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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Solarkraftwerk mit einem Solarstrahlungsempfänger, wobei in dem Solarstrahlungsempfänger rieselfähige Feststoffpartikel als Wärmeträger verwendet werden.
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Ein derartiger Solarstrahlungsempfänger ist beispielsweise aus
DE 10 2008 036 210 A1 der Anmelderin bekannt. Bei diesem Solarstrahlungsempfänger ist vorgesehen, dass Solarstrahlung von einem Heliostatfeld auf einen Sekundärspiegel reflektiert wird. Dieser wiederum reflektiert die Solarstrahlung auf eine schiefe Ebene, über die die rieselfähigen Feststoffpartikel herabgleiten und somit von der Solarstrahlung erwärmt werden.
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Aus
DE 10 2010 062 367 A1 der Anmelderin ist ein weiterer Solarstrahlungsempfänger bekannt. Dieser Solarstrahlungsempfänger besteht im Wesentlichen aus einem Behälter, der um eine Drehachse drehbar ist. Der Behälter weist eine Leitvorrichtung zum Führen der Feststoffpartikel auf. Durch die Drehbewegungen werden die Feststoffpartikel an der Innenwandung, die die Leitvorrichtung bildet, entlang geführt. Der Behälter weist eine Strahlungseinlassöffnung auf, durch die Solarstrahlung in den Solarstrahlungsempfänger gelangen kann und somit die durch die Leitvorrichtung geführten Feststoffpartikel erwärmt werden. Die Solarstrahlung wird beispielsweise über Heliostate des Solarkraftwerks reflektiert und in die Strahlungseinlassöffnung eingeleitet.
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Der in den vorbekannten Solarstrahlungsempfängern erwärmte feste Wärmeträger kann in vorteilhafter Weise gespeichert werden, wodurch die in dem Wärmeträger enthaltene Wärmeenergie ebenfalls vorteilhaft gespeichert werden kann.
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Auch kann mit dem erwärmten Wärmeträger in vorteilhafter Weise Energie einem Wärmetauscher zur Dampferzeugung zugeführt werden, so dass ein mit dem vorbekannten Solarstrahlungsempfänger betriebenes Solarkraftwerk einen herkömmlichen Wasserdampfkreislauf aufweisen kann.
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Vorbekannte Solarkraftwerke mit den zuvor beschriebenen Solarstrahlungsempfängern sind zumeist als Turmkraftwerke ausgeführt, wobei Heliostate die Solarstrahlung auf den auf dem Turm angeordneten Solarstrahlungsempfängern konzentrieren. Es besteht somit die Problematik, den aus Feststoffpartikeln bestehenden Wärmeträger zu dem Solarstrahlungsempfänger zu transportieren.
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US 2009/0277443 A1 offenbart ein Solarkraftwerk nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, bei dem keine Strahlungseinlassöffnung, wie sie aus
DE 10 2010 062 367 A1 bekannt ist, vorhanden ist.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Solarkraftwerk mit einem Solarstrahlungsempfänger der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem ein Transport des aus Feststoffpartikeln bestehenden Wärmeträgers auf eine technisch einfache Art und Weise und kostengünstig realisierbar ist und gleichzeitig der bei dem Transport des Wärmeträgers auftretende Wärmeverlust reduziert ist.
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Die Erfindung ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs 1.
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Das erfindungsgemäße Solarkraftwerk weist einen Solarstrahlungsempfänger auf, wobei der Solarstrahlungsempfänger eine Leitvorrichtung zum Führen eines aus rieselfähigen Feststoffpartikeln bestehenden Wärmeträgers und eine Strahlungseinlassöffnung, durch die Solarstrahlung in den Solarstrahlungsempfänger gelangt, aufweist, und wobei die Solarstrahlung den Wärmeträger in dem Solarstrahlungsempfänger erhitzt.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Feststoffpartikel über eine Luftströmung zu dem Solarstrahlungsempfänger transportiert werden, wobei eine im Flussweg der Feststoffpartikel vor der Leitvorrichtung angeordnete Abscheidevorrichtung die Feststoffpartikel und die Luftströmung trennt.
