DE10248068B4 - Plant for solar thermal steam generation and process for solar thermal generation of steam - Google Patents

Plant for solar thermal steam generation and process for solar thermal generation of steam Download PDF

Info

Publication number
DE10248068B4
DE10248068B4 DE10248068A DE10248068A DE10248068B4 DE 10248068 B4 DE10248068 B4 DE 10248068B4 DE 10248068 A DE10248068 A DE 10248068A DE 10248068 A DE10248068 A DE 10248068A DE 10248068 B4 DE10248068 B4 DE 10248068B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
section
superheater
evaporator section
radiation
evaporator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE10248068A
Other languages
German (de)
Other versions
DE10248068A1 (en
Inventor
Wolf-Dieter Dr. Steinmann
Markus Dr. Eck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Original Assignee
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV filed Critical Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority to DE10248068A priority Critical patent/DE10248068B4/en
Publication of DE10248068A1 publication Critical patent/DE10248068A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE10248068B4 publication Critical patent/DE10248068B4/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/06—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means
    • F03G6/065—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means having a Rankine cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S20/00—Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F24S20/20—Solar heat collectors for receiving concentrated solar energy, e.g. receivers for solar power plants
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines

Abstract

Anlage zur solarthermischen Dampferzeugung, umfassend einen zentralen Empfänger (14) und mindestens einen Heliostaten (18) zur Konzentration von Solarstrahlung (22) auf den zentralen Empfänger (14), wobei der zentrale Empfänger (14) in einer vertikalen Höhe zu dem Heliostaten (18) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Empfänger (14) einen Verdampferabschnitt (26) und einen Überhitzerabschnitt (28) aufweist, daß Verdampferabschnitt (26) und Überhitzerabschnitt (28) mit Strahlungsabsorptionsflächen (36, 38) versehen sind und daß Solarstrahlung (22) durch den Heliostaten (18) auf Strahlungsbeaufschlagungsflächen (58, 60) von Verdampferabschnitt (26) und Überhitzerabschnitt (28) konzentrierbar ist.investment for solar thermal steam generation, comprising a central receiver (14) and at least one heliostat (18) for concentrating solar radiation (22) to the central receiver (14), where the central receiver (14) at a vertical height the heliostat (18) is arranged, characterized in that the central receiver (14) has an evaporator section (26) and a superheater section (28), that evaporator section (26) and superheater section (28) with radiation absorption surfaces (36, 38) are provided and that solar radiation (22) by the heliostat (18) on radiation application surfaces (58, 60) of evaporator section (26) and superheater section (28) concentrable is.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur solarthermischen Dampferzeugung, umfassend einen zentralen Empfänger und mindestens einen Heliostaten zur Konzentration von Solarstrahlung auf den zentralen Empfänger, wobei der zentrale Empfänger in einer vertikalen Höhe zu dem Heliostaten angeordnet ist.The Invention relates to a system for solar thermal steam generation, comprising a central receiver and at least one heliostat for concentrating solar radiation to the central receiver, the central receiver in a vertical height is arranged to the heliostat.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur solarthermischen Erzeugung von Dampf, bei dem ein Medium durch einen zentralen Empfänger geführt wird, welcher mit konzentrierter Solarstrahlung beaufschlagt wird.Further The invention relates to a method for solar thermal generation steam, in which a medium is passed through a central receiver, which is acted upon by concentrated solar radiation.

Derartige Anlagen und Verfahren beruhen auf dem Turmkonzept, bei dem solare Direktstrahlung auf einen zentralen Empfänger konzentriert wird.such Systems and methods are based on the tower concept, in which solar Direct radiation is concentrated on a central receiver.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zur solarthermischen Dampferzeugung mit zentralem Empfänger der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher die thermomechanischen Belastungen des Systems minimiert sind.Of the Invention is based on the object, a system for solar thermal Steam generation with central receiver of the type mentioned to create, in which the thermomechanical loads of Systems are minimized.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Anlage erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der zentrale Empfänger einen Verdampferabschnitt und einen Überhitzerabschnitt aufweist, daß Verdampferabschnitt und Überhitzerabschnitt mit Strahlungsabsorptionsflächen versehen sind und daß Solarstrahlung durch den Heliostaten auf Strahlungsbeaufschlagungsflächen von Verdampferabschnitt und Überhitzerabschnitt konzentrierbar ist.These Task is in the aforementioned system according to the invention thereby solved that central receiver an evaporator section and a superheater section, that evaporator section and superheater section with radiation absorption surfaces are provided and that solar radiation through the heliostat on Strahlungsbeaufschlagungsflächen of Evaporator section and superheater section is concentrated.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung läßt sich durch das Vorsehen eines Verdampferabschnitts und eines Überhitzerabschnitts die örtliche Position eben zwischen Verdampfung und Überhitzung festlegen. Dadurch führen Schwankungen in der solaren Einstrahlung nicht zur Variation der örtlichen Position der Phasenübergänge; solch eine Variation führt zu einer erheblichen thermomechanischen Belastung des Systems, die erfindungsgemäß vermieden ist.at the solution according to the invention can be by the provision of an evaporator section and a superheater section the local Define position between evaporation and overheating. Thereby to lead Fluctuations in solar radiation do not vary the local Position of the phase transitions; such a variation leads to a significant thermomechanical load on the system, the avoided according to the invention is.

Dadurch, daß Solarstrahlung durch den Heliostaten auf insbesondere einstellbare Strahlungsbeaufschlagungsflächen von Verdampferabschnitt und Überhitzerabschnitt konzentrierbar ist, lassen sich bei entsprechender Einstellung des optischen Systems Wärmestromdichten erreichen, die geringer sind als die Wärmestromdichten bei üblichen Turmkonzepten (800 kW/m2 bis 1500 kW/m2). Erfindungsgemäß lassen sich Wärmestromdichten unterhalb ca. 400 kW/m2 einstellen. Dies bedeutet, daß konventionelle Rohrsysteme verwendet werden können, um das Medium, insbesondere Wasser, durch den zentralen Empfänger zu führen. Die thermomechanischen Belastungen entsprechender Rohrsysteme lassen sich minimieren.Due to the fact that solar radiation can be concentrated by the heliostat on in particular adjustable Strahlungsbeaufschlagungsflächen of evaporator section and superheater section can be achieved with appropriate adjustment of the optical system heat flux densities which are lower than the heat flux densities in conventional tower concepts (800 kW / m 2 to 1500 kW / m 2 ). Heat flow densities below about 400 kW / m 2 can be set according to the invention. This means that conventional piping systems can be used to pass the medium, especially water, through the central receiver. The thermo-mechanical loads of corresponding pipe systems can be minimized.

