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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines solarthermischen Kraftwerks mit mehreren Strahlungsreceivern, die mit einer Salzschmelze als Wärmeträgermedium betrieben werden sowie ein derartiges Kraftwerk.
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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 Salzschmelze ist besonders geeignet, da hohe Betriebstemperaturen erreichbar sind, was zu sehr guten Prozesswirkungsgraden führt. Darüber hinaus sind flüssige Salze ein sehr kostengünstiges thermisches Speichermedium.
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Insbesondere linienfokussierte solarthermische Kraftwerke, bei denen langgestreckte Absorberrohre vorgesehen sind, auf denen die Reflektoren das Sonnenlicht linienförmig reflektieren, werden mit derartigen Wärmeträgermedien betrieben. Bei dem Einsatz von Salzschmelze 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. Dies entsteht dadurch, dass die Flüssigphase der Salzschmelze ein größeres Volumen besitzt als die feste Phase.
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Ist bei 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 vor dem Einfrieren zu schützen. Das zusätzliche Beheizen ist jedoch insbesondere in den langen Schlechtwetterperioden oder im Winter kostspielig und führt zu einem verschlechterten Wirkungsgrad.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb eines solarthermischen Kraftwerkes sowie ein solarthermisches Kraftwerk bereitzustellen, bei dem auf das problematische zusätzliche Beheizen verzichtet werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 1. Das erfindungsgemäße solarthermische Kraftwerk ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 14.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines solarthermischen Kraftwerks mit mehreren Solarstrahlungsreceivern, die mit einer Salzschmelze als Wärmeträgermedium betrieben werden, wobei jeder Solarstrahlungsreceiver eine Reflektorvorrichtung und ein Absorberrohr aufweist, sind folgende Schritte vorgesehen:
- – Vorwärmen der Absorberrohre im von der Salzschmelze entleerten Zustand auf eine Temperatur T durch Konzentrieren von solarer Strahlung auf die Absorberrohre mittels der Reflektorvorrichtungen, wobei die Temperatur T größer oder gleich der Schmelztemperatur des Salzes ist;
nach dem Erreichen der Temperatur T: - – Einleiten der Salzschmelze in die Absorberrohre und rezirkulierendes Leiten der Salzschmelze durch die Absorberrohre unter gleichzeitigem sonnenstandabhängigem Nachführen der Reflektorvorrichtungen;
bei Beendigung des Betriebs: - – Ablassen der Salzschmelze aus den Absorberrohren.
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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 energieaufwändigen Schmelzen von Salzschmelze in den Absorberrohren führt bzw. ein kostenintensives nächtliches Beheizen wird unnötig. Das kostenintensive ständige Beheizen von großen Solarfeldern über Nacht oder an Tagen mit schlechtem Wetter, beispielsweise im Winter, ist somit nicht notwendig, so dass eine nicht unerhebliche Kostenersparnis entsteht. Durch das Vorwärmen der Absorberrohre mittels der Reflektorvorrichtungen bevor die Salzschmelze in die Absorberrohre eingeleitet wird, wird auf kostengünstige Art und Weise verhindert, dass die Salzschmelze beim Einleiten in die Absorberrohre aufgrund von zu kalten Absorberrohren sofort gefriert und es zu einer sogenannten Salzpfropfenbildung kommt. Da für das Aufwärmen der Absorberrohre solare Strahlung verwendet wird, wird für das Aufwärmen der Absorberrohre keine externe, kostenträchtige Energiequelle notwendig.
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Das Ablassen der Salzschmelze aus den Absorberrohren hat darüber hinaus den Vorteil, dass beschädigte Absorberrohre im von der Salzschmelze entleerten Zustand problemlos gegen neue ausgetauscht werden können. Die Wartung des solarthermischen Kraftwerks wird somit wesentlich vereinfacht.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass bei Beendigung des Betriebs die Reflektorvorrichtungen defokussiert werden. Dadurch wird verhindert, dass die Absorberrohre im von der Salzschmelze entleerten Zustand auch nach Beendigung des Betriebs und vor der Vorwärmphase mit solarer Strahlung bestrahlt werden und zu überhitzen drohen.