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Mittels der Luftströmung sind die Feststoffpartikel in vorteilhafter Weise transportierbar, so dass der Wärmeträger in Form der Feststoffpartikel in vorteilhafter Weise zu dem Solarstrahlungsempfänger transportiert werden kann. Dabei können auch große Höhen überwunden werden, so dass der Solarstrahlungsempfänger beispielsweise auf einem Turm angeordnet sein kann. Durch das Vorsehen einer im Flussweg der Feststoffpartikel vor der Leitvorrichtung angeordneten Abscheidevorrichtung können die Feststoffpartikel in vorteilhafter Weise aus der Luftströmung abgeschieden werden und der Leitvorrichtung des Solartstrahlungsempfängers zugeführt werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die Feststoffpartikel ohne Einfluss der Luftströmung in dem Solarstrahlungsempfänger mittels de Leitvorrichtung geführt werden und die Solarstrahlung den Wärmeträger erhitzen kann.
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Der Solarstrahlungsempfänger gemäß der vorliegenden Erfindung ist somit ein direkt absorbierender Solarstrahlungsempfänger, bei dem der aus Feststoffpartikeln bestehende Wärmeträger direkt durch die Solarstrahlung erhitzt wird. Dies hat den Vorteil, dass durch die direkte Einkopplung hohe solare Strahlungsflussdichten ausgenutzt werden und somit hohe Endtemperaturen beim Wärmeträger erreicht werden können.
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Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass die mittels der Abscheidevorrichtung abgetrennte Luftströmung in die Strahlungseinlassöffnung des Solarstrahlungsempfängers oder in einen vor der Strahlungseinlassöffnung des Solarstrahlungsempfängers angeordneten Bereich geleitet wird. Dies hat den Vorteil, dass Restwärme der Luftströmung, die beispielsweise während des Transports vom Wärmeträger auf die Luftströmung übertragen wurde oder die aufgrund einer Vorwärmung in der Luftströmung enthalten ist, dem Strahlungsempfänger zugeführt werden kann, wodurch Wärmeverluste reduziert werden können.
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Alternativ ist vorgesehen, dass die Abscheidevorrichtung in dem Solarstrahlungsempfänger angeordnet ist, wobei die Feststoffpartikel transportierende Luftströmung in den Solarstrahlungsempfänger eingeblasen wird. Dies erfolgt durch die Strahlungseinlassöffnung. Dabei werden die Feststoffpartikel der Leitvorrichtung von der Abscheidevorrichtung zugeführt. Eine derartige Ausführung der Erfindung ist beispielsweise von Vorteil, wenn oberhalb des Solarstrahlungsempfängers die Möglichkeit der Anordnung einer Feststoffpartikelspeichervorrichtung nicht gegeben ist. Darüber hinaus hat das Anordnen der Abscheidevorrichtung in den Solarstrahlungsempfänger den Vorteil, dass die Feststoffpartikel bereits beim Abscheidevorgang von der Luftströmung der Solarstrahlung ausgesetzt werden können und dadurch ein besonders hoher Energieübertrag von der Solarstrahlung auf die Feststoffpartikel ermöglicht werden kann.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die mittels der Abscheidevorrichtung abgeschiedenen Feststoffpartikel einer ersten Feststoffpartikelspeichervorrichtung zugeführt werden, wobei in der ersten Feststoffpartikelspeichervorrichtung gespeicherte Feststoffpartikel in die Leitvorrichtung des Solarstrahlungsempfängers zuführbar sind. Die erste Feststoffpartikelspeichervorrichtung kann somit als Pufferspeicher für die Feststoffpartikel dienen, so dass ein kontinuierlicher Zulauf von Feststoffpartikeln in den Solarstrahlungsempfänger gewährleistet werden kann. Darüber hinaus wird durch eine derartige Pufferspeicherung eine Dosierung des Feststoffpartikelzulaufs in den Solarstrahlungsempfänger möglich, so dass unterschiedlich große Feststoffpartikelströme in den Solarstrahlungsempfänger realisiert werden können.