein the temperature T is greater than or equal to the melting temperature of the salt,
- Introducing the liquid molten salt into the absorber tubes and recirculating the salt melt through the absorber tubes with simultaneous, sun-dependent tracking of the reflector device;

at the end of the operation:

- Draining the molten salt from the absorber pipes.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht somit vor, dass bei der Beendigung des Betriebs eines solarthermischen Kraftwerks die Absorberrohre des Solarstrahlungsreceivers entleert werden, so dass keine Salzschmelze in den Absorberrohren verbleibt. Dadurch wird vermieden, dass die Salzschmelze in den Absorberrohren zu erstarren droht und zu einem zeitaufwändigen und aufwändigen Schmelzen von Salzschmelze in den Absorberrohren führt bzw. ein kostenintensives nächtliches Beheizen wird unnötig. Durch das spezielle Vorwärmen der Absorberrohre wird einerseits verhindert, dass große Temperaturgradienten in den Absorberrohrwandungen entstehen, indem mittels Wärmeleitvorrichtungen thermische Energie zu Bereichen der Absorberrohre, die nicht mit konzentrierter solarer Strahlung bestrahlt werden, geleitet wird. Dadurch wird eine Vergleichmäßigung der Aufwärmung der Absorberrohre erreicht. Durch das Aufwärmen der Absorberrohre auf eine Temperatur T, die größer oder gleich der Schmelztemperatur des Salzes ist, wird erreicht, dass bei einem anschließenden Einleiten der Salzschmelze in die Absorberrohre diese nicht an den Innenflächen der Absorberrohrwandungen erstarrt.The inventive method thus provides that at the end of the operation of a solar thermal power plant, the absorber tubes of the solar radiation receiver are emptied, so that no molten salt remains in the absorber tubes. This avoids that the molten salt threatens to solidify in the absorber tubes and leads to a time-consuming and costly melting of molten salt in the absorber tubes or costly nocturnal heating is unnecessary. Due to the special preheating of the absorber tubes, it is prevented on the one hand that large temperature gradients develop in the absorber tube walls, by thermal energy being conducted to regions of the absorber tubes which are not irradiated with concentrated solar radiation. As a result, a homogenization of the heating of the absorber tubes is achieved. By warming the absorber tubes to a temperature T which is greater than or equal to the melting temperature of the salt, it is achieved that in a subsequent introduction of the molten salt into the absorber tubes, these do not solidify on the inner surfaces of the Absorberrohrwandungen.

Ferner besteht die Möglichkeit, dass bei einem Entleeren der Absorberrohre die in der flüssigen Salzschmelze enthaltene thermische Energie in den entsprechenden Speichern zwischengespeichert werden kann, so dass diese nicht oder nur in geringem Maße verloren geht. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass bei Beendigung des Betriebs zusätzlich die Reflektorvorrichtungen defokussiert werden.Furthermore, there is the possibility that when the absorber tubes are emptied, the thermal energy contained in the molten salt melt can be temporarily stored in the corresponding stores so that they are not or only to a limited extent lost. It is preferably provided that, at the end of the operation, the reflector devices are additionally defocused.

Es kann vorgesehen sein, dass bei dem Vorwärmen der Absorberrohre eine sonnenstand- und/oder witterungsabhängige Leistungsregulierung der Reflektorvorrichtungen erfolgt. Beispielsweise bei Reflektorvorrichtungen in Form von Parabolrinnenkollektoren ist der Vorwärmvorgang morgens aufgrund des Sonnenstandes und der daraus resultierenden relativ geringen Solarstrahlung unkritisch, so dass der Kollektor direkt auf das Absorberrohr fokussiert werden kann. Auch bei bewölktem Himmel reicht die diffuse Bestrahlung aus, um einen Großteil der Vorwärmung zu erreichen. Wird der Vorwärmvorgang während der Mittagssonne vorgenommen, ist die Solarstrahlung zu stark, so dass unzulässige Temperaturgradienten in den Absorberrohren entstehen können. Daher muss eine Leistungsregulierung erfolgen, so dass eine geringere Solarstrahlung auf die Absorberrohre reflektiert wird. Der Fokus der Reflektorvorrichtung darf daher nicht direkt auf dem Absorberrohr, sondern muss gegenüber dem Absorberrohr leicht verschoben sein, so dass nur ein Teil der reflektierten Solarstrahlung auf das Absorberrohr gelangt. Nach dem Vorwärmen der Absorberrohre und dem Einleiten von Salzschmelze kann dann der Solarkollektor vollständig auf das Absorberrohr fokussiert werden.It can be provided that in the preheating of the absorber tubes, a sun position and / or weather-dependent power regulation of the reflector devices takes place. For example, in reflector devices in the form of Parabolic trough collectors, the preheating in the morning due to the sun and the resulting relatively low solar radiation is not critical, so that the collector can be focused directly on the absorber tube. Even with cloudy skies, the diffuse irradiation is sufficient to achieve a large part of the preheating. If the preheating is carried out during the midday sun, the solar radiation is too strong, so that inadmissible temperature gradients can arise in the absorber tubes. Therefore, a power regulation must be done so that a lower solar radiation is reflected on the absorber tubes. The focus of the reflector device must therefore not be directly on the absorber tube, but must be slightly shifted relative to the absorber tube, so that only a portion of the reflected solar radiation reaches the absorber tube. After preheating the absorber tubes and introducing molten salt, the solar collector can then be completely focused on the absorber tube.