Bei Parabolrinnenkollektoren lassen sich Konzentrationsfaktoren der Solarstrahlung im Bereich von 90 erreichen, während bei Konzepten mit zentralen Empfängern (Turmreceiver-Konzepte) sich Konzentrationsfaktoren bis zu 1000 erreichen lassen. Umgerechnet weisen konventionelle fossile Dampferzeuger einen Konzentrationsfaktor von etwa 200 bis 300 auf. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird die Konzentration auf solche Konzentrationsfaktoren von 200 bis ca. 300 eingestellt, so daß Rohrsysteme verwendet werden können, wie sie bei konventionellen fossilen Dampferzeugern benutzt werden. Die Anlage ist aber bezüglich des zentralen Empfängers kompakter aufgebaut als im Zusammenhang mit Parabolrinnenkollektoren.at Parabolic trough collectors can be concentration factors of Solar radiation can reach in the range of 90, while in concepts with central recipients (Tower receiver concepts) concentration factors up to 1000 achieve. Converted have conventional fossil steam generator a concentration factor of about 200 to 300 on. By the solution according to the invention is the concentration on such concentration factors from 200 to set about 300, so that pipe systems can be used as used in conventional fossil steam generators. The facility is but regarding of the central receiver more compact than in connection with parabolic trough collectors.

Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn Verdampferabschnitt und Überhitzerabschnitt in Reihe angeordnet sind.Especially it is advantageous if the evaporator section and superheater section arranged in series.

Vorteilhafterweise ist zwischen dem Verdampferabschnitt und dem Überhitzerabschnitt ein Flüssigkeitsabscheider angeordnet. In dem Verdampferabschnitt wird ein Zweiphasengemisch aus Flüssigkeit und Dampf gebildet. Über den Flüssigkeitsabscheider läßt sich zumindest ein Teil der Flüssigkeit abscheiden, so daß ein hoher Dampfanteil in den Überhitzerabschnitt eintreten kann. Dies hat zur Folge, daß die im Zusammenhang mit Zwei-Phasen-Strömungen auftretenden Probleme verringert sind. Über einen Flüssigkeitsabscheider wird auch die Grenze zwischen Verdampferabschnitt und Überhitzerabschnitt örtlich definiert festgelegt, so daß diese Position nicht variieren kann.advantageously, Between the evaporator section and the superheater section is a liquid separator arranged. In the evaporator section becomes a two-phase mixture from liquid and steam formed. about the liquid separator let yourself at least part of the liquid so that a high vapor content in the superheater section can occur. This has the consequence that occurring in connection with two-phase flows Problems are reduced. about a liquid separator The boundary between evaporator section and superheater section is also defined locally set so that this Position can not vary.

Insbesondere ist dabei eine Rezirkulationsleitung vorgesehen, über welche abgeschiedene Flüssigkeit dem Verdampferabschnitt rückführbar ist. Dadurch läßt sich der Verdampfungsendpunkt der Flüssigkeitsverdampfung gut festlegen.Especially In this case, a recirculation line is provided, via which separated liquid the evaporator section is traceable. Thereby let yourself the evaporation end point of the liquid evaporation set well.

Insbesondere ist der Verdampferabschnitt bezüglich einer Strömungsführung vertikal ausgerichtet angeordnet. Es wird dann keine Pumpe benötigt, um Medium durch den Verdampferabschnitt zu führen, da dieser Transport aufgrund der Dichteunterschiede im Naturumlauf erfolgt.Especially is the evaporator section with respect a flow guide vertically arranged aligned. It will then no pump needed to Medium through the evaporator section, as this transport due the density differences in natural circulation takes place.

Gleiches gilt, wenn der Überhitzerabschnitt bezüglich einer Strömungsführung vertikal ausgerichtet angeordnet ist.The same applies when the superheater section with respect to a Flow guidance vertically is arranged aligned.

Insbesondere ist der zentrale Empfänger an einem Turm angeordnet, um auf einfache Weise den zentralen Empfänger erhöht über dem Heliostaten positionieren zu können, damit dieser wiederum Solarstrahlung auf den zentralen Empfänger hin konzentrieren kann.In particular, the central receiver is arranged on a tower in order to be able to position the central receiver in an elevated manner above the heliostat so that it in turn concocts solar radiation towards the central receiver can center.

Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn Spiegel des Heliostaten individuell steuerbar sind, so daß die Strahlungsbeaufschlagung des Verdampferabschnitts und/oder Überhitzerabschnitts einstellbar ist. Durch entsprechende Einstellung des optischen Systems, d. h. der Spiegel des oder der Heliostaten, läßt sich erreichen, daß die Wärmestromdichte im Verdampferabschnitt und/oder Überhitzerabschnitt keinen oberen Grenzwert überschreitet und bei verringerten Einstrahlungsbedingungen auch keinen unteren Grenzwert unterschreitet. Dadurch läßt sich zum einen erreichen, daß thermomechanische Probleme insbesondere bezüglich Rohren der Strömungsführung vermieden sind und daß andererseits eine genügend große flächenspezifisch eingekoppelte Leistung vorliegt, wobei letztere insbesondere so gewählt wird, daß diese auch bei schwankenden Einstrahlungsbedingungen im wesentlichen konstant ist. Es läßt sich dann eine Anpassung der Wärme aufnehmenden Flächen (der strahlungsbeaufschlagten Flächen) entsprechend den zeitlich variierenden Beheizungsbedingungen, d. h. den Einstrahlungsbedingungen, realisieren.All it is particularly advantageous if mirrors of the heliostat individually are controllable, so that the Radiation loading of the evaporator section and / or superheater section is adjustable. By appropriate adjustment of the optical system, d. H. the level of the heliostat (s), can be achieved that the heat flux density in the evaporator section and / or superheater section none exceeds the upper limit and at lower irradiation conditions also no lower one Limit value falls below. This can be achieved on the one hand, that thermomechanical Problems especially regarding Avoiding pipes of flow guidance and that on the other hand one enough size area-specific coupled power is present, the latter being particularly chosen that these even with fluctuating irradiation conditions substantially constant is. It can be then an adjustment of the heat receiving surfaces (the radiation-exposed areas) according to the temporally varying heating conditions, d. H. the irradiation conditions realize.

Insbesondere sind Spiegel des oder der Heliostaten zweiachsig beweglich, um so eine entsprechende Strahlungskonzentration auf den zentralen Empfänger hin zu erreichen.Especially mirrors of the heliostat (s) are biaxial, so to speak a corresponding radiation concentration towards the central receiver to reach.

