DE102017123454A1

DE102017123454A1 - Verfahren und Anlage zur Nutzung von Sonnenenergie und einem fossilen Brennstoff zur Stromerzeugung

Info

Publication number: DE102017123454A1
Application number: DE102017123454.3A
Authority: DE
Inventors: Barbara Waldmann; Christian Storm
Original assignee: Bilfinger Engineering and Technologies GmbH
Current assignee: Bilfinger Engineering and Technologies GmbH
Priority date: 2017-10-10
Filing date: 2017-10-10
Publication date: 2019-04-11
Also published as: WO2019072548A1

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist ein Verfahren zur Nutzung eines Brennstoffs, vorzugsweise fossilen Brennstoffs, insbesondere Braunkohle, zur Stromerzeugung. Damit die Stromerzeugung mittels Brennstoffen, wie fossilen Brennstoffen, etwa in Form von Steinkohle oder Braunkohle, oder in Form von Biomasse, wirtschaftlicher und umweltschonender gestaltet werden kann, ist vorgesehen, dass Sonnenstrahlung (4) über wenigstens einen Spiegel (3) konzentriert wird, dass die thermische Energie der konzentrierten Sonnenstrahlung (4) zum Erzeugen und/oder Überhitzen von Dampf und/oder zum Erhitzen von Luft genutzt wird und dass der über die konzentrierte Sonnenstrahlung (4) erzeugte und/oder überhitzte Dampf und/oder die erhitzte Luft inline als thermische Wärmequelle in einen mit einem Brennstoff betriebenen Kraftwerksprozess eingekoppelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nutzung eines Brennstoffs, vorzugsweise fossilen Brennstoffs, insbesondere Braunkohle, zur Stromerzeugung und eine Anlage zur Nutzung eines Brennstoffs, vorzugsweise fossilen Brennstoffs, insbesondere Braunkohle, zur Stromerzeugung mit einem Kraftwerk zur Stromerzeugung mittels Verbrennung des Brennstoffs.
Es sind unterschiedliche Kraftwerke und Verfahren zur Nutzung von Brennstoffen, etwa Steinkohle, Braunkohle oder Biomasse, zur Stromerzeugung bekannt, worunter insbesondere Verfahren und Kraftwerke verstanden werden, bei denen die Brennstoffe in einer Brennkammer verbrannt und das dabei entstehende heiße Rauchgas zur Erzeugung überhitzten Dampfs genutzt wird. Der überhitzte Dampf wird dann in einer Turbine entspannt, die einen Generator zur Stromerzeugung antreibt. Unterschiede ergeben sich dabei aus der Art des Brennstoffs, bei dem des sich beispielsweise um Erdöl und Erdgas handeln kann. Vornehmlich wird es sich aber um Biomasse oder Kohle, also beispielsweise Braunkohle oder Steinkohle handeln.
Rohkohle weist nach ihrer Förderung einen nicht unerheblichen Anteil an Feuchtigkeit auf. Insbesondere bei Braunkohle kann der Feuchtegehalt zwischen 30 Gew.-% und 70 Gew.-% betragen, was den beim Verfeuern der Kohle zur Stromerzeugung erreichbaren Wirkungsgrad beeinträchtigt. Der Feuchtegehalt ist bei Steinkohle geringer, wirkt sich aber dennoch nachteilig auf den Gesamtwirkungsgrad bei der Stromerzeugung aus. Es wurde deshalb vorgeschlagen, die Rohkohle zunächst zu trocknen und erst anschließend als sogenannte Trockenkohle mit einem Feuchtegehalt zwischen beispielsweise 10 Gew.-% und 20 Gew.-% in einer Brennkammer eines Kraftwerks zu verfeuern. Um gleichzeitig den Wirkungsgrad bei der Stromerzeugung insgesamt zu steigern, wird für die Trocknung der Rohkohle kein heißes Rauchgas, sondern Wärme auf einem niedrigeren Temperaturniveau eingesetzt, etwa in Form von Wasserdampf auf einem Temperaturniveau zwischen 100°C und 200°C. Dabei entsteht wiederum als Brüden bezeichneter Wasserdampf, dessen Kondensationswärme zur Vorwärmung der Verbrennungsluft oder des Speisewassers genutzt werden kann. Entsprechend betriebene Anlagen ermöglichen eine deutliche Steigerung des Gesamtwirkungsgrads.
Auch Biomassen oder andere Brennstoffe weisen oftmals einen erheblichen Feuchtegehalt auf, der sich wie die Feuchtegehalte von Braunkohlen negativ auf den Wirkungsgrad bei der Stromerzeugung auswirken kann. Aus diesem Grund ist auch für Biomasse und andere Brennstoffe eine Brennstofftrocknung vorgeschlagen worden, die der Kohletrocknung prinzipiell ähnelt.
Neben der Kohleverstromung steht auch bei der Nutzung anderer Brennstoffe, wie Biomasse, Erdöl und Erdgas, zur Stromerzeugung das Bestreben, die Wirkungsgrade weiter zu steigern, um die Betriebskosten zu senken und den Ausstoß von Kohlendioxid zu reduzieren. Die bislang entwickelten Verfahren und Anlagen sind jedoch noch nicht zufriedenstellend. Es besteht vielmehr weiterer Optimierungsbedarf, um Strom kostengünstiger und klimaneutraler durch die Verfeuerung von Brennstoffen zu erzeugen.
Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Verfahren und die Anlage jeweils der eingangs genannten und zuvor näher beschriebenen Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass die Stromerzeugung mittels Brennstoffen, wie fossilen Brennstoffen, etwa in Form von Steinkohle oder Braunkohle, oder Biomasse, wirtschaftlicher und umweltschonender gestaltet werden kann.
Diese Aufgabe ist gemäß Anspruch 1 gelöst durch ein Verfahren zur Nutzung eines Brennstoffs, vorzugsweise fossilen Brennstoffs, insbesondere Braunkohle, zur Stromerzeugung,

- bei dem Sonnenstrahlung über wenigstens einen Spiegel konzentriert wird,
- bei dem die thermische Energie der konzentrierten Sonnenstrahlung zum Erzeugen und/oder Überhitzen von Dampf und/oder zum Erhitzen von Luft genutzt wird und
- bei dem der über die konzentrierte Sonnenstrahlung erzeugte und/oder überhitzte Dampf und/oder die erhitze Luft inline als thermische Wärmequelle in einen mit einem Brennstoff betriebenen Kraftwerksprozess eingekoppelt wird.

Die genannte Aufgabe ist weiter durch eine Anlage nach dem Oberbegriff von Anspruch 9 dadurch gelöst, dass wenigstens ein Spiegel zum Konzentrieren von Sonnenstrahlung auf wenigstens einen Absorber und wenigstens ein thermisch mit dem Absorber gekoppelter Erhitzer zum Erzeugen und/oder Überhitzen von Dampf und/oder zum Erhitzten von Luft mittels der thermischen Energie der konzentrierte Sonnenstrahlung und eine Kopplung zum Einkoppeln des über die konzentrierten Sonnenstrahlung erzeugten und/oder überhitzten Dampfs und/oder der erhitzten Luft als thermische Wärmequelle inline, also direkt, in das Kraftwerk zur Stromerzeugung mittels Verbrennung eines Brennstoffs vorgesehen sind.