Das Ablassen der Salzschmelze aus den Absorberrohren kann schwerkraftbedingt erfolgen. Auf diese Weise lassen sich bei Betriebsende die Absorberrohre in vorteilhafter Weise entleeren. Die schwerkraftbedingte Entleerung kann dadurch erfolgen, dass die Absorberrohre leicht geneigt angeordnet sind.Draining the molten salt from the absorber pipes can be done by gravity. In this way, the absorber tubes can be emptied at the end of operation in an advantageous manner. Gravity-related emptying can be done by the absorber tubes are arranged slightly inclined.

Es kann auch vorgesehen sein, dass die Absorberrohre während der Nacht mit dem Inertgas gefüllt sind.It can also be provided that the absorber tubes are filled with the inert gas during the night.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch vorsehen, dass während des Vorwärmens die Absorberrohre ein Inertgas, vorzugsweise rezirkulierend, durch die Absorberrohre geleitet wird. Dadurch kann eine verbesserte Verteilung der absorbierten Wärme über die Absorberrohrwandungen erreicht werden.The inventive method may also provide that during the preheating the absorber tubes an inert gas, preferably recirculating, is passed through the absorber tubes. As a result, an improved distribution of the absorbed heat over the Absorberrohrwandungen can be achieved.

Als Inertgas kann beispielsweise Stickstoff verwendet werden. Ein derartiges Gas hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da üblicherweise in Salzspeichertanks ein Polster aus Stickstoff eingesetzt wird, das für das erfindungsgemäße Verfahren genutzt werden kann.For example, nitrogen can be used as the inert gas. Such a gas has been found to be particularly advantageous, since usually in salt storage tanks, a pad of nitrogen is used, which can be used for the inventive method.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren die Erfindung näher erläutert.In the following, the invention will be explained in more detail with reference to the following figures.

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Darstellung eines solarthermischen Kraftwerks mit mehreren erfindungsgemäßen Solarstrahlungsreceivern und 1 a schematic representation of a solar thermal power plant with several inventive solar radiation receivers and

2 eine schematische Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Solarstrahlungsreceiver. 2 a schematic sectional view through a solar radiation receiver according to the invention.

In 1 ist ein solarthermisches Kraftwerk 100 schematisch in der Draufsicht dargestellt. Das solarthermische Kraftwerk 100 weist mehrere Solarstrahlungsreceiver 1 auf, die hintereinander angeordnet sind. Die Solarstrahlungsreceiver 1 weisen jeweils eine Reflektorvorrichtung 3 auf, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als Parabolrinnenreflektor ausgebildet ist. Ferner weist jeder Solarstrahlungsreceiver 1 ein Absorberrohr 5 auf, durch das ein Wärmeträgermedium, beispielsweise eine Salzschmelze, geleitet werden kann. Von den Reflektorvorrichtungen 3 reflektiertes Sonnenlicht wird auf die Absorberrohre 5 konzentriert und absorbiert. Die Absorberrohre 5 werden dadurch erwärmt und übertragen die Wärme auf das Wärmeträgermedium. Mittels Rohrleitungen 110 kann die thermische Energie an einen Kraftwerkskomplex 120 transportiert werden, in dem die thermische Energie beispielsweise in einem nachgeschalteten Wasserdampf-Kreislauf genutzt werden kann. Es besteht jedoch die Möglichkeit, die thermische Energie in geeigneten Speichertanks zu speichern.In 1 is a solar thermal power plant 100 schematically shown in plan view. The solar thermal power plant 100 has several solar radiation receivers 1 on, which are arranged one behind the other. The solar radiation receiver 1 each have a reflector device 3 on, which is formed in the embodiment shown as a parabolic trough reflector. Furthermore, each solar radiation receiver has 1 an absorber tube 5 on, by a heat transfer medium, such as a molten salt, can be passed. From the reflector devices 3 reflected sunlight is applied to the absorber tubes 5 concentrated and absorbed. The absorber pipes 5 are heated by this and transfer the heat to the heat transfer medium. By means of pipelines 110 can the thermal energy to a power plant complex 120 be transported, in which the thermal energy can be used for example in a downstream steam cycle. However, it is possible to store the thermal energy in suitable storage tanks.