Es kann vorgesehen sein, daß Schwenkachsen, um die ein Spiegel beweglich ist, eine vertikale Ebene aufspannen.It it can be provided that pivot axes, around which a mirror is movable span a vertical plane.

Insbesondere ist ein Naturumlauf vorgesehen, d. h. kein Zwangsumlauf für das Medium. Dieses wird durch Dichteunterschiede transportiert, ohne daß eine Pumpe vorgesehen werden muß.Especially a natural cycle is foreseen, d. H. no forced circulation for the medium. This is transported by density differences without a pump must be provided.

Günstig ist es, wenn eine strahlungsbeaufschlagte Fläche an einer Strahlungsabsorptionsfläche des Verdampferabschnitts und/oder Überhitzerabschnitts einstellbar ist. Es läßt sich dann verhindern, daß zu große Wärmestromdichten vorliegen, die thermomechanische Probleme verursachen können.Cheap is when a radiation-exposed surface on a radiation-absorbing surface of the Evaporator section and / or superheater section is adjustable. It can be then prevent that too size Heat fluxes present, which can cause thermomechanical problems.

Ferner ist es günstig, wenn eine Steuerungs- und Regelungsvorrichtung vorgesehen ist, mittels welcher das optische System des Heliostaten so einstellbar ist, daß eine bestimmte Strahlungsbeaufschlagungsfläche des Verdampferabschnitts und/oder Überhitzerabschnitts strahlungsbeaufschlagt ist. Auf diese Weise läßt sich die Wärmestromdichte und damit die spezifisch eingekoppelte Leistung an die Strahlungsbedingungen anpassen, wobei wiederum die eingekoppelte Leistung im wesentlichen konstant gehalten werden kann, wenn entsprechend die Strahlungsbeaufschlagungsflächen eingestellt werden.Further is it cheap if a control and regulating device is provided, by means of which the optical system of the heliostat is adjustable so that a certain Strahlungsbeaufschlagungsfläche the radiation of the evaporator section and / or superheater section is. In this way can be the heat flux density and thus the specific coupled power to the radiation conditions in turn, in turn, the coupled power substantially can be kept constant, if adjusted accordingly the Strahlungsbeaufschlagungsflächen become.

Günstig ist es, wenn eine oder mehrere Wärmeabdeckungen für eine Strahlungsabsorptionsfläche vorgesehen sind. Über diese Wärmeabdeckungen lassen sich Teilbereiche der Strahlungsabsorptionsflächen abdecken, welche nicht strahlungsbeaufschlagt sind. Es lassen sich dann thermische Verluste in diesen Teilbereichen reduzieren. Insbesondere sind dabei die Wärmeabschirmungen beweglich an einem Turm angeordnet und insbesondere vertikal verschiebbar, um so eine stufenlose Anpassung und damit optimierte Steuerung bzw. Regelung der Strahlungsbeaufschlagungsflächen zu erreichen.Cheap is it if one or more heat covers for one Radiation absorbing surface are provided. about these heat covers can cover partial areas of the radiation absorption surfaces, which are not exposed to radiation. It can then be thermal Reduce losses in these areas. In particular, there are the heat shields movably arranged on a tower and in particular vertically displaceable, so as a stepless adjustment and thus optimized control or Regulation of the irradiation areas.

Insbesondere ist einstellbar, daß Teilflächen der Gesamtstrahlungsabsorptionsflächen des Verdampferabschnitts und/oder Überhitzerabschnitts strahlungsbeaufschlagbar sind.Especially is adjustable that faces the Total radiation absorbing surfaces the radiation of the evaporator section and / or superheater section are.

Günstigerweise weisen Verdampferabschnitt und Überhitzerabschnitt getrennte Strahlungsabsorptionsflächen auf, um eine Optimierung bezüglich Verdampfung und Überhitzung getrennt erreichen zu können.conveniently, have evaporator section and superheater section separate radiation absorption surfaces to optimize regarding evaporation and overheating to reach separately.

Bei einer Variante einer Ausführungsform ist es vorgesehen, daß ein Eingang für zu verdampfendes Medium im Verdampferabschnitt und/oder Überhitzerabschnitt einstellbar ist. Ferner kann es vorgesehen sein, daß ein Ausgang von Medium aus dem Verdampferabschnitt und/oder Überhitzerabschnitt einstellbar ist. Dadurch läßt sich dann eine Strömungsstrecke des Mediums jeweils durch den Verdampferabschnitt und/oder Überhitzerabschnitt einstellen und damit wiederum die Wärme aufnehmende Fläche. Die Wärme aufnehmende Fläche läßt sich damit über den Strömungsweg des Mediums einstellen oder auch über die strahlungsbeaufschlagte Fläche.at a variant of an embodiment it is envisaged that a Entrance for medium to be evaporated in the evaporator section and / or superheater section is adjustable. Furthermore, it may be provided that an output of medium from the evaporator section and / or superheater section adjustable is. This can be done then a flow path the medium respectively through the evaporator section and / or superheater section adjust and thus turn the heat receiving surface. The Heat absorbing area can be over the flow of the medium or via the radiation-loaded Area.

Es ist vorgesehen, daß die Strahlungsbeaufschlagungsflächen von Verdampferstrang und Überhitzerstrang proportional gesteuert einstellbar sind, um bei variierenden Einstrahlungsbedingungen gleiche Werte für den erzeugten überhitzten Dampf zu erhalten.It is provided that the Strahlungsbeaufschlagungsflächen of evaporator line and superheater line are proportionally controlled adjustable to varying irradiation conditions same values for the generated overheated To get steam.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren so zu verbessern, daß thermomechanische Belastungen der Strömungsführung minimiert sind.Of the Invention is also the object of the aforementioned Process to improve so that thermomechanical Minimized loads on the flow control are.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß flüssiges Medium durch einen Verdampferabschnitt zur Verdampfung geführt wird und daß verdampftes Medium durch einen Überhitzerabschnitt geführt wird, wobei Verdampferabschnitt und Überhitzerabschnitt mit konzentrierter Solarstrahlung beaufschlagt werden, daß Strahlungsbeaufschlagungsflächen des Verdampferabschnitts und/oder des Überhitzerabschnitts optisch eingestellt werden und daß die Einstellung so erfolgt, daß eine Wärmestromdichte kleiner ist als 450 kW/m2.This object is achieved in the method mentioned above according to the invention that liquid medium is passed through an evaporator section for evaporation and that vaporized medium is passed through a superheater section, wherein evaporator section and superheater section with concentrated solar radiation be aufschlagt that Strahlungsbeaufschlagungsflächen the evaporator section and / or the superheater section are optically adjusted and that the adjustment is made so that a heat flux density is less than 450 kW / m 2 .