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In einer bevorzugten Variante de erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass bei dem Vorwärmen der Absorberrohre eine sonnenstand- und/oder witterungsabhängige Leistungsregulierung der Reflektorvorrichtung erfolgt. In den Morgenstunden ist beispielsweise bei Reflektorvorrichtungen in Form von Parabolrinnenkollektoren der Vorwärmvorgang aufgrund des Sonnenstandes und der daraus resultierenden relativ geringen Solarstrahlung unkritisch, so dass die Reflektorvorrichtung 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, so 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 einer Reflektorvorrichtung darf daher nicht direkt auf dem Absorberrohr liegen, 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 die Reflektorvorrichtung vollständig auf das Absorberrohr fokussiert werden. Insbesondere können während des Vorwärmens der Absorberrohre die Reflektorvorrichtungen nur teilweise auf die Absorberrohre fokussiert sein, beispielsweise auf den Randbereich, oder periodisch fokussiert und defokussiert werden. Dadurch wird erreicht, dass die Absorberrohre gezielt auf die gewünschte Temperatur T vorgewärmt werden können, ohne dass es zu temperaturbedingten Beschädigungen aufgrund zu großer Temperaturgradienten in den Absorberrohrwänden kommen kann.
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Vorzugsweise erfolgt das Ablassen der Salzschmelze aus den Absorberrohren zumindest teilweise schwerkraftbedingt. Dazu können beispielsweise in eine Richtung geneigte Absorberrohre vorgesehen sein, wodurch ein Gefälle zu einem Ende des Absorberrohres hin entsteht und die Salzschmelze durch das Gefälle aus dem Absorberrohr fließen kann. Selbstverständlich kann auch vorgesehen sein, dass zusätzlich Pumpen vorgesehen sind, die das Ablassen der Salzschmelze unterstützen.
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In einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass während des Vorwärmens des Absorberrohres ein sekundäres Wärmeträgermedium durch die Absorberrohre geleitet wird. Dies erfolgt vorzugsweise rezirkulierend. Das sekundäre Wärmeträgermedium kann beispielsweise ein Inertgas, vorzugsweise Stickstoff, sein. Über das sekundäre Wärmeträgermedium, das durch die Absorberrohre geleitet wird, sorgt für eine Kühlung an heißen Stellen der Absorberrohre, so dass die Gefahr der Überhitzung einiger Bereiche der Absorberrohre während des Vorwärmens reduziert wird. Ferner kann mittels des sekundären Wärmeträgermediums die durch die Kühlung auf das Wärmeträgermedium übertragene Wärmeenergie an kalte Bereiche der Absorberrohre transportiert werden, so dass diese erwärmt werden. Dadurch können Temperaturgradienten zwischen heißen Bereichen der Absorberrohrwände und kühlen Bereichen der Absorberrohrwände reduziert werden. Insbesondere wenn das sekundäre Wärmeträgermedium rezirkulierend
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durch die Absorberrohre geleitet wird, kann somit während des Vorwärmens die Wärme gleichmäßig über die Rohrleitungen des gesamten Kraftwerks verteilt werden. Dadurch wird auch erreicht, dass alle Bereiche der Absorberrohre die gewünschte Temperatur T erreichen, so dass die Salzschmelze nicht in Einzelbereichen der Absorberrohre zu gefrieren droht.
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In Salzspeichertanks, die üblicherweise bei solarthermischen Kraftwerken eingesetzt werden, wird häufig ein Polster aus einem Inertgas, beispielsweise Stickstoff, verwendet, um Korrosion durch Lufteinschluss zu vermeiden und die Salzschmelzalterung zu reduzieren. Das Inertgas, beispielsweise Stickstoff, ist somit in dem System des Kraftwerks bereits vorhanden und kann somit in vorteilhafter Weise während des Vorwärmvorgangs genutzt werden.