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass die erste Feststoffpartikelspeichervorrichtung oberhalb des Solarstrahlungsempfängers angeordnet ist, wobei die in der ersten Feststoffpartikelspeichervorrichtung gespeicherten Feststoffpartikel schwerkraftbedingt in die Leitvorrichtung des Solarstrahlungsempfängers eingeleitet werden. Da die Feststoffpartikel bei dem erfindungsgemäßen Solarkraftwerk rieselfähig sind, kann somit der Zulauf zu der Leitvorrichtung des Solarstrahlungsempfängers auf einfache Art und Weise bereitgestellt werden, indem die Feststoffpartikel schwerkraftbedingt aus der ersten Feststoffpartikelspeichervorrichtung in die Leitvorrichtung rutschen. Dadurch kann der vorrichtungstechnische Aufwand für das erfindungsgemäße Solarkraftwerk gering gehalten werden, wobei darüber hinaus für die Zuleitung der Feststoffpartikel in die Leitvorrichtung keine zusätzliche Energie bereitgestellt werden muss.
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Vorzugsweise hat der Solarstrahlungsempfänger eine Absaugöffnung, durch die die dem Solarstrahlungsempfänger zugeführte Luftströmung absaugbar ist. Dies hat den Vorteil, dass der Solarstrahlungsempfänger, der mit den Feststoffpartikeln als Wärmeträger arbeitet, zusätzlich die Funktion eines offenen volumetrischen Solarstrahlungsempfängers ausführen kann und zusätzlich die dem Solarstrahlungsempfänger zugeführte Luftströmung erhitzt wird. Diese erhitzte Luftströmung kann dann separat genutzt werden.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass vor der Absaugöffnung eine Blende angeordnet ist. Dadurch kann sichergestellt werden, dass keine Feststoffpartikel durch die Absaugöffnung in den Luftkreislauf gelangen, wodurch die Luftströmung erzeugende Einrichtungen vor einer abrasiven Wirkung der Feststoffpartikel geschützt werden.
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In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Luftströmung zum Transport der Feststoffpartikel vorgewärmt ist. Dadurch wird der Wärmeverlust von Restwärme in den Feststoffpartikeln reduziert, da verhindert wird, dass die Feststoffpartikel während des Transports abkühlen. Es kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass die vorgewärmte Luftströmung eine höhere Temperatur besitzt als die zu transportierenden Feststoffpartikel, so dass diese während des Transports durch die Luftströmung einer Vorwärmung ausgesetzt sind. Das Vorsehen einer vorgewärmten Luftströmung ist insbesondere bei den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, bei denen die Luftströmung mit oder ohne Feststoffpartikel dem Solarstrahlungsempfänger zugeführt wird, von besonderem Vorteil, da die in der vorgewärmten Luftströmung enthaltene Wärmeenergie dem System zurückgeführt wird.
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Die Absaugöffnung kann separat in dem Solarstrahlungsempfänger angeordnet sein. Auch ist es möglich, dass die Absaugöffnung durch einen Feststoffpartikelablauf gebildet wird, durch den die Feststoffpartikel nach der Erhitzung durch die Solarstrahlung von dem Solarstrahlungsempfänger abgeführt werden.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass der Solarstrahlungsempfänger als ein um eine Drehachse rotierbarer Behälter ausgebildet ist, wobei die Leitvorrichtung an einer Behälterinnenwandung angeordnet ist. Ein derartiger Solarstrahlungsempfänger hat sich für den Betrieb mit einem Wärmeträger in Form von rieselfähigen Feststoffpartikeln als besonders vorteilhaft herausgestellt, da aufgrund der Fliehkraft die Feststoffpartikel an die Behälterinnenwandung transportiert werden und an dieser entlang geleitet werden können.