In 2 ist ein erfindungsgemäßer Solarstrahlungsreceiver 1 schematisch im Schnitt dargestellt. Das Absorberrohr 5 weist eine Absorberrohrwandung 5a auf. In dem Absorberrohr 5 ist ein Rohrraum 7 angeordnet, der von der Innenfläche 5b der Absorberrohrwandung umschlossen ist. Von der Reflektorvorrichtung 3 reflektiertes Sonnenlicht wird, wie durch Pfeile dargestellt wird, auf die Außenfläche 5c der Absorberrohrwandung 5a reflektiert, wodurch die solare Strahlung von dem Absorberrohr 5 absorbiert wird. Wie in 2 ersichtlich ist, wird die solare Strahlung nur auf einen Teilbereich des Absorberrohres konzentriert, nämlich auf den im Betrieb dem Reflektor 3 zugewandten Bereich der Absorberrohrwandung 5a. Dadurch wird dieser Bereich stark erwärmt. In dem Rohrraum 7 des Absorberrohrs 5 ist eine Wärmeleitvorrichtung 9 angeordnet, die aus einem Wärmeleitrohr 11 besteht. Das Wärmeleitrohr 11 ist entlang der Innenfläche 5b der Absorberrohrwandung 5a angeordnet. Das Wärmeleitrohr 11 weist einen Schlitz 13 auf, wodurch eine Wärmedehnung des Wärmeleitrohrs 11 ausgeglichen werden kann, ohne dass ein unzulässig hoher Druck auf die Absorberrohrwandung 5a ausgeübt wird. Das Wärmeleitrohr 11 ist in das Absorberrohr 5 eingeklemmt. Vorzugsweise besteht das Wärmeleitrohr 11 aus Aluminium. Das Absorberrohr kann beispielsweise aus Edelstahl bestehen.In 2 is an inventive solar radiation receiver 1 shown schematically in section. The absorber tube 5 has an absorber tube wall 5a on. In the absorber tube 5 is a pipe space 7 arranged by the inner surface 5b the Absorberrohrwandung is enclosed. From the reflector device 3 reflected sunlight, as shown by arrows, on the outer surface 5c the absorber tube wall 5a reflects, reducing the solar radiation from the absorber tube 5 is absorbed. As in 2 is visible, the solar radiation is concentrated only on a portion of the absorber tube, namely on the reflector during operation 3 facing region of Absorberrohrwandung 5a , As a result, this area is strongly heated. In the pipe room 7 of the absorber tube 5 is a heat conducting device 9 arranged, consisting of a heat pipe 11 consists. The heat pipe 11 is along the inner surface 5b the absorber tube wall 5a arranged. The heat pipe 11 has a slot 13 on, causing a thermal expansion of the heat pipe 11 can be compensated without an impermissibly high pressure on the Absorberrohrwandung 5a is exercised. The heat pipe 11 is in the absorber tube 5 trapped. Preferably, there is the heat pipe 11 made of aluminium. The absorber tube may for example consist of stainless steel.

Da Aluminium eine höhere Wärmeleitfähigkeit besitzt als Edelstahl, wird mittels des Wärmeleitrohrs 11 thermische Energie sehr schnell von dem der Reflektorvorrichtung 3 zugewandten Bereich der Absorberrohrwandung 5a zu dem den Reflektor 3 abgewandten Bereich der Absorberrohrwandung 5a geleitet. Dadurch werden große Temperaturgradienten vermieden.Since aluminum has a higher thermal conductivity than stainless steel, by means of the heat pipe 11 thermal energy very quickly from that of the reflector device 3 facing region of Absorberrohrwandung 5a to which the reflector 3 remote area of Absorberrohrwandung 5a directed. This avoids large temperature gradients.