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Bei dem Durchleiten eines Inertgases durch die Asorberrohre während des Vorwärmens ist es häufig notwendig, die Reflektorvorrichtungen nicht vollständig in den Fokus zu fahren, so dass der Eintrag von thermischer Energie in die Absorberrohre reduziert ist, da zwischen den Absorberrohren und der Strömung des Gases ein relativ schlechter Wärmeübergang besteht. Dadurch können hohe lokale Temperaturgradienten innerhalb der Absorberrohre vermieden werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Reflektorvorrichtungen periodisch zu fokussieren und defokussieren.
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Es kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass das sekundäre Wärmeträgermedium beim Ablassen der Salzschmelze aus den Absorberrohren mit gegenüber der Umgebung erhöhtem Druck in die Absorberrohre eingeleitet wird, wobei das sekundäre Wärmeträgermedium die Salzschmelze aus den Absorberrohren presst. Dadurch kann das Ablassen der Salzschmelze aus den Absorberrohren beschleunigt werden und beispielsweise ein schwerkraftbedingtes Herausfließen der Salzschmelze aus den Absorberrohren unterstützt werden. Dadurch wird der Ablassvorgang der Salzschmelze deutlich verkürzt.
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Grundsätzlich kann beim Ablassen der Salzschmelze aus den Absorberrohren auch vorgesehen sein, dass die Salzschmelze zumindest teilweise aus den Absorberrohren gepumpt wird. Dies kann zusätzlich oder alternativ zu dem schwerkraftbedingten oder dem Herauspressen der Salzschmelze erfolgen.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Salzschmelze beim Auslassen aus den Absorberrohren in mindestens einen wärmeisolierten Speichertank geleitet wird. Dadurch kann erreicht werden, dass die in der flüssigen Salzschmelze enthaltene thermische Energie zumindest teilweise während der Betriebspause des solarthermischen Kraftwerks gespeichert werden. Als Speichertank kann beispielsweise ein in herkömmlichen Kraftwerkskreisläufen vorhandener Kaltsalztank verwendet werden. Auch ist es möglich, dass das Salz zunächst in separate Speichertanks geleitet wird, und von diesen in größere Hauptsalztanks, wie beispielsweise in einen Kaltsalztank.
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In einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass beim Einleiten der Salzschmelze in die Absorberrohre das sekundäre Wärmeträgermedium in mindestens einen Speichertank geleitet wird. Dadurch kann das sekundäre Wärmeträgermedium in vorteilhafter Weise gespeichert werden, um es während des Vorwärmvorgangs oder während des Auslassens der Salzschmelze aus den Absorberrohren wiederzuverwenden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Sekundärspeichertank durch den wärmeisolierten Speichertank für die Salzschmelze gebildet ist. Dies ist insbesondere bei der Verwendung eines Inertgases, beispielsweise Stickstoff, als sekundäres Wärmeträgermedium von Vorteil, da dieses ein Inertgas bereits als Gaspolster in dem wärmeisolierten Speichertank für die Salzschmelze eingesetzt wird, um Korrosion oder die Alterung der Salzschmelze zu verhindern. Beim Einleiten der Salzschmelze aus dem Speichertank in die Absorberrohre wird ein etwa vergleichbares Volumen an Salzschmelze dem wärmeisolierten Speichertank entnommen, das dem Speichertank an Inertgas wieder zugeführt wird. Ferner hat die Verwendung des wärmeisolierten Speichertanks für Salzschmelze als Sekundärspeichertank den Vorteil, dass etwaige Reste an Inertgas, die zunächst in den Absorberrohren verbleiben können, während des rezirkulierenden Leitens der Salzschmelze durch die Absorberrohre von der Salzschmelze mitgerissen werden und so in den wärmeisolierten Speichertank gelangen oder beispielsweise in einen Heißsalzspeichertank, in dem die Inertgasreste langsam aufsteigen und in das entsprechende Inertgaspolster des Speichertanks übergehen können.