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Anlage zur solarthermischen Dampferzeugung erläutert.The Advantages of the method according to the invention were already in connection with the plant according to the invention for solar thermal steam generation explained.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen wurden ebenfalls bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Anlage erläutert.Further advantageous embodiments have also already been related with the inventive system explained.

Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß Strahlungsbeaufschlagungsflächen des Verdampferabschnitts und/oder des Überhitzerabschnitts optisch eingestellt werden. Dadurch lassen sich Wärmestromdichten an dem zentralen Empfänger einstellen, welche derart sind, daß thermomechanische Probleme und insbesondere Materialprobleme vermindert sind.It is provided according to the invention, that Strahlungsbeaufschlagungsflächen the Evaporator section and / or the superheater section optically adjusted become. This allows heat flow densities at the central receiver which are such that thermomechanical problems and in particular material problems are reduced.

Die Einstellung erfolgt so, daß eine Wärmestromdichte kleiner ist als 450 kW/m2. Dadurch lassen sich eben solche thermomechanischen Elemente und insbesondere Belastungen des Rohrsystems reduzieren. Die Auslegung der Anlage erfolgt dabei vorzugsweise so, daß bei Überschreitung dieser Wärmestromdichte nur ein Teil der Solarstrahlung auf den zentralen Empfänger konzentriert wird, um unterhalb dieser Wärmestromdichte zu kommen. Wird diese unterschritten, dann werden nur Teilbereiche des Verdampferabschnitts und Überhitzerabschnitts strahlungsbeaufschlagt, um die eingekoppelte flächenspezifische Leistung im wesentlichen konstant zu halten.The adjustment is made so that a heat flux density is less than 450 kW / m 2 . As a result, just such thermomechanical elements and in particular loads of the pipe system can be reduced. The design of the plant is preferably carried out so that when exceeding this heat flux only a portion of the solar radiation is concentrated on the central receiver to come below this heat flux density. If this is undershot, then only portions of the evaporator section and superheater section are exposed to radiation in order to keep the coupled area-specific power substantially constant.

Insbesondere ist es vorgesehen, daß durch den Verdampferabschnitt eine Mediummenge geführt wird, welche ein Mehrfaches der verdampfbaren Mediummenge ist. Dadurch ist für eine ausreichende Kühlung von Rohrwänden des Verdampferabschnitts gesorgt.Especially it is envisaged that by the Evaporator section a medium amount is performed, which is a multiple is the evaporable medium amount. This is for a sufficient cooling of pipe walls taken care of the evaporator section.

Es kann vorgesehen sein, daß ein Teilbereich der gesamten Strahlungsabsorptionsfläche des Verdampferabschnitts und/oder Überhitzerabschnitts strahlungsbeaufschlagt wird, wenn geringe Einstrahlungsbedingungen vorliegen. Beispielsweise erfolgt die Auslegung der Anlage derart, daß bei einem Arbeitspunkt die gesamte Strahlungsabsorptionsfläche strahlungsbeaufschlagt wird. Liegen erhöhte Einstrahlungsbedingungen vor, so erfolgt keine erhöhte Strahlungsbeaufschlagung, vielmehr wird Solarstrahlung bezüglich der Beaufschlagung des zentralen Empfängers abgekoppelt. Wenn geringe Einstrahlungsbedingungen vorliegen, dann wird nur ein Teilbereich der gesamten Strahlungsabsorptionsfläche strahlungsbeaufschlagt, um die eingekoppelte flächenspezifische Leistung und damit die Wärmestromdichte konstant zu halten.It can be provided that a Part of the entire radiation absorption surface of the evaporator section and / or superheater section exposed to radiation when there are low levels of insolation. For example the design of the system is such that at one operating point the Radiation absorption surface radiated radiation becomes. Lying raised Irradiation conditions, there is no increased exposure to radiation, rather, solar radiation is related uncoupled from the admission of the central receiver. If low Irradiation conditions are present, then only a partial area the radiation absorption surface radiated radiation, around the coupled area-specific Performance and thus the heat flux density to keep constant.

Die Teilbereiche werden dabei über das optische System zur Strahlungsbeaufschlagung eingestellt, insbesondere über Positionierung von Spiegeln eines oder mehrerer Heliostaten.The Subareas are about set the optical system for Strahlungsbeaufschlagung, in particular via positioning of mirrors of one or more heliostats.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:The The following description of preferred embodiments is used in conjunction with the drawing of the closer explanation the invention. Show it:

1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage zur solarthermischen Dampferzeugung in schematischer Darstellung und 1 An embodiment of a system according to the invention for solar thermal steam generation in a schematic representation and

2 die Anlage gemäß 1 bei Teilbeaufschlagung von Strahlungsabsorptionsflächen. 2 the system according to 1 with Teilbeaufschlagung of radiation absorption surfaces.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anlage zur solarthermischen Dampferzeugung, welches in 1 als Ganzes mit 10 bezeichnet ist, umfaßt einen Turm 12, an welchem ein als Ganzes mit 14 bezeichneter zentraler Empfänger angeordnet ist. Der zentrale Empfänger ist in einem vertikalen Abstand zu einer Bodenfläche 16 angeordnet. Er wird deshalb auch als Turmreceiver bezeichnet.An embodiment of an inventive system for solar thermal steam generation, which in 1 as a whole with 10 is designated comprises a tower 12 in which one as a whole with 14 designated central receiver is arranged. The central receiver is at a vertical distance to a floor surface 16 arranged. He is therefore also referred to as a tower receiver.

An der Bodenfläche 16 sitzt ein Heliostat 18 oder sitzen mehrere Heliostaten. Diese umfassen Spiegel 20, durch welche Solarstrahlung 22 auf den zentralen Empfänger 14 konzentrierbar ist.At the bottom surface 16 sits a heliostat 18 or sit several heliostats. These include mirrors 20 through which solar radiation 22 to the central receiver 14 is concentrated.

Der zentrale Empfänger 14 ist in einem vertikalen Abstand zu den Spiegeln 20 des Heliostaten 18 bzw. der Heliostaten angeordnet, so daß eine Konzentration von solarer Direkteinstrahlung durch den Heliostaten 18 auf den zentralen Empfänger 14 ermöglicht ist.The central receiver 14 is at a vertical distance to the mirrors 20 of the heliostat 18 or the heliostat arranged so that a concentration of direct solar irradiation by the heliostat 18 to the central receiver 14 is possible.