Die Erfindung hat erkannt, dass es zweckmäßig ist, den Kraftwerksprozess zur Verstromung eines Brennstoffs, etwa fossilen Brennstoffs, wie Kohle, Steinkohle oder Braunkohle, oder etwa Biomasse, direkt mit einem weiteren Prozess zur Erzeugung von Dampfund/oder erhitzter Luft zu kombinieren, der nicht auf der Verbrennung eines Brennstoffs, sondern auf der Nutzung von Sonnenenergie beruht. Dabei hat die Erfindung weiter erkannt, dass dies trotz des Umstandes zweckmäßig ist, dass in dem Kraftwerksprozess selbst erhebliche Mengen an Dampf erzeugt werden. Trotzdem kann der über die Sonnenstrahlung erzeugte und/oder überhitzte Dampf und/oder die erhitzte Luft auf einem geeigneten Temperaturniveau ausgekoppelt und in den eigentlichen angeschlossenen Kraftwerksprozess eingekoppelt werden. Dies lässt sich zudem apparativ und verfahrensmäßig ohne einen besonderen Aufwand realisieren. Vor diesem Hintergrund steht dem geringen zusätzlichen Aufwand eine verbesserte Wärmeverschaltung gegenüber. Die verbesserte, gemeinsame Nutzung der als Dampf und bedarfsweise zusätzlich als erhitzte Luft vorliegenden thermischen Energie kann zum Zwecke einer weiteren Steigerung des Wirkungsgrads für die Stromerzeugung insgesamt genutzt werden.
Den Kraftwerksprozess mit einem weiteren Prozess zur Erzeugung von Dampf und/oder erhitzter Luft zu kombinieren, der nicht auf der Verbrennung von Brennstoffen, sondern auf der Nutzung von Sonnenenergie beruht, erscheint zunächst mit einer erheblichen und damit kontraproduktiven Steigerung der anlagentechnischen und verfahrenstechnischen Komplexität des Gesamtsystems verbunden. Tatsächlich zeigt sich jedoch, dass bei einer geeigneten Ausgestaltung des Verfahrens und der Anlage eine vorteilhafte Kombination zweier unterschiedlicher Primärenergien zur Erzeugung von Strom möglich ist. Dabei dient die eine Primärenergie, nämlich die Sonnenenergie, wenigstens teilweise zur thermischen Optimierung des Kraftwerkprozesses, so dass die Wärme der Sonnenstrahlung quasi doppelt und zur Verbesserung des Gesamtwirkungsgrads zweier Anlagenteile genutzt werden kann.
Bislang wurde stattdessen lediglich als zielführend erachtet und auch versucht, die interne Wärmeverschaltung von mit Brennstoffen betriebenen Kraftwerken so zu optimieren, dass sich der Gesamtwirkungsgrad steigern lässt, und zwar durch eine gezielte Wärmeverschaltung von Wärmeströmen auf unterschiedlichen Temperaturniveaus, um so beispielsweise die Abwärme zu verringern. Dagegen geht die Erfindung einen anderen Weg, nämlich den der Integration unterschiedlicher Prozesse, die bislang lediglich alternativ zueinander eingesetzt worden sind. Insbesondere sind solarthermische Prozesse und solarthermische Kraftwerke bislang mit dem Ziel vorgeschlagen worden, fossile Energieträger und konventionelle Kraftwerke zu substituieren, anstatt zur Kombination mit konventionellen Kraftwerken.
Erfindungsgemäß soll jedoch nicht nur konventionell, also durch Verbrennung von Brennstoffen, insbesondere Biomasse oder fossilen Brennstoffen, wie Steinkohle und/oder Braunkohle, Dampf zur Stromerzeugung über einen mit einer Turbine verbundenen Generator gewonnen werden. Es soll zudem auch solarthermisch, also auf einem separaten Wege, Dampf und/oder erhitzte Luft gewonnen werden, indem die Sonnenstrahlung über wenigstens einen Spiegel konzentriert wird, so dass die konzentrierte Sonnenstrahlung eine höhere Energiedichte aufweist und beim Auftreffen auf einen Absorber nicht nur eine große thermische Energie freisetzt, sondern die Wärme auch auf einem hohen Temperaturniveau zur Verfügung stellt, so dass sich effektiv Dampf erzeugen, Dampf überhitzen und/oder Luft erhitzen lässt. Beim Überhitzen von Dampf entsteht sogenannter überhitzter Dampf mit einer Temperatur, die höher ist als die Sattdampftemperatur, so dass der überhitzte Dampf anders als der Naßdampf oder der nicht überhitzte Dampf keine Wassertropfen aufweist. Die Wärme des erzeugten und/oder überhitzten Dampfes, insbesondere dessen Kondensationswärme, und/oder die Wärme der erhitzten Luft wird im angeschlossenen Kraftwerksprozess genutzt.
Der Erhitzer kann, je nach Anwendung, sehr unterschiedlich ausgebildet und bedarfsweise in den Absorber integriert bzw. ein und dasselbe Bauteil wie der Absorber sein. Daher wird vorliegend insbesondere der unspezifische Begriff des Erhitzers verwendet, der bei der Erzeugung oder Überhitzung von Dampf auch als Verdampfer bezeichnet werden kann. Zudem wird vorliegend insbesondere allgemein von einer Turbine gesprochen, da diese nicht zwingend auf das Entspannen von Dampf beschränkt sein muss. Alternativ oder zusätzlich kann die Turbine bedarfsweise auch dem Entspannen erhitzter Luft dienen. Wird die Turbine mit Dampf betrieben, kann die Turbine auch als Dampfturbine bezeichnet werden. Turbinen mit integrierter Brennkammer, etwa Gasturbinen oder dergleichen, sollen aber bevorzugt nicht vom allgemeinen Begriff Turbine umfasst sein.
Der besseren Verständlichkeit halber und zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen werden nachfolgend das Verfahren und die Anlage gemeinsam beschrieben, ohne jeweils immer im Einzelnen zwischen dem Verfahren und der Anlage zu unterscheiden. Für den Fachmann ist jedoch anhand des Kontextes erkennbar, welches Merkmal jeweils hinsichtlich des Verfahrens und der Anlage bevorzugt ist.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird die Sonnenstrahlung über wenigstens einen ebenen Spiegel konzentriert, der bedarfsweise gekrümmt oder eben ausgebildet sein kann. Es wird dabei der Einfachheit halber bevorzugt sein, die Sonnenstrahlung mit mehreren Spiegeln der gleichen Art, insbesondere mit gleichartig ausgebildeten Spiegeln derselben Art, zu konzentrieren. Welche Art der Spiegel besonders geeignet ist, kann dabei vom Einzelfall und den jeweiligen Randbedingungen vor Ort abhängen. Um eine hinreichende Menge an Dampf zu erzeugen, Dampf zu überhitzen und/oder Luft zu erhitzen, ist eine erhebliche Spiegelfläche zur Konzentration der Sonnstrahlung erforderlich. Daher wird es regelmäßig kostengünstig sein, wenn eine Mehrzahl oder eine Vielzahl von Spiegeln verwendet wird. Dies wirkt sich insbesondere auf die Herstellungskosten aus. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Sonnenstrahlung über den wenigstens einen Spiegel auf einem Solarturm konzentriert wird.