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Es kann vorgesehen sein, dass das sekundäre Wärmeträgermedium im Nichtbetrieb des Kraftwerks in den Absorberrohren verbleibt. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn das für die Inertgaspolster der in dem System enthaltenen Speichertanks verwendete Inertgas als sekundäres Wärmeträgermedium dient, da in diesem Fall kein weiteres Medium, wie beispielsweise Luft, in das System gelangt, was zu einem zusätzlichen Ablassen dieses Mediums aus dem System führen würde. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das sekundäre Wärmeträgermedium mit einem hohen Druck beaufschlagt wird und in den Absorberrohren verbleibt. Der hohe Druck kann beispielsweise bis zu 15 bar betragen.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass während des Vorwärmens das sekundäre Wärmeträgermedium unter einem hohen Druck, beispielsweise bis zu 15 bar, rezirkuliert wird. Dies hat den Vorteil eines geringeren Druckverlusts beim Rezirkulieren und einer höheren Dichte des sekundären Wärmeträgermediums, wodurch das Wärmeübertragungsverhalten und die Wärmetransportfähigkeit verbessert sind.
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Die Erfindung betrifft ferner ein solarthermisches Kraftwerk zum Betrieb mit einer Salzschmelze als Wärmeträgermedium mit mehreren Solarstrahlungsreceivern, die jeweils eine Reflektorvorrichtung und ein Absorberrohr, durch das das Wärmeträgermedium leitbar ist, aufweisen. Das erfindungsgemäße solarthermische Kraftwerk ist dadurch gekennzeichnet, dass die Absorberrohre mit einem Gefälle in Richtung des mindestens einen Speichertanks für die Salzschmelze angeordnet sind. Dadurch wird erreicht, dass die für den normalen Betrieb des solarthermischen Kraftwerks verwendete Salzschmelze auf einfache Art und Weise aus den Absorberrohren abgelassen werden kann, so dass verhindert wird, dass die Salzschmelze in einer Betriebspause des solarthermischen Kraftwerks in den Absorberrohren erstarrt. Auf diese Weise wird verhindert, dass ein aufwändiges Auftauen der Salzschmelze bei Wiederinbetriebnahme des solarthermischen Kraftwerks oder ein aufwändiges und kostenintensives Beheizen der Salzschmelze während der Betriebspause notwendig ist. Das Gefälle ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass Salzschmelze schwerkraftbedingt in einen Speichertank gelangt.
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Das Merkmal „Gefälle in Richtung des mindestens einen Speichertanks“ umfasst im Rahmen der Erfindung auch Varianten, bei denen ein unteres Ende der Absorberrohre auch in eine andere Richtung als den Speichertank gerichtet ist, jedoch eine Rohrverbindung zwischen dem unteren Ende des Absorberrohrs und dem Speichertank besteht, über die die Salzschmelze in die Speichertanks gelangt. Die Richtung des Gefälles ist somit die Flussrichtung entlang des Flussweges in Richtung der Speichertanks. Die Absorberrohre können beispielsweise in einem Winkel α von bis zu 10° gegenüber der Horizontalen angeordnet sein.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Absorberrohre mehrerer Reflektorvorrichtungen miteinander zu einer Absorberrohrkette verbunden sind und ein durchgängiges Gefälle bilden. Es entsteht somit ein langer Strang von Absorberrohren, durch die aufgrund des durchgängigen Gefälles die Salzschmelze in vorteilhafter Weise aus den Absorberrohren abgelassen werden kann. Beispielsweise können die Absorberrohre als Teilrohre eines die Absorberrohrkette bildenden durchgehenden Rohres ausgebildet sein. Mehrere Reflektorvorrichtungen sind bei diesem Ausführungsbeispiel dem einen die Absorberrohrkette bildenden Rohr zugeordnet. Somit teilen sich mehrere Solarstrahlungsreceiver ein gemeinsames durchgehendes Rohr.