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Der rotierbare Behälter hat vorzugsweise eine schräge Drehachse. Dadurch kann die Strahlungseingangsöffnung in vorteilhafter Weise koaxial zu der Drehachse angeordnet sein, wobei von Heliostaten reflektierte Solarstrahlung in vorteilhafter Weise in den Solarstrahlungsempfänger eingeleitet werden kann.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die in dem Solarstrahlungsempfänger angeordnete Abscheidevorrichtung durch Partikelleitflächen gebildet ist. Diese können beispielsweise aus versetzten Einzelplatten bestehen, die im spitzen Winkel zu der Mittelachse des Solarstrahlungsempfängers angeordnet sind oder durch spiralförmige Leitplatten. Derartige Abscheidevorrichtung haben sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da die Luftströmung die Feststoffpartikel gegen die Partikelleitflächen prallen lässt, wobei die Luftströmung die Partikelleitflächen umströmt. Beispielsweise aufgrund der Drehbewegung des Solarstrahlungsempfängers können somit die gegen die Partikelleitflächen geprallten Feststoffpartikel abtransportiert werden.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die in dem Solarstrahlungsempfänger erhitzten Feststoffpartikel einer zweiten Feststoffpartikelspeichervorrichtung zugeführt werden. Die zweite Feststoffpartikelspeichervorrichtung kann der Speicherung der in den erhitzten Feststoffpartikeln enthaltenen Wärmeenergie dienen. Auch kann vorgesehen sein, dass die zweite Feststoffpartikelspeichervorrichtung mit einem Wärmetauscher, beispielsweise einem Dampferzeuger, zusammenwirkt, so dass die Wärmeenergie beispielsweise in einem Wasserdampfkreislauf genutzt werden kann. Es kann auch vorgesehen sein, dass die zweite Feststoffpartikelspeichervorrichtung austauschbar ausgebildet ist. Erwärmte Feststoffpartikel können somit beispielsweise mit der gesamten Speichervorrichtung abtransportiert werden und zu einem Verbraucher transportiert werden. Dies ist beispielsweise von Vorteil, wenn die in den Feststoffpartikeln enthaltene Wärme als Prozesswärme genutzt werden soll, da dann die die nutzbare Wärme enthaltenden Feststoffpartikel zu dem Ort, an dem die Wärme genutzt werden soll, transportiert werden. Die Feststoffpartikelspeichervorrichtung wird dabei z. B. durch eine baugleiche Vorrichtung mit kalten oder abgekühlten Feststoffpartikeln ersetzt, die dann in dem erfindungsgemäßen Solarkraftwerk erwärmt werden.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass die zweite Feststoffpartikelvorrichtung unterhalb des Solarstrahlungsempfängers angeordnet ist, wobei die in dem Solarstrahlungsempfänger erhitzten Feststoffpartikel schwerkraftbedingt in die zweite Feststoffpartikelspeichervorrichtung eingeleitet werden. Mit anderen Worten: Nach dem Erhitzen in dem Solarstrahlungsempfänger rutschen die Feststoffpartikel schwerkraftbedingt automatisch in die Feststoffpartikelspeichervorrichtung. Auf diese Weise kann der Transport der Feststoffpartikel von dem Solarstrahlungsempfänger in die zweite Feststoffpartikelspeichervorrichtung auf einfache Art und Weise und ohne zusätzlichen Energieaufwand erfolgen.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein Gebläse die Luftströmung zum Transport der Feststoffpartikel erzeugt. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Gebläse Luft aus dem Solarstrahlungsempfänger oder aus der zweiten Feststoffpartikelspeichervorrichtung ansaugt. Dadurch kann auf besonders vorteilhafte Weise die Erzeugung einer vorgewärmten Luftströmung erfolgen, da die Luft entweder direkt in dem Solarstrahlungsempfänger erhitzt wird oder eine Erhitzung der Luft durch Abwärme der in der zweiten Feststoffpartikelspeichervorrichtung enthaltenen erhitzten Feststoffpartikel erfolgt. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die Luftströmung anderweitig vorgewärmt wird, beispielsweise in einem nachgeschalteten Wasserdampfkreislauf des Solarkraftwerks.