Wenn wenigstens ein Solarturm verwendet wird, auf dem die Sonnenstrahlen konzentriert werden, trägt der wenigstens eine Solarturm einen Absorber zur Absorption der thermischen Sonnenenergie. Andernfalls ist der Absorber anderweitig zur Absorption der thermischen Sonnenenergie vorgesehen. Als Spiegel kommen bedarfsweise auch Parabolrinnen infrage, wobei bedarfsweise jeder Parabolrinne ein eigener Absorber zugeordnet ist. So kann auf einen zusätzlichen Solarturm verzichtet werden. Auch bei der Verwendung von wenigstens einem Parabolspiegel kann bedarfsweise auf einen Solarturm verzichtet werden. Der Absorber ist jedoch unabhängig davon vorzugsweise etwa im Brennpunkt des Parabolspiegels angeordnet, bei dem es sich vorzugsweise um einen Hohlspiegel in Form eines Rotationsparaboloids handelt. Die Spiegelfläche weist dabei vorzugsweise in jedem beliebigen Querschnitt durch den Mittelpunk des Parabolspiegels die Form einer Parabel auf. Bei Fresnel-Kollektoren handelt es sich um eine Weiterentwicklung der Parabolrinnen, wobei mehrere ebenerdig angeordnete parallele, ebene Spiegel die einfallende Sonnenstrahlung nach dem Prinzip einer Fresnel-Linse auf ein Absorberrohr reflektieren. Dabei wird die Sonnenstrahlung zunächst auf einen hinter dem Absorberrohr angeordneten Sekundärspiegel gelenkt, von dem aus die Sonnenstrahlung auf das Absorberrohr umgelenkt wird. Die Spiegel können einachsig nachgeführt werden, um dem Sonnenstand zu folgen.
Die Verwendung eines Solarturms ermöglicht grundsätzlich die Nutzung einer vergleichsweise großen Spiegelfläche, um die auf diese Spiegelfläche fallende Sonnenstrahlung auf einem einzigen und/oder einem relativ kleinen Absorber zu konzentrieren. Dies kann die verfahrenstechnischen und apparativen Kosten verringern. Außerdem kann die Sonnenstrahlung auch durch wenigstens einen ebenen Spiegel effektiv auf einen Absorber auf einem Solarturm konzentriert werden. Da ebene Spiegel verhältnismäßig kostengünstig sind, kann so eine weitere Kostenreduktion erreicht werden. Andererseits können ohne einen Solarturm modulare Bauweisen und auch kleinere Anlagen realisiert werden.
Wenn es nicht zielführend ist, mit der im wenigstens einen Absorber entstehenden Wärme direkt Dampf zu erzeugen, Dampf zu überhitzen und/oder Luft zu erhitzen, kann es zweckmäßig sein, mit der Sonnenstrahlung über den wenigstens einen Absorber zunächst ein Wärmeträgermedium, insbesondere eine Salzschmelze oder Luft, zu erhitzen. Das aufgeheizte Wärmeträgermedium kann dann in wenigstens einen separaten Erhitzer geleitet werden, indem dann über einen entsprechenden Wärmetausch Dampf erzeugt, Dampf überhitzt und/oder Luft erhitzt wird. Auf diese Weise kann beispielsweise die Wärme von mehreren Absorbern zusammengeführt werden. Alternativ oder zusätzlich besteht eine höhere Flexibilität bei der Konstruktion des Erhitzers. Insbesondere kann eine größere, zufriedenstellend beheizbare Wärmeübertragungsfläche bereitgestellt werden, wenn sich eines Wärmeträgermediums bedient wird. Anstelle einer Salzschmelze kann als Wärmeträgermedium beispielsweise auch Luft genutzt werden. Dies ist recht einfach und daher bedarfsweise bevorzugt.
Alternativ oder zusätzlich kann durch die Verwendung eines Wärmeträgermediums eine Speicherung von Wärmeenergie ermöglicht werden, um Zeiten mit verminderter Sonneneinstrahlung wenigstens teilweise ausgleichen zu können. Das Wärmeträgermedium kann dann nämlich bis zu einem zeitverzögerten Erzeugen und/oder Überhitzen des Dampfes und/oder einem zeitverzögerten Erhitzen von Luft zwischengespeichert werden. Die Speicherung des Wärmeträgermediums erfolgt dabei vorzugsweise in wenigstens einem Speicherbehälter, in den das aufgeheizte, von dem Absorber kommende Wärmeträgermedium wenigstens teilweise geleitet werden kann. Aus dem Speicherbehälter kann das aufgeheizte Wärmeträgermedium zu einem späteren Zeitpunkt in den Erhitzer geleitet werden, wo die Wärme des Wärmeträgermediums teilweise abgegeben wird, um Dampf zu erzeugen, Dampf zu überhitzen und/oder Luft zu erhitzen. Das danach abgekühlte Wärmeträgermedium wird wieder dem wenigstens einen Absorber zugeführt, um dort aufgeheizt zu werden, wonach das aufgeheizte Wärmeträgermedium bedarfsweise anschließend wahlweise bzw. teilweise dem Erhitzer und/oder dem wenigstens einen Speicherbehälter zugeführt werden kann, soweit ein solcher vorhanden ist. Bedarfsweise kann das nach dem Wärmetausch mit dem Dampf und/oder der Luft abgekühlte Wärmeträgermedium zunächst in wenigstens einem Speicherbehälter gespeichert werden, bevor das Wärmeträgermedium wieder aufgeheizt wird. Es kann also bedarfsweise wenigstens ein Speicherbehälter auf einem hohen Temperaturniveau und wenigstens ein Speicherbehälter auf einem niedrigen Temperaturniveau vorgesehen sein, um das Wärmeträgermedium in zwei unterschiedlichen Betriebszuständen, nämlich aufgeheizt und abgekühlt, zwischenspeichern zu können.
Im wenigstens einen Erhitzer unter Ausnutzung der Sonnenenergie erzeugter Dampf, überhitzter Dampf und/oder erhitzte Luft wird vorzugsweise wenigstens teilweise und/oder zeitweise einer Turbine zugeführt. Die Turbine ist dabei vorzugsweise mit einem Generator verbunden, um elektrischen Strom zu erzeugen. Auf diese Weise kann bedarfsweise die nicht anderweitig benötigte, aus der Sonnenergie erzeugte Wärme in Strom umgewandelt werden. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der gesamte solarthermisch erzeugte und/oder überhitzte Dampf und/oder die gesamte solarthermisch erhitzte Luft der wenigstens einen Turbine zugeführt wird.
Der durch die Verbrennung von, bedarfsweise fossilem, Brennstoff im konventionellen Kraftwerksprozess erzeugte und/oder überhitzte Dampf kann gemeinsam mit dem durch die konzentrierte Sonnenstrahlung erzeugten und/oder überhitzten Dampf in einer Turbine entspannt werden. So kann stets eine möglichst effiziente Nutzung des gebildeten Dampfs sichergestellt werden, und zwar mit einem geringen apparativen Aufwand. Dabei wird das Entspannen des Dampfs in der Turbine der Einfachheit halber insbesondere zur Stromerzeugung in einem Generator genutzt. Es kann also auf eine zusätzliche Turbine für den solarthermisch erzeugten Dampf verzichtet werden und es kann bedarfsweise überschüssiger solarthermisch erzeugter Dampf mit für die Stromerzeugung im Kraftwerksprozess genutzt werden.