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass eine Zuleitung für ein sekundäres Wärmeträgermedium in ein oberes Ende eines Absorberrohres oder einer Absorberrohrkette mündet. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit, beim Ablassen der Salzschmelze oder in entleerte Absorberrohre ein sekundäres Wärmeträgermedium einzuleiten, das beispielsweise zirkulierend während einer Aufwärmphase der Absorberrohre durch die Absorberrohre geleitet wird.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Solarstrahlungsreceiver in Schleifen angeordnet sind, sogenannten Loops, wobei jeweils eine Schleife aus zwei parallel angeordneten Absorberrohrketten mit den dazugehörigen Reflektorvorrichtungen gebildet ist, und wobei eine Querverbindung die oberen Enden der Absorberrohrketten verbindet. Eine derartige Anordnung hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da die Anordnung der Solarstrahlungsreceiver mit ein Gefälle aufweisenden Absorberrohren auf konstruktiv einfache Art und Weise bereitgestellt werden können. Die Schleifen der Solarstrahlungsreceiver sind somit derart angeordnet, dass die im normalen Betrieb des Kraftwerks die Salzschmelze zunächst durch eine Absorberrohrkette das Gefälle hinauf geleitet wird, und nach dem Durchfließen der Querverbindung in der zweiten Absorberrohrkette mit dem Gefälle fließt. Dadurch kann die Pumpleistung relativ gering gehalten werden, da lediglich für das Leiten der Salzschmelze entgegen dem Gefälle eine höhere Pumpleistung aufgebracht werden muss, jedoch die Rückleitung der Salzschmelze schwerkraftbedingt unterstützt wird. Beim Ablassen der Salzschmelze fließt die Salzschmelze in den parallel angeordneten Absorberrohrketten in die gleiche Richtung, d.h. bei der ersten Absorberrohrkette entgegen der Flussrichtung des normalen Betriebs. Die Anordnung in Schleifen hat den Vorteil, dass das Ablassen der Salzschmelze aus einem Loop relativ schnell erfolgen kann, da dieses gleichzeitig in den beiden parallel angeordneten Absorberrohrketten erfolgen kann.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Zuleitung für ein sekundäres Wärmeträgermedium in die Querverbindung mündet. Auf diese Weise kann das Wärmeträgermedium in die beiden parallel angeordneten Absorberrohrketten einer Schleife gleichzeitig eingeleitet werden.
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Das sekundäre Wärmeträgermedium kann grundsätzlich auch dazu verwendet werden, das Wärmeträgermedium aus den Absorberrohren hinaus zu pressen.
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Das erfindungsgemäße solarthermische Kraftwerk kann mindestens einen Sekundärspeichertank für das sekundäre Wärmeträgermedium aufweisen. Der mindestens eine Sekundärspeichertank kann beispielsweise durch mindestens einen Speichertank für die Salzschmelze gebildet sein. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn als sekundäres Wärmeträgermedium ein Inertgas verwendet wird, das in dem Speichertank für die Salzschmelze als Gaspolster eingesetzt wird. Dadurch kann der vorrichtungstechnische Aufwand für einen separaten Sekundärspeichertank vermieden werden.
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In der Zuleitung für ein sekundäres Wärmeträgermedium kann eine Pumpe ein Gebläse oder ein Verdichter angeordnet sein, über die das sekundäre Wärmeträgermedium mit gegenüber der Umgebung erhöhtem Druck in ein Absorberrohr oder eine Absorberrohrkette einleitbar ist. Auf diese Weise kann das sekundäre Wärmeträgermedium in vorteilhafter Weise zu dem oberen Ende des Absorberrohrs oder der Absorberrohrkette transportiert werden und darüber hinaus kann das sekundäre Wärmeträgermedium während des Ablassens der Salzschmelze diese aus den Absorberrohren bzw. der Absorberrohrkette herauspressen. Dadurch wird das schwerkraftbedingte Ablassen der Salzschmelze unterstützt und beschleunigt.