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Unabhängig davon, ob die Luftströmung durch ein Gebläse erzeugt wird, kann die zur Erzeugung der Luftströmung genutzte vorgewärmte Luft aus dem Solarstrahlungsempfänger oder aus der zweiten Feststoffpartikelspeichervorrichtung entnommen werden.
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Die Verbindungsleitungen zwischen den einzelnen Vorrichtungsteilen des erfindungsgemäßen Solarkraftwerks, d. h. die erste und die zweite Feststoffpartikelspeichervorrichtung, die Abscheidevorrichtung und der Solarstrahlungsempfänger können aus Keramikrohren bestehen, die vorzugsweise hochisoliert sind. Durch das Vorsehen von Keramikrohren besitzen die Leitungen eine hohe Widerstandskraft gegen die abrasive Wirkung der Feststoffpartikel. Durch das Vorsehen der Isolierung wird der Wärmeverlust von Feststoffpartikeln und Luftströmung reduziert.
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Als Feststoffpartikel kann beispielsweise Sand verwendet werden.
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Im Folgenden wir unter die Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Solarkraftwerks,
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2 eine schematische Prinzipskizze des Wärmeträgerkreislaufs durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Solarkraftwerks mit einem ersten Ausführungsbeispiel eines Solarstrahlungsempfängers,
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3 eine schematische Prinzipskizze des Wärmeträgerkreislaufs durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Solarkraftwerks mit einem zweiten Ausführungsbeispiel eines Solarstrahlungsempfängers,
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4 eine schematische Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Solarstrahlungsempfängers, und
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5 eine schematische Schnittdarstellung des in 3 gezeigten Solarstrahlungsempfängers.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes Solarkraftwerk 100 schematisch dargestellt. Sonnenlicht wird über Heliostate 110 eines Heliostatfeldes 120 auf einen erfindungsgemäßen Solarstrahlungsempfänger 1, der an einem Turm 105 angeordnet ist, reflektiert.
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Durch den Solarstrahlungsempfänger 1 wird ein Wärmeträger in Form von rieselfähigen Feststoffpartikeln geleitet. Der Wärmeträger wird über die Solarstrahlung in dem Solarstrahlungsempfänger 1 erhitzt und über einen Heißleitungsbereich 130 einem Verbraucher zugeführt. Der Verbraucher kann beispielsweise ein Dampferzeuger 140 mit einem herkömmlichen Wasserdampfkreislauf 150 sein. Über ein Rückführsystem 160 wird der abgekühlte Wärmeträger dem Solarstrahlungsempfänger 1 zugeführt.
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In 2 ist der Kreislauf des Wärmeträgers bei einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Solarkraftwerks 100 in einer Prinzipskizze dargestellt. In dem Rückführsystem 160 wird der aus Feststoffpartikeln bestehende Wärmeträger mittels einer Luftströmung den nicht dargestellten Turm hinaufbefördert. Im Flussweg der Feststoffpartikel vor dem Solarstrahlungsempfänger 1 ist eine Abscheidevorrichtung 3 angeordnet, die die Feststoffpartikel und die Luftströmung trennen. Die abgeschiedenen Feststoffpartikel gelangen in eine erste Feststoffpartikelspeichervorrichtung 180. Die erste Feststoffpartikelspeichervorrichtung 180 ist oberhalb des Solarstrahlungs-empfängers 1 angeordnet und über einen Zulauf 190 gelangen die Feststoffpartikel schwerkraftbedingt in dem Solarstrahlungsempfänger 1.