Absorberrohr 5 ist von einem Glashüllrohr 15 umgeben, über das konvektive Wärmeverluste von der Außenfläche 5c des Absorberrohres reduziert werden können.absorber tube 5 is from a glass tube 15 surrounded by the convective heat loss from the outer surface 5c of the absorber tube can be reduced.

Die Darstellung in 2 dient lediglich der Veranschaulichung. Die Größenverhältnisse von der Reflektorvorrichtung 3 und dem Absorberrohr 5 sind stark verzerrt dargestellt. Ferner ist der Abstand zwischen dem Absorberrohr 5 und der Reflektorvorrichtung 3 in real wesentlich größer.The representation in 2 is for illustrative purposes only. The size ratios of the reflector device 3 and the absorber tube 5 are shown heavily distorted. Furthermore, the distance between the absorber tube 5 and the reflector device 3 in real much larger.

Claims

Solar radiation receiver ( 1 ) for solar thermal power plants ( 100 ) with a reflector device ( 3 ) and with an absorber tube ( 5 ) with an absorber tube wall ( 5a ), wherein the absorber tube ( 5 ) a pipe space ( 7 ), through which the heat transfer medium is conductive, forms, which from an inner surface ( 5b ) of the absorber tube wall ( 5a ) is enclosed, wherein in the tube space ( 7 ) a heat conducting device ( 9 ), which extends from the inner surface ( 5b ) one in operation the reflector ( 3 ) facing the absorber tube wall ( 5a ) to a reflector ( 3 ) facing away from the absorber tube wall ( 5a ), characterized in that the heat conducting device ( 9 ) as a heat pipe ( 11 ) formed along the inner surface ( 5b ) of the absorber tube wall ( 5a ) is arranged.

Solar radiation receiver according to claim 1, characterized in that the heat pipe ( 11 ) is slotted.

Solar radiation receiver according to claim 1 or 2, characterized in that the heat pipe ( 11 ) of a material with a relative to the material of the absorber tube ( 5 ) higher coefficient of thermal expansion.

Solar radiation receiver according to one of claims 1 to 3, characterized in that the heat conducting device ( 9 ) of a material with a relative to the material of the absorber tube ( 5 ) higher thermal conductivity exists.

Solar radiation receiver according to one of claims 1 to 4, characterized in that the heat conducting device ( 9 ) consists of a relation to the molten salt corrosion-resistant material.

Solar radiation receiver according to one of claims 1 to 5, characterized in that the heat conducting device ( 9 ) consists of aluminum.

Solar radiation receiver according to one of claims 1 to 6, characterized in that the absorber tube ( 5 ) consists of stainless steel.

Solar radiation receiver according to one of claims 1 to 7, characterized in that the reflector device ( 3 ) is designed as a parabolic trough collector.

Solar thermal power plant ( 100 ) with several solar radiation receivers ( 1 ) according to one of claims 1 to 8.

Method for operating a solar thermal power plant ( 100 ) with several solar radiation receivers ( 1 ), which are operated with a molten salt as a heat transfer medium, each solar radiation receiver ( 1 ) a reflector device ( 3 ) and an absorber tube ( 5 ), comprising the following steps: preheating the absorber tubes ( 5 ) in the state depleted of molten salt to a temperature T by concentrating solar radiation on one of the reflector devices ( 3 ) facing the absorber tube ( 5 ) by means of the reflector device ( 3 ), as well as simultaneous thermal conduction of the thermal energy into one of the reflector device ( 3 ) facing away from the absorber tube ( 5 ) by means of heat conducting devices ( 9 ) in the absorber tubes ( 5 ), wherein the temperature T is greater than or equal to the melting temperature of the salt, - introducing the molten salt into the absorber tubes ( 5 ) and recirculating the molten salt through the absorber tubes ( 5 ) while simultaneously tracking the reflector device depending on the position of the sun ( 3 ); At the end of the operation: - Draining the molten salt from the absorber pipes ( 5 ).

A method according to claim 10, characterized in that at the end of the operation, the reflector devices ( 3 ) are defocused.

A method according to claim 10 or 11, characterized in that in the preheating of the absorber tubes ( 5 ) a sun position and / or weather-dependent power regulation of the reflector devices ( 3 ) he follows.

Method according to one of claims 10 to 12, characterized in that the discharge of the molten salt from the absorber tubes ( 5 ) takes place due to gravity.

Method according to one of claims 10 to 13, characterized in that during the preheating of the absorber tubes ( 5 ) an inert gas through the absorber tubes ( 5 ).