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Die Solarstrahlungsreceiver können als Parabolrinnenreceiver oder Fresnelreceiver ausgebildet sein.
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Das erfindungsgemäße solarthermische Kraftwerk kann insbesondere mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die nachfolgende einzige Abbildung die Erfindung näher erläutert.
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Die einzige Abbildung zeigt eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerks 100. Das solarthermische Kraftwerk 100 wird mit einer Salzschmelze als Wärmeträgermedium betrieben.
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Das solarthermische Kraftwerk 100 weist mehrere Solarstrahlungsreceiver 1 auf, die jeweils eine Reflektorvorrichtung 3 besitzen. Die Solarstrahlungsreceiver 1 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Parabolrinnenkollektoren ausgebildet, so dass die Reflektorvorrichtungen eine Parabolform besitzen. Die Solarstrahlungsreceiver 1 weisen jeweils ein Absorberrohr 5 auf. Mehrere Solarstrahlungsreceiver 1 (in dem dargestellten Ausführungsbeispiel vier) sind in einer Reihe hintereinander angeordnet, wobei die Absorberrohre 5 eine Absorberrohrkette bilden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Absorberrohrkette als ein durchgehendes Rohr ausgebildet, so dass die Absorberrohre 5 jeweils Teilrohre des durchgehenden Rohres sind. Zwei Reihen von Solarstrahlungsreceivern mit jeweils einer Absorberrohrkette sind parallel angeordnet und an ihrem einen Ende mit einer Querverbindung 7 aneinander geschlossen, so dass die Solarstrahlungsreceiver 1 eine Schleife 9 (einen sogenannten Loop) bildet. Das solarthermische Kraftwerk 100 kann mehrere dieser Schleifen 9 von Solarstrahlungsreceivern 1 aufweisen, jedoch ist der Übersichtlichkeit halber nur eine Schleife 9 dargestellt.
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Die dargestellte Schleife 9 von Solarstrahlungsreceivern 1 ist geneigt angeordnet, so dass die Querverbindung 7 zwei obere Enden der Absorberrohrketten verbindet. Mit anderen Worten: Die Absorberrohre 5 der Absorberrohrketten weisen ein Gefälle auf. Die unteren Enden der Absorberrohre 5 bzw. der Absorberrohrketten sind mit einem Speichertank 11 für die Salzschmelze verbunden. Die Absorberrohre 5 weisen somit ein Gefälle in Richtung des Speichertanks 11 auf. Das solarthermische Kraftwerk 100 weist ferner einen Heißsalztank 13 auf. Im normalen Betrieb bildet der Speichertank 11, der vorzugsweise wärmeisoliert ist, einen sogenannten Kaltsalztank. Die Salzschmelze wird beispielsweise über nicht dargestellte Pumpen aus dem Speichertank 11 durch die Schleife 9 aus Solarstrahlungsreceivern 1 geleitet und durch die solare Strahlung, die von den Reflektorvorrichtungen 3 auf die Absorberrohre 5 reflektiert wird, erwärmt. Anschließend wird die Salzschmelze in den Heißsalztank 13 geleitet. Aus dem Heißsalztank 13 wird die Salzschmelze zu einem nicht dargestellten Wärmetauscher geleitet, über den die thermische Energie zur weiteren Verwertung, beispielsweise an einen Dampfturbinenprozess mit Stromerzeugung, übertragen werden kann. Anschließend wird die Salzschmelze zurück in den Speichertank 11 geleitet. Während des normalen Betriebs rezirkuliert somit die Salzschmelze durch die Solarstrahlungsreceiver, wobei die Salzschmelze beispielsweise von einer Temperatur von 290°C auf etwa 550°C erhitzt werden kann.