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Der Solarstrahlungsempfänger 1 ist als um eine Drehachse D rotierbarer Behälter ausgeführt. Im Inneren des Behälters ist eine Leitvorrichtung 5 vorgesehen, die die Feststoffpartikel führt. Die Leitvorrichtung 5 kann beispielsweise durch Blecheinbauten gebildet sein, die den Wärmeträger entlang der Innenfläche des Behälters führen, so dass eine durch die Strahlungseinlassöffnung 7 einfallende Solarstrahlung den Wärmeträger direkt bestrahlt. Durch die Rotation des Solarstrahlungsempfängers 1 um die Drehachse D werden die Feststoffpartikel aufgrund der Fliehkraft an der Innenwandung gehalten und wandern in Richtung eines Auslasses 200. Die Leitvorrichtung 5 kann beispielsweise auch durch eine Ausgestaltung der Behälterinnenwandung gebildet werden, die bewirkt, dass eine hohe Reibung zwischen Feststoffpartikeln und der Innenwandung besteht und somit die Partikel langsam in Richtung des Auslasses 200 rutschen. Auch ist es möglich, dass die Innenwandung beispielsweise Stufungen aufweist, die Laufpfade für die Feststoffpartikel bilden.
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Entsprechende Ausgestaltungen des Solarstrahlungsempfängers für die Führung von Wärmeträgern in Form von Feststoffpartikeln sind beispielsweise in
DE 10 2010 062 367 A1 und
DE 10 2010 063 166 A1 der Anmelderin beschrieben.
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Der Solarstrahlungsempfänger 1 hat ferner eine Absaugöffnung 9. Durch die Absaugöffnung 9 kann Luft angesaugt werden, so dass eine Luftströmung durch den Solarstrahlungsempfänger 1 erzeugt wird. Dabei wird Luft durch die Strahlungseinlassöffnung 7 angesaugt. Die Luft wird in dem Solarstrahlungsempfänger 1 erwärmt, so dass der Solarstrahlungsempfänger 1 ferner die Funktion eines offenen volumetrischen Solarstrahlungsempfängers ausüben kann. Die erhitzte Luft kann genutzt werden und beispielsweise einem Verbraucher zugeführt werden. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die erhitzte Luft genutzt, um die Luftströmung zum Transport des Wärmeträgers zu erzeugen. Dadurch wird verhindert, dass der Wärmeträger bei dem Transport auf den nicht dargestellten Turm zu stark abkühlt, wodurch der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Solarkraftwerks 100 erhöht werden kann. Es kann sogar vorgesehen sein, dass die Luft eine höhere Temperatur als der abgekühlte Wärmeträger besitzt, so dass der Wärmeträger während des Transports durch die Luftströmung vorgewärmt wird.
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Zur Erzeugung der Luftströmung durch den Solarstrahlungsempfänger 1 und für die Luftströmung zum Transport des Wärmeträgers ist ein Gebläse 210 vorgesehen. Das Gebläse 210 kann beispielsweise unmittelbar hinter der Absaugöffnung 9 vorgesehen sein. Das Gebläse 210 kann beispielsweise einen Antrieb 211 aufweisen, der auf der Drehachse D des Solarstrahlungsempfängers 1 angeordnet ist.
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Der Solarstrahlungsempfänger 1 sieht ferner eine Blende 11 vor, die vor der Absaugöffnung 9 angeordnet ist. Über die Blende 11 wird verhindert, dass die Feststoffpartikel durch die Absaugöffnung 9 gelangen und somit das Gebläse 210 beschädigen könnten.
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Unterhalb des Solarstrahlungsempfängers 1 ist eine zweite Feststoffpartikelspeichervorrichtung 220 angeordnet. Die in dem Solarstrahlungsempfänger 1 erhitzten Feststoffpartikel rutschen durch den Auslass 200 in die zweite Feststoffpartikelspeichervorrichtung 220. Dies kann schwerkraftbedingt erfolgen.