Die Spiegel 20 sind in zwei Achsrichtungen beweglich und insbesondere schwenkbar. Eine Achsrichtung ist dabei vorzugsweise parallel zur Bodenfläche 16 (senkrecht zur Zeichenebene gemäß 1). Die andere Schwenkachse ist senkrecht zur Bodenfläche 16. Die beiden Achsen spannen dadurch eine Vertikalebene zur Bodenfläche 16 auf.The mirror 20 are movable in two axial directions and in particular pivotable. An axial direction is preferably parallel to the bottom surface 16 (perpendicular to the plane according to 1 ). The other pivot axis is perpendicular to the bottom surface 16 , The two axes thereby span a vertical plane to the bottom surface 16 on.

Die Spiegel 20 des oder der Heliostaten 18 sind individuell beweglich, so daß eine Strahlungsbeaufschlagungsfläche an dem zentralen Empfänger 14 über das optische System, d. h. die Spiegel 20 des Heliostaten 18, einstellbar ist.The mirror 20 heliostat (s) 18 are individually movable, so that a Strahlungsbeaufschlagungsfläche at the central receiver 14 about the optical system, ie the mirrors 20 of the heliostat 18 , is adjustable.

Zur individuellen Steuerung der Schwenkposition der Spiegel 20 des Heliostaten 18 ist eine Steuerungs- und Regelungsvorrichtung 24 vorgesehen. Vorzugsweise werden dabei Meßdaten, welche die solaren Einstrahlungsbedingungen erfassen, an die Steuerungs- und Regelungsvorrichtung 24 weitergegeben, so daß diese die Position der Spiegel 20 in Abhängigkeit der solaren Einstrahlungsbedingungen regeln kann.For individual control of the swivel position of the mirrors 20 of the heliostat 18 is a control device 24 intended. Preferably, measuring data which are the detect solar irradiation conditions, to the control device 24 passed, so that this the position of the mirror 20 depending on the solar irradiation conditions can regulate.

Der erfindungsgemäße zentrale Empfänger 14 umfaßt einen Verdampferabschnitt 26 und einen Überhitzerabschnitt 28. Verdampferabschnitt 26 und Überhitzerabschnitt 28 sind in Reihe geschaltet. Der Verdampferabschnitt 26 weist dabei eine Strömungsführung 30 für das zu verdampfende Medium, insbesondere Wasser, auf, welche im wesentlichen in einer Längsrichtung 32 des Turms 12 ausgerichtet und insbesondere vertikal ausgerichtet ist.The central receiver according to the invention 14 includes an evaporator section 26 and a superheater section 28 , evaporator section 26 and superheater section 28 are connected in series. The evaporator section 26 has a flow guide 30 for the medium to be evaporated, in particular water, which is substantially in a longitudinal direction 32 of the tower 12 aligned and in particular vertically aligned.

Ebenso weist der Überhitzerabschnitt 28 eine Strömungsführung 34 für zu überhitzendes Medium auf, welche in Längsrichtung 32 des Turms 12 angeordnet ist und insbesondere vertikal ausgerichtet angeordnet ist.Likewise, the superheater section 28 a flow guide 34 for medium to be overheated, which in the longitudinal direction 32 of the tower 12 is arranged and arranged in particular vertically aligned.

Der Verdampferabschnitt 26 weist eine Strahlungsabsorptionsfläche 36 auf, auf die konzentrierte Solarstrahlung von dem Heliostaten 18 richtbar ist. Diese Strahlungsabsorptionsfläche bildet dann, wenn sie mit Strahlung beaufschlagt ist, eine Wärme aufnehmende Fläche des Verdampferabschnitts 26, wobei bei der Durchströmung des Verdampferabschnitts 26 dann das Medium Wärme aufnehmen kann.The evaporator section 26 has a radiation absorption surface 36 on, on the concentrated solar radiation from the heliostat 18 is correctable. This radiation-absorbing surface, when exposed to radiation, forms a heat-receiving surface of the evaporator section 26 , wherein in the flow through the evaporator section 26 then the medium can absorb heat.

Ebenso weist der Überhitzerabschnitt 28 eine Strahlungsabsorptionsfläche 38 auf, welche, wenn sie mit konzentrierter Solarstrahlung vom Heliostaten 18 her beaufschlagt wird, eine Wärme aufnehmende Fläche bildet, um das Medium weiter zu erhitzen.Likewise, the superheater section 28 a radiation absorption surface 38 on which, when using concentrated solar radiation from the heliostat 18 is applied, forms a heat-receiving surface to further heat the medium.

Medium, insbesondere Speisewasser, wird über eine Leitung 40 durch den Turm 12 zu einem Eingang 42 des Verdampferabschnitts 26 geführt. Ein vertikal über dem Eingang 42 angeordneter Ausgang 44 des Verdampferabschnitts 26 steht in fluidwirksamer Verbindung mit einem Eingang 46 des Überhitzerabschnitts 28. Zwischen dem Ausgang 44 des Verdampferabschnitts 26 und dem Eingang 46 des Überhitzerabschnitts 28 ist ein Flüssigkeitsabscheider 48 angeordnet, mittels dem sich aus einer sich im Verdampferabschnitt 26 ausbildenden Zwei-Phasen-Strömung (Flüssigkeit und Dampf) Flüssigkeit abscheiden läßt. Der Dampfanteil wird dem Eingang 46 des Überhitzerabschnitts 28 zugeführt.Medium, especially feed water, is via a pipe 40 through the tower 12 to an entrance 42 of the evaporator section 26 guided. A vertically above the entrance 42 arranged output 44 of the evaporator section 26 is in fluid communication with an input 46 of the superheater section 28 , Between the exit 44 of the evaporator section 26 and the entrance 46 of the superheater section 28 is a liquid separator 48 arranged, by means of which a in the evaporator section 26 forming two-phase flow (liquid and vapor) can precipitate liquid. The vapor content is the input 46 of the superheater section 28 fed.

Ein Ausgang 50 des Flüssigkeitsabscheiders 48 ist an den Eingang 42 des Verdampferabschnitts 26 gekoppelt, so daß abgeschiedene Flüssigkeit in dem Verdampferabschnitt 26 rezirkulierbar ist. Dazu ist zwischen dem Ausgang 50 des Flüssigkeitsabscheiders 48 und dem Eingang 42 des Verdampferabschnitts 26 eine Rezirkulationsleitung 52 angeordnet.An exit 50 of the liquid separator 48 is at the entrance 42 of the evaporator section 26 coupled so that separated liquid in the evaporator section 26 is recirculatable. This is between the output 50 of the liquid separator 48 and the entrance 42 of the evaporator section 26 a recirculation line 52 arranged.

Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird frisches Speisewasser in die Rezirkulationsleitung 52 eingekoppelt, d. h. rezirkuliertes Medium und frisches Medium (frisches Speisewasser) werden in der Rezirkulationsleitung 52 gemischt und dem Eingang 42 des Verdampferabschnitts 26 zugeführt.At the in 1 shown embodiment, fresh feed water in the recirculation line 52 coupled, ie recirculated medium and fresh medium (fresh feed water) are in the recirculation line 52 mixed and the entrance 42 of the evaporator section 26 fed.

Der Überhitzerabschnitt 28 weist einen Ausgang 54 auf, welcher oberhalb seines Eingangs 46 liegt. (Der Eingang 46 des Überhitzerabschnitts 28 liegt oberhalb des Ausgangs 44 des Verdampferabschnitts 26.)The superheater section 28 has an exit 54 on, which is above its entrance 46 lies. (The entrance 46 of the superheater section 28 is above the exit 44 of the evaporator section 26 .)

Von dem Ausgang 54 des Überhitzerabschnitts 28 ist eine Leitung 56 durch den Turm nach unten, zu der Bodenfläche 16 hin, geführt. Über diese Leitung wird der solarthermisch erzeugte überhitzte Dampf, der einen typischen Druck von 100 bar bei einer Temperatur von 550°C aufweist, ausgekoppelt. Bei diesen Vorgaben beträgt der Anteil der Verdampferstrecke 63 % und der Anteil der Überhitzerstrecke 57 % der Gesamterhitzungsstrecke.From the exit 54 of the superheater section 28 is a lead 56 through the tower down to the floor surface 16 out, guided. Via this line, the solar thermal generated superheated steam, which has a typical pressure of 100 bar at a temperature of 550 ° C, decoupled. With these specifications, the proportion of the evaporator section is 63% and the proportion of the superheater section 57% of the total heating distance.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur solarthermischen Erzeugung von Dampf funktioniert wie folgt:
Solarstrahlung 22 wird über den oder die Heliostaten 18 auf den zentralen Empfänger 14 gerichtet und dabei konzentriert. Medium wie Wasser durchströmt den zentralen Empfänger 14 in einem Naturumlauf, d. h. die Dichteunterschiede in dem Wasser genügen, um dieses durch den zentralen Empfänger 14 zu treiben; es muß keine Pumpe vorgesehen werden. Ferner wird das Medium direkt verdampft und überhitzt, d. h. es ist kein Zwischenkreislauf vorgesehen.The process according to the invention for solar thermal generation of steam works as follows:
solar radiation 22 is about the heliostat (s) 18 to the central receiver 14 directed and focused. Medium like water flows through the central receiver 14 in a natural circulation, ie the differences in density in the water are sufficient to this by the central receiver 14 to drive; There is no need to provide a pump. Furthermore, the medium is directly vaporized and overheated, ie no intermediate circuit is provided.

Das Medium durchströmt zuerst den Verdampferabschnitt 26, es wird zumindest teilweise Flüssigkeit über den Flüssigkeitsabscheider 48 abgeschieden und rezirkuliert. Dampf durchströmt dann den Überhitzerabschnitt 28 und wird dort überhitzt.The medium first flows through the evaporator section 26 It will at least partially liquid over the liquid separator 48 separated and recirculated. Steam then flows through the superheater section 28 and gets overheated there.

Durch diese erfindungsgemäße Lösung sind Probleme bezüglich einer Zwei-Phasen-Strömung stark reduziert; die örtliche Position der Grenze zwischen Verdampferabschnitt 26 und Überhitzerabschnitt 28 ist definiert festgelegt, insbesondere durch den Flüssigkeitsabscheider 48 (der eine Abscheidetrommel umfassen kann).By this solution according to the invention, problems with respect to a two-phase flow are greatly reduced; the local position of the boundary between evaporator section 26 and superheater section 28 is defined defined, in particular by the liquid separator 48 (which may include a separation drum).

Das optische System, d. h. die Spiegel 20 des oder der Heliostaten 18, werden so gesteuert, daß die Wärmestromdichte des Mediums beim Durchlaufen des Verdampferabschnitts 26 und des Überhitzerabschnitts 28 unterhalb einer Materialprobleme verursachenden Grenze bleibt. Insbesondere erfolgt die Strahlungskonzentration über die Spiegel 20 auf die Strahlungsabsorptionsflächen 36 und 38 des Verdampferabschnitts 26 und des Überhitzerabschnitts 28 derart, daß eine Wärmestromdichte von ca. 450 kW/m2 nicht überschritten wird. Bei konventionellen Naturumlaufsystemen mit fossilen Brennstoffen liegt die Wärmestromdichte üblicherweise zwischen 200 kW/m2 bis 400 kW/m2. Die Materialprobleme hierzu sind gelöst. Erfindungsgemäß wird nun das optische System, d. h. der Heliostat 18, so eingestellt, daß die genannte Wärmestromdichte nicht überschritten wird. Dadurch sind Materialprobleme bei dem zentralen Empfänger 14 vermieden.The optical system, ie the mirrors 20 heliostat (s) 18 are controlled so that the heat flow density of the medium when passing through the evaporator section 26 and the superheater section 28 below a material pro bleme causing boundary remains. In particular, the radiation concentration is via the mirror 20 on the radiation absorption surfaces 36 and 38 of the evaporator section 26 and the superheater section 28 such that a heat flux density of about 450 kW / m 2 is not exceeded. In conventional natural circulation systems with fossil fuels, the heat flux density is usually between 200 kW / m 2 to 400 kW / m 2 . The material problems are solved. According to the invention now the optical system, ie the heliostat 18 , adjusted so that said heat flux density is not exceeded. This causes material problems with the central receiver 14 avoided.

Insbesondere ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, daß eine Strahlungsbeaufschlagungsfläche 58 (2) des Verdampferabschnitts 26 und eine Strahlungsbeaufschlagungsfläche 60 des Überhitzerabschnitts 28 einstellbar sind, wobei diese auch nur Teilflächen der gesamten möglichen Strahlungsabsorptionsflächen 36 und 38 sein können.In particular, it is provided in the device according to the invention and the method according to the invention that a Strahlungsbeaufschlagungsfläche 58 ( 2 ) of the evaporator section 26 and a radiation application area 60 of the superheater section 28 are adjustable, which also only partial surfaces of the total possible radiation absorption surfaces 36 and 38 could be.