Alternativ oder zusätzlich zu der Turbine kann der über die konzentrierte Sonnenstrahlung erzeugte und/oder überhitzte Dampf und/oder die solarthermisch erhitzte Luft zum Beheizen einer Trocknungsanlage genutzt werden, in der Rohbrennstoff, etwa Rohkohle, Rohsteinkohle, Rohbraunkohle oder Rohbiomasse, zu Trockenbrennstoff, etwa Trockenkohle, Trockensteinkohle, Trockenbraunkohle oder Trockenbiomasse, getrocknet wird. Bei dem Kraftwerksprozess handelt es sich dann um einen solchen zur Verstromung von Brennstoff, insbesondere in Form von Kohle oder Biomasse, der als feuchter Brennstoff zugeführt und mittels der solarthermisch bereitgestellten Wärme getrocknet wird. Die Verwendung von trockenem Brennstoff, der auch als Trockenbrennstoff bezeichnet werden kann, erlaubt höhere Wirkungsgrade als die Verwendung von noch feuchtem Brennstoff, der auch als Rohbrennstoff bezeichnet werden kann. Darüber hinaus wirkt es sich überaus positiv auf den Wirkungsgrad des Gesamtsystems aus, wenn die Wärme für die Trocknung des Rohbrennstoffs wenigstens teilweise solarthermisch erzeugt und nicht durch Auskoppeln von Dampf aus dem Kraftwerksprozess bereitgestellt wird. Zudem wird für die Trocknung des Rohbrennstoffs ein nicht unerheblicher Wärmestrom benötigt. Dieser kann, sofern die Sonne ausreichend scheint, zweckmäßig über solarthermische Prozesse bereitgestellt werden. Dabei kann im Falle von ausreichendem Sonnenschein mehr Rohbrennstoff getrocknet werden als unmittelbar benötigt, um Phasen mit unzureichendem Sonnenschein auszugleichen. Würde die Wärme für die Trocknung des Rohbrennstoffs aus dem Kraftwerksprozess genutzt werden, müsste diese kontinuierlich ausgekoppelt werden, was den Wirkungsgrad dauerhaft beeinträchtigen würde.
Die Trocknung des Rohbrennstoffs wenigstens teilweise mit durch die konzentrierte Sonnenstrahlung erzeugtem und/oder überhitztem Dampf und/oder mit der durch die konzentrierte Sonnenstrahlung erhitzten Luft kann sehr effizient und zuverlässig in einem Wirbelschichttrockner, in einem Trocknungsofen und/oder in einem Drehrohrofen erfolgen. Letztere sind verfahrenstechnisch einfacher zu betreiben, während der Wärme- und Stofftransport im Wirbelschichttrockner besonders schnell und gleichmäßig erfolgt. Ganz grundsätzlich ist es im Übrigen bevorzugt, wenn die zur Verfügung gestellte Wärme wenigstens teilweise zum Aufheizen des Rohbrennstoffs und wenigstens teilweise zum Verdampfen des Wasseranteils des Rohbrennstoffs genutzt wird, so dass dieser trocknet und Trockenbrennstoff entsteht. Der Trockenbrennstoff kann je nach Rohbrennstoff in Form von Trockensteinkohle, Trockenbraunkohle, Trockenbiomasse und/oder einem anderen Trockenbrennstoff anfallen. Mithin kann als Rohbrennstoff Rohkohle, Rohsteinkohle, Rohbraunkohle, Rohbiomasse und/oder ein anderer Rohbrennstoff eingesetzt werden.
Sofern der für die Trocknung verwendete Dampf und/oder die für die Trocknung verwendete Luft wenigstens teilweise zunächst in einer Turbine entspannt und somit bedarfsweise zur Stromerzeugung genutzt wird, kann es für den Gesamtwirkungsgrad vorteilhaft sein, wenn der Dampf und/oder die Luft in der wenigstens einen Turbine lediglich teilweise entspannt und dann auf einem niedrigeren Druckniveau und Temperaturniveau als teilentspannter Dampf und/oder teilentspannte Luft aus der Turbine abgezogen wird. Der Dampf und/oder die Luft kann also bereits vor dem eigentlichen Ausgang der Turbine und damit auf einem Temperatur- und Druckniveau der Turbine entzogen werden, das über dem entsprechenden Temperatur- und Druckniveau des die Turbine vollständig passierenden Dampfes und/oder der die Turbine passierenden Luft liegt. Selbstverständlich kann der Dampf und/oder die Luft die Turbine auch vollständig passieren, wobei die Turbine so ausgebildet sein kann, dass der Dampf und/oder die Luft nicht soweit wie möglich entspannt wird. So kann der Dampf und/oder die Luft in der Turbine beispielsweise zur Stromerzeugung aber gleichzeitig auf einem für den Gesamtwirkungsgrad geeigneten Temperatur- und Druckniveau zusätzlich für die Trocknung von Rohbrennstoff genutzt werden.
Das zuvor beschriebene Verfahren wird vorzugsweise in einer erfindungsgemäßen Anlage zur Nutzung eines, bedarfsweise fossilen, Brennstoffs, vorzugsweise Biomasse oder Kohle, insbesondere Braunkohle, zur Stromerzeugung, mit einem Kraftwerk zur Stromerzeugung mittels Verbrennung des Brennstoffs, durchgeführt. Zur Konzentration der Sonnenstrahlung weist die Anlage wenigstens einen Spiegel auf. Dabei wird mittels des wenigstens einen Spiegels die auf den wenigstens einen Spiegel auftreffende Sonnenstrahlung auf wenigstens einem Absorber konzentriert, die von dem Absorber absorbierte Sonnenstrahlung führt zu einem Aufheizen des Absorbers, der, insbesondere fühlbare, Wärme an einen Erhitzer abgibt, der thermisch mit dem wenigstens einen Absorber gekoppelt ist. In einem besonders einfachen Fall, kann der Absorber einen Teil des Erhitzers bilden oder gar dem Erhitzer entsprechen, um Wärmeübertragungsverluste zu verringern. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der Absorber die Wärme der konzentrierten Sonnenstrahlung an einen separaten Erhitzer abgibt. Dies kann durch reine Wärmeleitung und/oder durch konvektiven Wärmetransport mittels eines den Absorber und den Erhitzer thermisch koppelnden Wärmeträgermediums erfolgen. Im Erhitzer wird die Wärme von der Sonne an ein Wärmeträgermedium, an Wasser, Dampf und/oder Luft übertragen. Das entsprechend aufgeheizte Medium kann sodann als thermische Wärmequelle inline in das konventionelle Kraftwerk zur Stromerzeugung mittels Verbrennung eines Brennstoffs eingekoppelt werden, um eine Steigerung des Wirkungsgrads zu bewirken.
Der wenigstens eine Spiegel zur Konzentration der Sonnenstrahlung kann als ebener Spiegel, Parabolrinne, Parabol-Spiegel und/oder Fresnel-Kollektor ausgebildet sein, und zwar je nach den vorliegenden Randbedingungen. Die geeignete Auswahl des wenigstens einen Spiegels kann der möglichst effizienten Nutzung der verfügbaren Sonnenstrahlung dienen. Im Zusammenhang mit den genannten Arten von Spiegeln, bedarfsweise aber auch unabhängig davon, kann es zur effizienten Nutzung der verfügbaren Sonnenstrahlung mit geringem apparativen Aufwand zweckmäßig sein, wenn der wenigstens eine Absorber auf wenigstens einem Solarturm vorgesehen ist.