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Der Speichertank 11 und der Heißsalztank 13 weisen jeweils ein Stickstoffpolster 15 auf, wodurch Korrosion durch Lufteinschluss sowie die Salzschmelzalterung vermieden wird.
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Bei der Beendigung des Betriebs des solarthermischen Kraftwerks 1 wird die Salzschmelze aus den Absorberrohren 5 abgelassen und in den Speichertank 11 geleitet. Dabei fließt die Salzschmelze durch das Gefälle schwerkraftbedingt in Richtung des Speichertanks 11. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel fließt die Salzschmelze beim Auslassen durch die in Normalflussrichtung (d.h. die Flussrichtung im normalen Betrieb) der Salzschmelze vorderen Solarstrahlungsreceiver 1 entgegen der Normalflussrichtung, wohingegen die in Normalflussrichtung hinteren Solarstrahlungsreceiver 1 in Normalflussrichtung ausgelassen werden. Die Normalflussrichtung der Salzschmelze ist durch Pfeile dargestellt. Die Solarstrahlungsreceiver 1 in einer Schleife 9 werden somit sehr schnell von Salzschmelze entleert, indem die Salzschmelze gleichzeitig aus den parallel angeordneten Absorberrohrketten fließt.
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Die Absorberrohre 5 bzw. Absorberrohrketten sind vorzugsweise in einem Winkel α von 10° gegenüber der Horizontalen geneigt.
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Das solarthermische Kraftwerk 100 weist ferner eine Zuleitung 17 auf, die in die Querverbindung 7 am oberen Ende der Absorberrohrketten mündet. Über die Zuleitung kann ein sekundäres Wärmeträgermedium in die Absorberrohre 5 geleitet werden. Das sekundäre Wärmeträgermedium kann beispielsweise Stickstoff sein. Dabei kann Stickstoff aus dem Stickstoffpolster 15 des Speichertanks 11 verwendet werden. Vorzugsweise wird das sekundäre Wärmeträgermedium während des Ablassens der Salzschmelze in die Absorberrohre 5 eingeleitet. Da beim Ablassen der Salzschmelze aus den Absorberrohren in den Speichertank 11 Stickstoff des Stickstoffpolsters 15 verdrängt wird, kann dieses in vorteilhafter Weise über die Zuleitung 17 in die Absorberrohre 5 geleitet werden. In der Zuleitung 17 kann beispielsweise ein Verdichter oder eine Pumpe angeordnet sein, über die das sekundäre Wärmeträgermedium mit hohem Druck in die Absorberrohre 5 eingeleitet wird. Dadurch kann das sekundäre Wärmeträgermedium beim Ablassen der Salzschmelze unterstützend wirken, indem das sekundäre Wärmeträgermedium die Salzschmelze aus den Absorberrohren 5 presst.
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Zum Unterstützen eines Ablassens kann ferner eine nicht dargestellte Pumpe verwendet werden.
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Während der Betriebspause des solarthermischen Kraftwerks, die beispielsweise nachts oder in Schlechtwetterperioden oder zur Wartung erfolgt, verbleibt das sekundäre Wärmeträgermedium in den Absorberrohren 5.
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Bei der Inbetriebnahme des solarthermischen Kraftwerks wird zunächst das sekundäre Wärmeträgermedium rezirkulierend durch die Solarstrahlungsreceiver 1 geleitet. Die Reflektorvorrichtungen werden aus der während der Betriebspause eingenommenen defokussierten Stellung auf die Absorberrohre 5 fokussiert, um diese für den regulären Betrieb vorzuwärmen. Durch die Rezirkulation des sekundären Wärmeträgermediums wird die Wärme in den Absorberrohren 5 relativ gleichmäßig verteilt, so dass zu große Temperaturgradienten, die zu einer Beschädigung der Absorberrohre 5 führen könnten, vermieden werden. Je nach Stärke der Sonneneinstrahlung kann es notwendig sein, dass während der Vorwärmphase die Reflektorvorrichtungen nicht vollständig auf die Absorberrohre 5 fokussiert sind, sondern eine sogenannte „Minder-Fokussierung“ erfolgt, bei der beispielsweise der Fokus nur einen Randbereich des Absorberrohres trifft. Dadurch kann der Wärmeeintrag herabgesenkt werden. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Reflektorvorrichtungen alternierend fokussiert und defokussiert werden.