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In der zweiten Feststoffpartikelspeichervorrichtung 220 kann der erhitzte Wärmeträger gespeichert werden, um die in dem Wärmeträger enthaltene Wärmeenergie beispielsweise zu einem späteren Zeitpunkt zu nutzen. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist in der zweiten Feststoffpartikelspeichervorrichtung 220 ein Wärmetauscher in Form eines Dampferzeugers 140 angeordnet. Dem Dampferzeuger 140 ist ein herkömmlicher Wasserdampfkreislauf 150 nachgeschaltet, so dass bei dem erfindungsgemäßen Solarkraftwerk 100 zur Stromerzeugung eine herkömmliche Dampfturbine mit Generator verwendet werden kann.
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Bei dem erfindungsgemäßen Solarkraftwerk 100 werden die Feststoffpartikel in einem Kreislauf geführt, wobei für den Transport zu dem Solarstrahlungsempfänger eine Luftströmung von erwärmter Luft genutzt wird. Da die erste Feststoffpartikelspeichervorrichtung 180 oberhalb des Solarstrahlungsempfängers 1 angeordnet ist und die zweite Feststoffpartikelspeichervorrichtung 220 unterhalb des Solarstrahlungsempfängers 1 angeordnet ist, können die Feststoffpartikel schwerkraftbedingt in den Solarstrahlungsempfänger 1 rutschen und von diesem in die Feststoffpartikelspeichervorrichtung 220. Dadurch kann der vorrichtungstechnische Aufwand für den Transport der Feststoffpartikel von der ersten Feststoffpartikelspeichervorrichtung 180 zu der zweiten Feststoffpartikelspeichervorrichtung 220 reduziert werden.
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Für die Luftströmung zum Transport der Feststoffpartikel kann vorgewärmte Luft verwendet werden, die zuvor in dem Solarstrahlungsempfänger 1 erwärmt worden ist. Selbstverständlich kann auch vorgewärmte Luft aus einer anderen Quelle verwendet werden, beispielsweise aus dem Wasserdampfkreislauf. Auch ist es möglich, dass heiße Luft aus der zweiten Feststoffpartikelspeichervorrichtung entnommen wird. In diesem Fall kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Absaugöffnung 9 durch den Auslass 200 gebildet wird und in dem Solarstrahlungsempfänger 1 erwärmte Luft zusammen mit den Feststoffpartikeln in die zweite Feststoffpartikelspeichervorrichtung 220 gelangt.
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In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ferner vorgesehen, dass die mittels der Abscheidevorrichtung 3 abgetrennte Luftströmung über eine separate Zuleitung 230 in den Bereich vor der Strahlungseinlassöffnung 7 geführt wird und somit in die Strahlungseinlassöffnung 7 eingeblasen wird. Dadurch werden Wärmeverluste mit der Umgebung, die durch die Strahlungseinlassöffnung erfolgen können, verringert. Ferner wird dem Solarstrahlungsempfänger 1 mittels der Luftströmung vorgewärmte Luft zugeführt, so dass insgesamt der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Solarkraftwerks erhöht werden kann.
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In 3 ist der Kreislauf des Wärmeträgers bei einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Solarkraftwerks 100 in einer Prinzipskizze dargestellt. Der Aufbau dieses zweiten Ausführungsbeispiels entspricht im Wesentlichen dem Aufbau des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Solarkraftwerks 100. Der Unterschied besteht darin, dass die in dem Solarstrahlungsempfänger 1 zusammen mit den Feststoffpartikeln erhitzte Luft über den Auslass 200 in die Feststoffpartikelspeichervorrichtung 220 gelangt. Der Auslass 200 dient somit gleichzeitig als Absaugöffnung 9. Zur Erzeugung eines Unterdrucks, über den die Luft in dem Solarstrahlungsempfänger 1 angesaugt wird, ist das Gebläse 210 an die Feststoffpartikelspeichervorrichtung 220 angeschlossen. Dadurch wird die erhitzte Luft aus der Feststoffpartikelspeichervorrichtung 220 abgesaugt und kann dem Rückführsystem 160 zum Transport der Feststoffpartikel zugeführt werden.