Um den solarthermischen Prozess flexibler steuern zu können und die Beanspruchung der verwendeten Bauteile zu senken, was nicht nur den Anlagekosten, sondern auch der Standzeit der Anlage entgegenkommen kann, ist der wenigstens eine Absorber vorzugsweise thermisch über wenigstens einen Kreislauf eines Wärmeträgermediums mit einem Erhitzer zum Erzeugen und/oder Überhitzen des Dampfes und/oder zum Erhitzen der Luft gekoppelt. In diesem Zusammenhang bietet es sich zur flexiblen Steuerung des Gesamtprozesses und zur Steigerung des Gesamtwirkungsgrads besonders an, wenn wenigstens ein Speicherbehälter zum Zwischenspeichern und zeitverzögerten Erzeugen und/oder Überhitzen des Dampfes und/oder zum Erhitzen der Luft thermisch mit dem Absorber und dem Erhitzer gekoppelt ist. Wenn wenigstens zwei Speicherbehälter zum Zwischenspeichern von Medium vorgesehen sind, kann der aufgeheizte Dampf und/oder die aufgeheizte Luft vor dem Einkoppeln der Wärme in den konventionellen Kraftwerksprozess ebenso gespeichert werden wie der abgekühlte Dampf, der kondensierte Dampf und/oder die abgekühlte Luft nach dem Einkoppeln der entsprechenden Wärme in den konventionellen Kraftwerksprozess. Dies vereinfacht die Verfahrensführung weiter und wird im Regelfall den damit einhergehenden zusätzlichen apparativen Aufwand rechtfertigen.
Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens eine Turbine zum Entspannen des solarthermisch erzeugten und/oder überhitzten Dampfs und/oder der solarthermisch erhitzten Luft vorgesehen sein, beispielsweise um auf diese Weise einen Generator anzutreiben, der Strom erzeugt. Dabei kann die wenigstens eine Turbine zur Verringerung des apparativen Aufwands und zur Steigerung des Wirkungsgrads dazu genutzt werden, den in wenigstens einer Brennkammer durch das Verbrennen des Brennstoffs und wenigstens einen Erhitzer erzeugten und/oder überhitzten Dampf wenigstens teilweise gemeinsam mit dem solarthermisch erzeugten und/oder überhitzten Dampf und/oder mit der erhitzten Luft betrieben werden. Der Dampf und/oder die Luft werden dabei wenigstens teilweise entspannt. So kann beispielsweise konventionell und solarthermisch erzeugte Wärme wenigstens teilweise gemeinsam in wenigstens einer Turbine genutzt werden, um beispielsweise über einen Generator Strom zu erzeugen. Die konventionelle Dampferzeugung beruht dabei vorzugsweise auf dem Wärmetausch des beim Verbrennen des Brennstoffs entstehenden Rauchgases mit Wasser und/oder Dampf zum Erzeugen und/oder Überhitzen von Dampf.
Durch den unter Nutzung konzentrierter Sonnenstrahlung erzeugten Dampf, überhitzten Dampf und/oder die solarthermisch erhitzte Luft bereitgestellte Wärme kann zum Beheizen einer Trocknungsanlage eingesetzt werden, wobei im Falle des Dampfs insbesondere die beim Kondensieren frei werdende latente Wärme genutzt wird. Die Trocknungsanlage dient dabei bevorzugt dem Trocken von Rohbrennstoff und wird vorzugsweise indirekt beheizt, um einen Teil des Feuchtegehalts des Rohbrennstoffs auszutreiben und als Brüden abzuführen. Dabei wird der Rohbrennstoff, etwa die Rohkohle, die Rohsteinkohle, die Rohbraunkohle oder die Rohbiomasse, zu Trockenbrennstoff, insbesondere Trockenkohle, Trockensteinkohle, Trockenbraunkohle oder Trockenbiomasse, getrocknet. Der in der Trocknungsanlage anfallende Brüden kann der Trocknungsanlage entzogen werden, um dessen Wärme anderweitig zu nutzen.. Alternativ oder zusätzlich kann die Trocknung jedoch auch durch einen direkten Wärmetausch mit dem Dampf und/oder der Luft erfolgen. Dies hängt beispielsweise von der geplanten weiteren Nutzung der Brüden und/oder des zur Trocknung eingesetzten Dampfes und/oder der zur Trocknung eingesetzten Luft ab.
Der solarthermisch erzeugte und/oder überhitzte Dampf und/oder die solarthermisch erhitzte Luft kann vorzugsweise einem Wirbelschichttrockner, einem Trocknungsofen und/oder einem Drehrohrofen zugeführt werden, in dem der Rohbrennstoff infolge eines entsprechenden Wärmetauschs mit dem Dampf und/oder der Luft getrocknet wird. Die Wirbelschicht des Wirbelschichttrockners wird bedarfsweise wenigstens teilweise aus dem zu trocknenden Rohbrennstoff gebildet, der indirekt über den solarthermisch erzeugten und/oder überhitzten Dampf und/oder über die solarthermisch erhitzte Luft erhitzt wird. Der gebildete Brüden wird gegebenenfalls teilweise als Wirbelgas im Kreis gefahren und teilweise dem System entzogen. Dabei kann der Brüden bei geeigneter Verfahrensführung beispielsweise überschüssige Wärme an den im Wirbelschichttrockner kondensierten Dampf abgeben und so zu einer Vorwärmung bzw. teilweisen Verdampfung vor dem eigentlichen Erhitzer genutzt werden.
Der solarthermisch getrocknete Trockenbrennstoff wird bedarfsweise in einem Silo oder dergleichen zwischengespeichert und vorzugsweise selbst wiederum zum Erzeugen und/oder Überhitzen von Dampf bzw. zum Erzeugen von heißem Rauchgas verbrannt, wozu vorzugsweise konventionelle Verfahren infrage kommen, die von konventionellen Kraftwerken bekannt sind. In konventionellen Kraftwerken wird Brennstoff, insbesondere Trockenkohle, Trockensteinkohle, Trockenbraunkohle oder Trockenbiomasse, in einer Brennkammer verfeuert. Die so in der Brennkammer gebildeten Rauchgase können dann in einem Dampferzeuger zur Dampferzeugung genutzt werden. Der Dampf eignet sich dann zur Entspannung in einer Dampfturbine zum Antrieb eines Generators. Um synergetische Effekte zu nutzen, kann der durch die Verfeuerung des Brennstoffs erzeugte Dampf zusammen mit wenigstens Teilen des solarthermisch erzeugten Dampfes wenigstens einer gemeinsamen Turbine zugeführt werden. Dieser wenigstens einen Turbine kann zudem bedarfsweise auf einem geeigneten Druck- und Temperaturniveau Dampf zum Beheizen der Trocknungsanlage zum Trocknen des Rohbrennstoffs entnommen werden. So lässt sich bedarfsweise die Anzahl an bestimmten Aggregaten, etwa Turbinen, die für die Anlage insgesamt benötigt werden, verringern. Wenn wenigstens eine Turbine zum Entspannen von mittels der Brennstofffeuerung erzeugtem Dampf und von solarthermisch erzeugtem Dampf vorgesehen ist, kann bei Erreichen der maximalen Last der Turbine beispielsweise ein Erhitzer abgekoppelt werden und/oder ein Teil des solarthermisch erzeugten Wärmestroms in Form fühlbarer Wärme eines Wärmeträgermediums, beispielsweise einer Salzschmelze und/oder Luft, in wenigstens einem Speicherbehälter zwischengespeichert werden, etwa bis infolge zunehmender Bewölkung bzw. fortschreitender Tageszeit solarthermisch weniger Dampf und/oder erhitzte Luft erzeugt werden kann. Das Wärmeträgermedium kann dann zur Erzeugung zusätzlichen Dampfes und/oder erhitzter Luft genutzt werden.