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Sobald die Absorberrohre eine Temperatur T aufweisen, die größer oder gleich der Schmelztemperatur des Salzes ist, kann mit dem Einleiten der Salzschmelze in die Absorberrohre 5 begonnen werden. Dabei verdrängt die Salzschmelze das sekundäre Wärmeträgermedium und presst dieses in einen Sekundärspeichertank. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Sekundärspeichertank durch den Speichertank 11 gebildet, wobei der als sekundäres Wärmeträgermedium eingesetzte Stickstoff in Form des in dem Speichertank 11 enthaltenen Gaspolsters gespeichert wird.
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Dadurch, dass die Absorberrohre 5 auf die Temperatur T vorgewärmt werden, wird vermieden, dass die in die Absorberrohre 5 eingeleitete Salzschmelze zu erstarren droht.
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Anschließend kann der reguläre Betrieb des solarthermischen Kraftwerks 100 durchgeführt werden, bei dem die Salzschmelze rezirkulierend durch die Solarstrahlungsreceiver 1 geleitet wird.
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Während des Vorwärmprozesses der Absorberrohre kann das sekundäre Wärmeträgermedium durch die Absorberrohre in Normalflussrichtung rezirkulierend geleitet werden oder auch über die Zuleitung 17, so dass die parallelen Absorberrohrketten der Schleife 9 parallel durchströmt werden.
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Das erfindungsgemäße solarthermische Kraftwerk 100 bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines solarthermischen Kraftwerks 100 hat den Vorteil, dass während Betriebspausen die Salzschmelze nicht in den Absorberrohren verbleibt und somit die Gefahr, dass die Salzschmelze in den Absorberrohren erstarrt, vermieden wird bzw. ein aufwändiges Erwärmen der Salzschmelze während der Betriebspausen nicht notwendig wird. Durch das Ablassen der Salzschmelze in einen Speichertank 11, der wärmeisoliert ist, kann die in der Salzschmelze enthaltene thermische Energie zu einem großen Anteil während der Betriebspause zwischengespeichert werden, so dass diese bei einem Wiederanfahren des solarthermischen Kraftwerks 100 genutzt werden kann. Lediglich bei längeren Betriebspausen, wie beispielsweise bei langen Schlechtwetterperioden im Winter, ist eine Beheizung vor Inbetriebnahme des Kraftwerks notwendig, wenn die Salzschmelze in dem Speichertank 11 erstarrt.
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Bei dem erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerk 100 bzw. bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann vorgesehen sein, dass das Auslassen der Salzschmelze aus den Absorberrohren vor jeder Betriebspause erfolgt. Grundsätzlich kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass die Salzschmelze nur dann aus den Absorberrohren abgelassen wird, wenn die Betriebspause für einen längeren, vorbestimmten Zeitraum geplant ist. Beispielsweise kann der tägliche Entleerungsvorgang eines ganzen Solarfeldes vor einer nächtlichen Betriebspause zu aufwändig sein, wenn die Nachtzeiten im Sommer nur sehr kurz sind. Daher kann das erfindungsgemäße Verfahren auch nur bei längeren Betriebspausen, wie beispielsweise Schlechtwetterperioden sowie zu Wartungszwecken eingesetzt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch beispielsweise nur für Teilbereiche eines Kraftwerks eingesetzt werden, wenn in diesen Reparaturmaßnahmen notwendig sind.