Bei geringerer Einstrahlung wird dann nur ein Teil der Strahlungsabsorptionsflächen 36, 38 genutzt, nämlich die Strahlungsbeaufschlagungsflächen 58, 60, welche über den Heliostaten 18 eingestellt werden.At lower irradiation then only a part of the radiation absorption surfaces 36 . 38 used, namely the Strahlungsbeaufschlagungsflächen 58 . 60 , which about the heliostat 18 be set.

Es sind dann Wärmeabschirmungen 62, 64 jeweils für den Verdampferabschnitt 26 und den Überhitzerabschnitt 28 vorgesehen, über welche sich der nicht strahlungsbeaufschlagte Teil der Strahlungsabsorptionsflächen 36, 38 abdecken läßt, um über diese Abstrahlungsverluste möglichst gering zu halten.It is then heat shields 62 . 64 each for the evaporator section 26 and the superheater section 28 provided over which the non-radiation-exposed part of the radiation absorption surfaces 36 . 38 cover, in order to minimize these radiation losses.

Diese Wärmeabschirmungen 62, 64 sind dabei insbesondere in der Längsrichtung 32 des Turms 12 beweglich an diesem angeordnet, so daß sie in Abhängigkeit von der strahlungsbeaufschlagten Fläche den anderen Teil der Strahlungsabsorptionsfläche 36 abdecken können. Die Steuerung erfolgt dabei über die Steuerungs- und Regelungsvorrichtung 24.These heat shields 62 . 64 are in particular in the longitudinal direction 32 of the tower 12 movably disposed thereon so as to depend on the radiation-exposed surface the other part of the radiation-absorbing surface 36 can cover. The control takes place via the control and regulating device 24 ,

Bei verringerter Einstrahlung wird erfindungsgemäß nur ein Teil der Strahlungsabsorptionsflächen 36, 38 verwendet, nämlich die Strahlungsbeaufschlagungsflächen 58, 60, wobei diese Flächen wiederum über das optische System eingestellt werden. Die in den zentralen Empfänger 14 in dessen Verdampferabschnitt 26 und seinen Überhitzerabschnitt flächenspezifisch eingekoppelte Leistung kann dadurch unabhängig von längerfristigen Schwankungen im solaren Strahlungsangebot im wesentlichen konstant gehalten werden.With reduced irradiation, according to the invention only a part of the radiation absorption surfaces 36 . 38 used, namely the Strahlungsbeaufschlagungsflächen 58 . 60 in turn, these areas are adjusted via the optical system. The in the central receiver 14 in the evaporator section 26 and its superheater section area-specific coupled power can be kept substantially constant regardless of long-term fluctuations in the solar radiation supply.

In dem Verdampferabschnitt 26 strömt eine Speisewassermenge, welche erheblich größer ist als die Menge, die überhaupt verdampft werden kann. Dadurch ist dafür gesorgt, daß eine ausreichende Kühlung der Strömungsführung 30 vorhanden ist und somit ebenfalls Materialprobleme bezüglich Rohrwänden der Strömungsführung 30 vermieden sind.In the evaporator section 26 flows a quantity of feedwater which is considerably larger than the amount that can be evaporated at all. This ensures that sufficient cooling of the flow guide 30 is present and thus also material problems regarding pipe walls of flow guidance 30 are avoided.

Der zentrale Empfänger 14 kann beispielsweise durch eine Glasabdeckung gegen die Umgebung abgeschirmt sein, um konvektive Wärmeverluste zu verringern (in der Zeichnung nicht gezeigt).The central receiver 14 For example, it may be shielded from the environment by a glass cover to reduce convective heat losses (not shown in the drawing).

Es kann auch vorgesehen sein, daß der Eingang 42 und/oder der Ausgang 44 des Verdampferabschnitts 26 fixierbar verschiebbar sind, um so eine Verdampferlänge einstellen zu können, d. h. eine Strecke in der Strömungsführung 30, durch welche Speisewasser den Verdampferabschnitt 26 durchströmt.It can also be provided that the input 42 and / or the output 44 of the evaporator section 26 are fixable displaced so as to adjust an evaporator length, ie a distance in the flow guide 30 through which feed water the evaporator section 26 flows through.

Ebenso kann es vorgesehen sein, daß der Eingang 46 und/oder der Ausgang 50 des Überhitzerabschnitts 28 fixierbar verstellbar sind, um so eine Wegstrecke der Strömungsführung 34 von überhitztem Dampf durch den Überhitzerabschnitt 28 einstellen zu können.Likewise, it may be provided that the input 46 and / or the output 50 of the superheater section 28 are fixable adjustable, so a distance of the flow guide 34 superheated steam through the superheater section 28 to be able to adjust.

Insbesondere ist es vorgesehen, daß die Teilflächenbeaufschlagung des Verdampferabschnitts 26 und des Überhitzerabschnitts 28 proportional zueinander erfolgt, d. h. daß das Verhältnis der Strahlungsbeaufschlagungsfläche 58 zu der gesamten möglichen Strahlungsabsorptionsfläche 36 des Verdampferabschnitts 26 dem Verhältnis der Strahlungsbeaufschlagungsfläche 60 zu der gesamten möglichen Strahlungsabsorptionsfläche 38 des Überhitzerabschnitts 28 entspricht.In particular, it is provided that the Teilflächenbeaufschlagung the evaporator section 26 and the superheater section 28 is proportional to each other, ie that the ratio of Strahlungsbeaufschlagungsfläche 58 to the total possible radiation absorption area 36 of the evaporator section 26 the ratio of Strahlungsbeaufschlagungsfläche 60 to the total possible radiation absorption area 38 of the superheater section 28 equivalent.

Sinngemäß das gleiche gilt für die entsprechenden Wegstrecken in den Strömungsführungen 30 und 34, wenn eine Verstellung der Eingänge 42, 46 und/oder Ausgänge 44, 50 jeweils des Verdampferabschnitts 26 und des Überhitzerabschnitts 28 erfolgt.The same applies mutatis mutandis to the corresponding distances in the flow guides 30 and 34 if an adjustment of the inputs 42 . 46 and / or outputs 44 . 50 each of the evaporator section 26 and the superheater section 28 he follows.