Für den Fall, dass der solarthermisch erzeugte Dampf und/oder die solarthermisch erhitzte Luft, bedarfsweise wenigstens teilweise gemeinsam mit dem konventionell erzeugten Dampf in einer Turbine entspannt wird, kann dieses Entspannen nicht vollständig, sondern nur teilweise erfolgen. Dabei kann die Entspannung insgesamt nur teilweise bis zu einem bestimmten Druck- und Temperaturniveau erfolgen oder es wird auf einem geeigneten Druck- und Temperaturniveau ein Teil des Dampfs und/oder Luft aus der Turbine abgezogen. Das Druck- und Temperaturniveau wird dabei vorzugsweise so gewählt, dass der Dampf und/oder die Luft effizient für das Gesamtsystem zur Trocknung von Rohbrennstoff eingesetzt werden kann. Mithin weist die wenigstens eine Turbine unter Umständen vorzugsweise eine Entnahmeleitung zum Entnehmen wenigstens teilweise entspannten Dampfes und/oder der wenigstens teilentspannten Luft sowie eine Zuleitung zum Zuleiten des entnommenen Dampfs und/oder der entnommenen Luft in die Trocknungsanlage zur Trocknung des Rohbrennstoffs auf.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

1 eine erste erfindungsgemäße Anlage in einer schematischen Ansicht,
2 eine zweite erfindungsgemäße Anlage in einer schematischen Ansicht,
3 eine dritte erfindungsgemäße Anlage in einer schematischen Ansicht,
4 eine vierte erfindungsgemäße Anlage in einer schematischen Ansicht,
5 eine fünfte erfindungsgemäße Anlage in einer schematischen Ansicht,
6 eine sechste erfindungsgemäße Anlage in einer schematischen Ansicht.

In der 1 ist eine Anlage 1 zur energetischen Nutzung eines, bedarfsweise fossilenBrennstoffs 2, etwa in Form von Kohle, Steinkohle, Braunkohle oder Biomasse, dargestellt. Die Anlage 1 weist eine Mehrzahl von Spiegeln 3 auf, bei denen es sich um ebene Spiegel 3 handelt. Bedarfsweise kämen aber auch Parabolrinnen, Parabolspiegel und/oder Fresnel-Kollektoren infrage. Die Spiegel 3 reflektieren die einfallende Sonnenstrahlung 4 und konzentrieren die Sonnenstrahlung 4 auf einem Absorber 5, der erhöht auf einem Solarturm 6 angeordnet ist. Die auf dem Absorber 5 auftreffende und zuvor über die Spiegel 3 konzentrierte Sonnenstrahlung 4 erwärmt den Absorber 5, bei dem es sich zudem um einen Erhitzer 7 handelt, der von einem Fluid durchströmt wird. Der Erhitzer 7 gibt die vom Absorber 5 aufgenommene Wärme der konzentrierten Sonnenstrahlung 4 an das Fluid ab, während es durch den Erhitzer 7 strömt. Bei dem Fluid handelt es sich vorliegend um Dampf. Der Dampf wird durch den Wärmetausch im Erhitzer 7 überhitzt. Es könnte aber beispielsweise auch Dampf durch Verdampfen von Wasser im Erhitzer 7 erzeugt oder Luft beim Durchströmen des Erhitzers 7 erhitzt werden. Der Dampf wird nach dem Wärmetausch im Erhitzer 7 einer Turbine 8 zugeführt. In der Turbine 8 wird der Dampf entspannt, wodurch ein mit der Turbine 8 verbundener Generator 9 zur Erzeugung von Strom angetrieben wird.
Zwischen einer Zuführung 10 des Dampfs zur Turbine 8 und einer Abführung 11 des entspannten Dampfs von der Turbine 8 zweigt bei der dargestellten und insoweit bevorzugten Anlage 1 eine zusätzlich Entnahmeleitung 12 von der Turbine 8 ab, über die ein Teil des zugeführten Dampfs als teilentspannter Dampf auf einem geeigneten Druckniveau und Temperaturniveau aus der Turbine 8 abgezweigt wird. Der aus der Turbine 8 abgezweigte Dampf wird zum Beheizen einer Trocknungsanlage 13 zur Trocknung von Rohbrennstoff 2, etwa in Form von Rohkohle, Rohsteinkohle, Rohbraunkohle oder Rohbiomasse, verwendet. Vorliegend wird die Trocknungsanlage 13 durch den Dampf direkt beheizt. Es käme aber ebenso eine indirekte Beheizung der Trocknungsanlage 13 infrage. In der Trocknungsanlage 13 wird durch Ausnutzen der Wärme des aus der Turbine 8 abgezweigten und teilentspannten Dampfes die der Trocknungsanlage 13 zugeführten Rohbrennstoff 2 getrocknet. Der teilentspannte Dampf wird in der Trocknungsanlage 13 wenigstens teilweise kondensiert. Der Trocknungsanlage 13 wird folglich getrockneter Brennstoff, der als Trockenbrennstoff 14 bezeichnet wird und Trockenkohle, Trockensteinkohle, Trockenbraunkohle oder Trockenbiomasse sein kann, entnommen. Des Weiteren wird der bei der Trocknung des Rohbrennstoffs 2 entstehende Brüden 15 abgezogen, der teilweise mit dem entspannten über die Abführung 11 aus der Turbine abgezogenen Dampf vereint wird. Der Dampf wird dann gemeinsam in den Erhitzer 7 zurückgeführt.
Der Trockenbrennstoff 14 wird in einem Silo 16 zwischengespeichert und bedarfsweise einer Brennkammer 17 eines konventionellen, mit Brennstoff, etwa mit Kohle, Steinkohle, Braunkohle oder Biomasse, befeuerten Kraftwerks 18 zugeführt, in dem der Trockenbrennstoff 14 auf an sich bekannte Weise verfeuert wird, um mit den dabei entstehenden heißen Rauchgasen 19 in einem Erhitzer 20, der auch als Dampferzeuger bezeichnet werden kann, Dampf zu erzeugen und/oder zu überhitzen. Der Dampf wird dann einer Turbine 21 zugeführt, in der der Dampf entspannt wird, um dabei einen mit der Turbine 21 gekoppelten Generator 22 anzutreiben. Der Generator 22 erzeugt dadurch Strom. Das abgekühlte Rauchgas 23 wird nach dem Verlassen des Erhitzers 20 vorzugsweise noch in einer nicht dargestellten aber an sich bekannten Gasreinigungsanlage gereinigt, bevor das Rauchgas 23 über einen Kamin 24 an die Umgebung angegeben wird. Trockenbrennstoff 14, der nicht für die Verbrennung in der Brennkammer 17 vorgesehen ist, kann aus dem Silo 16 über einen Produktauslass 25 entnommen werden, um den Trockenbrennstoff 14 zu vermarkten oder in einer Brennkammer eines anderen konventionellen Kraftwerks eingesetzt zu werden.