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Diese Variante hat den Vorteil, dass keine aufwändige Trennung zwischen Luft und Feststoffpartikel in den Solarstrahlungsempfänger 1 erfolgen muss.
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In 4 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Solarstrahlungsempfängers 1 für ein erfindungsgemäßes Solarkraftwerk 100 gemäß 2 gezeigt. Bei diesem Solarstrahlungsempfänger 1 ist die Abscheidevorrichtung 3 des Solarkraftwerks 100 in dem Solarstrahlungsempfänger 1 angeordnet. Es wird somit eine Luftströmung mit Feststoffpartikeln durch die Strahlungseinlassöffnung 7 eingeblasen. Der Solarstrahlungsempfänger 1 besteht aus einem Behälter, der um eine Drehachse D rotierbar ist. In einem spitzen Winkel zu der Drehachse D sind Partikelleitflächen 13 angeordnet, die somit in dem Strömungsweg von der Strahlungseinlassöffnung 7 zu der Absaugöffnung 9 liegen. Die Partikelleitflächen werden durch Ablenkbleche 13 gebildet. Die Luftströmung mit den Feststoffpartikeln umströmt die die Abscheidevorrichtung 3 bildenden Ablenkbleche 13. Dabei prallen die in der Luftströmung enthaltenen Feststoffpartikel gegen die Ablenkbleche 13 und werden aufgrund der Rotation nach außen zu der Leitvorrichtung 5 an der Innenwandung des Behälters geführt. Die Ablenkbleche 13 können beispielsweise nach innen gerichtete Kragen aufweisen, die ein Zurückrutschen der Feststoffpartikel nach innen verhindern. Die Luftströmung entlang der Ablenkbleche ist in 3 schematisch durch die geschwungenen Pfeile dargestellt. Ferner sind die Feststoffpartikel angedeutet. Eine derartige Anordnung der Abscheidevorrichtung 3 hat den Vorteil, dass die Feststoffpartikel bereits während des Transports über die Ablenkvorrichtung 3 zu der Leitvorrichtung 5 der Solarstrahlung ausgesetzt werden können, so dass eine vorteilhafte Erhitzung der Feststoffpartikel erreicht werden kann. Ferner wird die Luftströmung, die entlang der Ablenkbleche 13 geleitet wird, verwirbelt, wodurch eine gleichmäßige Erwärmung der Luftströmung erreicht wird. Auch wird die Verweildauer der Luftströmung durch die labyrinthartige Führung um die Ablenkbleche in dem Solarstrahlungsempfänger 1 vergrößert, so dass die Luftströmung einer stärkeren Erhitzung unterliegt.
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In 5 ist ein Solarstrahlungsempfänger 1 für ein erfindungsgemäßes Solarkraftwerk 100 gemäß 3 schematisch im Schnitt gezeigt. Im Gegensatz zu dem Solarstrahlungsempfänger 1 gemäß 4 weist dieser Solarstrahlungsempfänger keine Abscheidevorrichtungen auf. Die Luftströmung mit Feststoffpartikeln wird durch die Strahlungseinlassöffnung 7 eingeblasen. Der Solarstrahlungsempfänger 1 besteht ebenfalls aus einem Behälter, der um eine Drehachse D rotierbar ist. Die durch die Luftströmung eingeblasenen Feststoffpartikel prallen gegen die Innenwandung des Behälters und werden durch die Leitvorrichtung 5 an der Innenwandung des Behälters geführt. Durch die Rotation des Behälters werden die Feststoffpartikel an der Innenwandung gehalten und wandern langsam in Richtung zu dem nicht dargestellten Auslass 200.
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Die einzelnen Leitungen für die Führung von Luftströmung und Feststoffpartikeln können beispielsweise aus Keramik bestehen, die eine starke Isolierung aufweisen. Die Keramik hat den Vorteil, dass dieser eine hohe Bestandskraft gegenüber einer abrasiven Wirkung der Feststoffpartikel besitzt.