In der 2 ist eine alternative Anlage 30 zur energetischen Nutzung eines Brennstoffs in Form von Rohbrennstoff 2, etwa Rohkohle, Rohsteinkohle, Rohbraunkohle oder Rohbiomasse, dargestellt, die jedoch der in der 1 dargestellten Anlage 1 ähnelt. Daher werden in den 1 und 2 für gleiche Bauteile auch dieselben Bezugszeichen verwendet. Zudem wird nachfolgend zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen lediglich auf die Unterschiede der in der 2 dargestellten Anlage 30 zu der in der 1 dargestellten Anlage 1 eingegangen. Bei der in der 2 dargestellten Anlage 30 wird der in dem Erhitzer 20 durch den Wärmetausch mit dem heißen Rauchgas 19 aus der Verfeuerung des Trockenbrennstoffs 14, etwa in Form von Trockenkohle, Trockensteinkohle, Trockenbraunkohle oder Trockenbiomasse, in der Brennkammer 17 erzeugte und/oder überhitzte Dampf mit dem solarthermisch durch den Wärmetausch in dem mit dem Absorber 5 für die Absorption der Sonnenstrahlung 4 gekoppelten Erhitzer 7 erzeugten Dampf vereint. Dazu ist die Zuführung 10 des Dampfes zur Turbine 8 mit zwei Dampfleitungen 31,32 verbunden, die jeweils mit einem der Erhitzer 7,20 verbunden sind. Der auf die unterschiedlichen Weisen erzeugte Dampf wird dann gemeinsam der vorliegend einzigen Turbine 8 zugeführt und wenigstens teilweise entspannt. Der als teilentspannter Dampf aus der Turbine 8 abgezogene Dampf wird wie bereits zur 1 beschrieben zur Trocknung des Rohbrennstoffs 2 in der Trocknungsanlage 13 verwendet. Der über die Abführung 11 der Turbine 8 abgezogene, entspannte Dampf wird bedarfsweise ganz oder teilweise dem von dem Absorber 5 beheizten Erhitzer 7 und/oder dem vom heißen Rauchgas 19 beheizten Erhitzer 20 zugeführt, um erneut überhitzten Dampf zu erzeugen. Auch der aus der Trocknungsanlage 13 abgezogene Brüden 15 kann teilweise wenigstens einem der beiden Erhitzer 7,20 zugeführt werden. Das Verhältnis der einzelnen Dampfströme zueinander kann so gewählt sein, dass die Massenbilanzen ausgeglichen werden. Dazu ist bei der dargestellten und insoweit bevorzugten Anlage 30 unter anderem zusätzlich ein Leitungsknoten 33 und eine den Leitungsknoten 33 und den mit dem Rauchgas 19 betriebenen Erhitzer 20 miteinander verbindende Dampfleitung 34 vorgesehen.
In den 3 und 4 sind Anlagen 40 und 41 dargestellt, wobei die in der 3 dargestellte Anlage 40 insbesondere der in der 1 dargestellten Anlage 1 ähnelt, während die in der 4 dargestellte Anlage 41 insbesondere der in der 2 dargestellten Anlage 30 ähnelt. Daher werden in den 1 bis 4 für gleiche Bauteile auch dieselben Bezugszeichen verwendet. Zudem wird nachfolgend zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen lediglich auf die Unterschiede der in den 3 und 4 dargestellten Anlagen 40,41 zu den in den 1 und 2 dargestellten Anlagen 1,30 eingegangen. Anstelle eines Erhitzers 7 zum Erzeugen und/oder Überhitzen von Dampf wird in den Anlagen 40,41 der Absorber 5 für die Sonnenstrahlung 4 mit einem Erhitzer 42 zum Erhitzen eines Wärmeträgermediums in Form einer Salzschmelze durch Wärmetausch mit dem Absorber 5 verwendet. Als Wärmeträgermedium käme aber grundsätzlich ein anderes Medium wie beispielsweise Luft in Frage. Der Erhitzer 42 ist dabei über eine Vorlaufleitung 43 mit einem Speicherbehälter 44 zum Speichern des heißen Wärmeträgermediums verbunden. Das heiße Wärmeträgermedium kann dann je nach Bedarf einem Verdampfer 45 zugeführt werden, um im Verdampfer 45 durch Wärmetausch mit dem Wärmeträgermedium Dampf zu erzeugen und/oder zu erhitzen. Der so im Verdampfer erzeugte und/oder überhitzte Dampf kann dann wie zuvor bereits beschrieben in einer Turbine 8 wenigstens teilweise entspannt werden. Nach dem Wärmetausch im Verdampfer 45 wird das Wärmeträgermedium bei der dargestellten und insoweit bevorzugten Anlage 40,41 in einem weiteren Speicherbehälter 46 gespeichert, um dann je nach Bedarf über eine Rücklaufleitung 47 wieder dem mit dem Absorber 5 gekoppelten Erhitzer 42 zugeführt zu werden. Das Wärmeträgermedium wird also unter bedarfsweiser Zwischenspeicherung in den Speicherbehältern 44,46 über die Vorlauf- und Rücklaufleitung 43,47 im Kreislauf zwischen dem Erhitzer 42 und dem Verdampfer 45 geführt.
In den 5 und 6 sind Anlagen 50 und 51 dargestellt, wobei die in der 5 dargestellte Anlage 50 insbesondere der in der 2 dargestellten Anlage 30 ähnelt, während die in der 6 dargestellte Anlage 51 insbesondere der in der 4 dargestellten Anlage 41 ähnelt. Daher werden in den 2, 4, 5 und 6 für gleiche Bauteile auch dieselben Bezugszeichen verwendet. Zudem wird nachfolgend zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen lediglich auf die Unterschiede der in den 5 und 6 dargestellten Anlagen 50,51 zu den in den 2 und 4 dargestellten Anlagen 30,41 eingegangen. Diese bestehen im Wesentlichen darin, dass in den in den 5 und 6 dargestellten Anlagen 50,51 keine Trocknungsanlage vorgesehen ist. Der der Turbine 8 über die Zuführung 10 zugeführte Dampf wird in der Turbine 8 vollständig entspannt und insgesamt über die Abführung 11 der Turbine 8 entzogen. Es wird dagegen bei den dargestellten und insoweit bevorzugten Anlagen 50,51 kein Teilstrom eines teilentspannten Dampfes abgezogen. Der gesamte, die Turbine 8 verlassende Dampf wird in den beiden Erhitzern 7,20 durch Rauchgase 19 und Sonnenstrahlen 4 wieder überhitzt und erneut in der Turbine 8 entspannt, um den Generator 9 zwecks Stromerzeugung anzutreiben. Dem mit der Brennkammer 17 verbundenen Silo 16 wird anderweitig, beispielsweise durch eine der in den 1 bis 4 dargestellten Anlage 1,30,40,41, getrockneter Trockenbrennstoff 14 über eine Brennstoffleitung 52 zugeführt.
Bezugszeichenliste

1: Anlage
2: Rohbrennstoff
3: Spiegel
4: Sonnenstrahlung
5: Absorber
6: Solarturm
7: Erhitzer
8: Turbine
9: Generator
10: Zuführung
11: Abführung
12: Entnahmeleitung
13: Trocknungsanlage
14: Trockenbrennstoff
15: Brüden
16: Silo
17: Brennkammer
18: Kraftwerk
19: Rauchgas
20: Erhitzer
21: Turbine
22: Generator
23: Rauchgas
24: Kamin
25: Produktauslass
30: Anlage
31,32: Dampfleitung
33: Leitungsknoten
34: Dampfleitung
40,41: Anlage
42: Erhitzer
43: Vorlaufleitung
44: Speicherbehälter
45: Verdampfer
46: Speicherbehälter
47: Rücklaufleitung
50,51: Anlage
52: Brennstoffleitung

Claims

Verfahren zur Nutzung eines Brennstoffs, vorzugsweise fossilen Brennstoffs, insbesondere Braunkohle, zur Stromerzeugung, - bei dem Sonnenstrahlung (4) über wenigstens einen Spiegel (3) konzentriert wird, - bei dem die thermische Energie der konzentrierten Sonnenstrahlung (4) zum Erzeugen und/oder Überhitzen von Dampf und/oder zum Erhitzen von Luft genutzt wird und - bei dem der über die konzentrierte Sonnenstrahlung (4) erzeugte und/oder überhitzte Dampf und/oder die erhitzte Luft inline als thermische Wärmequelle in einen mit einem Brennstoff betriebenen Kraftwerksprozess eingekoppelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Sonnenstrahlung (4) über wenigstens einen ebenen Spiegel (3) und/oder wenigstens eine Parabolrinne und/oder wenigstens einen Parabolspiegel und/oder wenigstens einen Fresnel-Kollektor und/oder auf wenigstens einem Solarturm (6) konzentriert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, - bei dem die Sonnenstrahlung (4) ein Wärmeträgermedium, insbesondere eine Salzschmelze, erhitzt und das Wärmeträgermedium den Dampf erzeugt und/oder überhitzt und - bei dem, vorzugsweise, das Wärmeträgermedium bis zu einem zeitverzögerten Erzeugen und/oder Überhitzen des Dampfes zwischengespeichert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der über die konzentrierte Sonnenstrahlung (4) erzeugte und/oder überhitzte Dampf in einer Turbine (8), insbesondere zur Stromerzeugung in einem Generator (9), entspannt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, - bei dem der Brennstoff im Kraftwerksprozess zum Erzeugen und/oder Überhitzen von Dampf verbrannt wird und - bei dem, vorzugsweise, über die konzentrierte Sonnenstrahlung (4) und der durch das Verbrennen des Brennstoffs erzeugte, insbesondere überhitzte, Dampf gemeinsam in einer Turbine (8), insbesondere zur Stromerzeugung in einem Generator (9), entspannt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, - bei dem der über die konzentrierte Sonnenstrahlung (4) erzeugte und/oder überhitzte Dampf und/oder die erhitzte Luft zum Beheizen einer Trocknungsanlage (13) genutzt wird und - bei dem in der Trocknungsanlage (13) mittels des die konzentrierte Sonnenstrahlung (4) erzeugten und/oder überhitzten Dampfes und/oder der erhitzten Luft Rohbrennstoff (2), vorzugsweise Rohkohle, insbesondere Rohbraunkohle, oder Rohbiomasse, zu Trockenbrennstoff (14), vorzugsweise Trockenkohle, insbesondere Trockenbraunkohle, oder Trockenbiomasse, getrocknet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Rohbrennstoff (2), vorzugsweise die Rohkohle oder die Rohbiomasse, mittels des über die konzentrierte Sonnenstrahlung (4) erzeugten und/oder überhitzten Dampfes und/oder der erhitzen Luft in einem Wirbelschichttrockner, in einem Trocknungsofen und/oder in einem Drehrohrofen getrocknet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei dem der Turbine (8) wenigstens teilweise entspannter Dampf entnommen und der Trocknungsanlage (13) zur Trocknung des Rohbrennstoffs (2), insbesondere der Rohkohle, zu Trockenbrennstoff, insbesondere Trockenkohle (14), zugeführt wird.
Anlage (1,30,40,41,50,51) zur Nutzung eines Brennstoffs, vorzugsweise fossilen Brennstoffs, insbesondere Braunkohle, zur Stromerzeugung, mit einem Kraftwerk (18) zur Stromerzeugung mittels Verbrennung des Brennstoffs, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Spiegel (3) zum Konzentrieren von Sonnenstrahlung (4) auf wenigstens einen Absorber (5) und wenigstens ein thermisch mit dem Absorber (5) gekoppelter Erhitzer (7) zum Erzeugen und/oder Überhitzen von Dampf und/oder zum Erhitzten von Luft mittels der thermischen Energie der konzentrierten Sonnenstrahlung (4) und eine Kopplung zum Einkoppeln des über die konzentrierte Sonnenstrahlung (4) erzeugten und/oder überhitzten Dampfs und/oder die erhitzte Luft als thermische Wärmequelle inline in das Kraftwerk (18) zur Stromerzeugung mittels Verbrennung eines Brennstoffs vorgesehen sind.
Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Spiegel (3) als ebener Spiegel (3), Parabolrinne, Parabol-Spiegel und/oder Fresnel-Kollektor ausgebildet ist und/oder dass der wenigstens eine Absorber (5) auf wenigstens einem Solarturm (6) vorgesehen ist.
Anlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Absorber (5) thermisch über wenigstens einen Kreislauf eines Wärmeträgermediums mit einem Erhitzer (7) zum Erzeugen und/oder Überhitzen des Dampfes und/oder der erhitzten Luft gekoppelt ist und dass, vorzugsweise, wenigstens ein Speicherbehälter (44) zum Zwischenspeichern und zeitverzögerten Erzeugen und/oder Überhitzen des Dampfes und/oder zum Erhitzen der Luft thermisch mit dem Absorber (5) und dem Erhitzer (7) gekoppelt ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Turbine (8) zum Entspannen des erzeugten und/oder überhitzten Dampfes, insbesondere zur Stromerzeugung in einem Generator (9), vorgesehen ist.
Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Brennkammer (17) zum Verbrennen des Brennstoffs und wenigstens ein Erhitzer (20) zum Erzeugen und/oder Überhitzen von Dampf mit dem beim Verbrennen des Trockenbrennstoffs (14), insbesondere der Trockenkohle, entstehenden Rauchgas (19) vorgesehen sind und dass, vorzugsweise, die wenigstens eine Turbine (8) zum gemeinsamen wenigstens teilweisen Entspannen von durch das Rauchgas (19) und durch die konzentrierte Sonnenstrahlung (4) erzeugtem und/oder überhitztem Dampf vorgesehen ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine mittels des durch die konzentrierte Sonnenstrahlung (4) erzeugten und/oder überhitzten Dampfes und/oder der erhitzten Luft beheizbaren Trocknungsanlage (13) zur Trocknung des Rohbrennstoffs (2), vorzugsweise der Rohkohle oder der Rohbiomasse, in Trockenbrennstoff (14), vorzugsweise Trockenkohle oder Trockenbiomasse, insbesondere Trockenbraunkohle, vorgesehen ist.
Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknungsanlage (13) wenigstens einen Wirbelschichttrockner, wenigstens einen Trocknungsofen und/oder wenigstens einen Drehrohrofen zum Trocknen des Rohbrennstoffs (2), insbesondere der Rohkohle oder der Rohbiomasse, mit dem über die konzentrierte Sonnenstrahlung (4) erzeugten und/oder überhitzten Dampf und/oder die erhitzte Luft aufweist.
Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Turbine (8) eine Entnahmeleitung (12) zum Entnehmen wenigstens teilweise entspannten Dampfes und eine Zuleitung (10) zum Zuleiten des entnommenen Dampfs in die Trocknungsanlage (13) zur Trocknung des, bedarfsweise fossilen, Rohbrennstoffs (2), insbesondere der Rohkohle oder der Rohbiomasse, aufweist.