Der zentrale Empfänger 14 der erfindungsgemäßen Anlage 10 ist gegenüber einem Parabolrinnenkollektorabsorber kompakter aufgebaut; dies ist vorteilhaft bezüglich der Beherrschung von Transienten. Da der Verdampferabschnitt 26 und der Überhitzerabschnitt 28 vertikal verläuft, ist die Zwei-Phasen-Problematik, die in Parabolrinnenkollektoren auftritt, reduziert. Weiterhin ist keine Pumpe erforderlich. Bei einem Parabolrinnenkollektor ist auch eine Variation der aufgeprägten Wärmestromdichte (über Einstellung der Strahlungsbeaufschlagungsflächen 58, 60) nicht möglich, da die eingekoppelte Leistung von der Breite der Spiegel der Parabolrinnenkollektoren abhängt und diese Breite konstant ist.The central receiver 14 the plant of the invention 10 is more compact compared to a parabolic trough collector absorber; this is advantageous with respect to the control of transients. Since the evaporator section 26 and the superheater section 28 vertical, the two-phase problem that occurs in parabolic trough collectors is reduced. Furthermore, no pump is required. In the case of a parabolic trough collector, there is also a variation of the impressed heat flux density (via adjustment of the radiation application areas 58 . 60 ) is not possible because the coupled power depends on the width of the mirrors of the parabolic trough collectors and this width is constant.

Weiterhin lassen sich erheblich höhere Wärmestromdichten realisieren; bei Parabolrinnenkollektoren lassen sich üblicherweise Wärmestromdichten nur unterhalb ca. 40 kW/m2 erhalten.Furthermore, significantly higher heat flux densities can be realized; In parabolic trough collectors, heat flow densities can usually only be obtained below about 40 kW / m 2 .

Claims (20)

Anlage zur solarthermischen Dampferzeugung, umfassend einen zentralen Empfänger (14) und mindestens einen Heliostaten (18) zur Konzentration von Solarstrahlung (22) auf den zentralen Empfänger (14), wobei der zentrale Empfänger (14) in einer vertikalen Höhe zu dem Heliostaten (18) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Empfänger (14) einen Verdampferabschnitt (26) und einen Überhitzerabschnitt (28) aufweist, daß Verdampferabschnitt (26) und Überhitzerabschnitt (28) mit Strahlungsabsorptionsflächen (36, 38) versehen sind und daß Solarstrahlung (22) durch den Heliostaten (18) auf Strahlungsbeaufschlagungsflächen (58, 60) von Verdampferabschnitt (26) und Überhitzerabschnitt (28) konzentrierbar ist.Plant for solar thermal steam generation, comprising a central receiver ( 14 ) and at least one heliostat ( 18 ) to the concentration of solar radiation ( 22 ) to the central recipient ( 14 ), the central receiver ( 14 ) at a vertical height to the heliostat ( 18 ), characterized in that the central receiver ( 14 ) an evaporator section ( 26 ) and a superheater section ( 28 ), that evaporator section ( 26 ) and superheater section ( 28 ) with radiation absorption surfaces ( 36 . 38 ) and that solar radiation ( 22 ) by the heliostat ( 18 ) on radiation surfaces ( 58 . 60 ) of evaporator section ( 26 ) and superheater section ( 28 ) is concentratable. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Verdampferabschnitt (26) und Überhitzerabschnitt (28) in Reihe angeordnet sind.Plant according to claim 1, characterized in that the evaporator section ( 26 ) and superheater section ( 28 ) are arranged in series. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verdampferabschnitt (26) und dem Überhitzerabschnitt (28) ein Flüssigkeitsabscheider (48) angeordnet ist.Plant according to claim 1 or 2, characterized in that between the evaporator section ( 26 ) and the superheater section ( 28 ) a liquid separator ( 48 ) is arranged. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rezirkulationsleitung (52) vorgesehen ist, über welche abgeschiedene Flüssigkeit dem Verdampferabschnitt (26) rückführbar ist.Plant according to claim 3, characterized in that a recirculation line ( 52 ) is provided via which separated liquid the evaporator section ( 26 ) is traceable. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampferabschnitt (26) bezüglich einer Strömungsführung (30) vertikal ausgerichtet angeordnet ist.Plant according to one of the preceding claims, characterized in that the evaporator section ( 26 ) with respect to a flow guide ( 30 ) is arranged vertically aligned. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Überhitzerabschnitt (28) bezüglich einer Strömungsführung (34) vertikal ausgerichtet angeordnet ist.Installation according to one of the preceding claims, characterized in that the superheater section ( 28 ) with respect to a flow guide ( 34 ) is arranged vertically aligned. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Empfänger (14) an einem Turm (12) angeordnet ist.Installation according to one of the preceding claims, characterized in that the central receiver ( 14 ) on a tower ( 12 ) is arranged. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Spiegel (20) des Heliostaten (18) individuell steuerbar sind, so daß die Strahlungsbeaufschlagung des Verdampferabschnitts (26) und/oder Überhitzerabschnitts (28) einstellbar ist.Plant according to one of the preceding claims, characterized in that mirrors ( 20 ) of the heliostat ( 18 ) are individually controllable, so that the irradiation of the evaporator section ( 26 ) and / or superheater section ( 28 ) is adjustable. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spiegel (22) des Heliostaten (18) zweiachsig beweglich ist.Plant according to claim 8, characterized in that a mirror ( 22 ) of the heliostat ( 18 ) is biaxial mobile. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Schwenkachsen, um die ein Spiegel (20) beweglich ist, eine vertikale Ebene aufspannen.Plant according to claim 9, characterized in that pivoting axes about which a mirror ( 20 ), span a vertical plane. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Naturumlauf für die Strömungsführung durch den Verdampferabschnitt (26) und den Überhitzerabschnitt (28) vorgesehen ist.Installation according to one of the preceding claims, characterized in that a natural circulation for the flow guidance through the evaporator section ( 26 ) and the superheater section ( 28 ) is provided. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die strahlungsbeaufschlagte Fläche (58; 60) einer Strahlungsabsorptionsfläche (36; 38) des Verdampferabschnitts (26) und/oder Überhitzerabschnitts (28) einstellbar ist.Plant according to one of the preceding claims, characterized in that the radiation-exposed surface ( 58 ; 60 ) of a radiation absorption surface ( 36 ; 38 ) of the evaporator section ( 26 ) and / or superheater section ( 28 ) is adjustable. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerungs- und Regelungsvorrichtung (24) vorgesehen ist, mittels welcher das optische System des Heliostaten (18) so einstellbar ist, daß eine bestimmte Strahlungsbeaufschlagungsfläche (58; 60) des Verdampferabschnitts (26) und/oder Überhitzerabschnitts (28) strahlungsbeaufschlagt ist.Plant according to claim 12, characterized in that a control and regulating device ( 24 ) is provided, by means of which the optical system of the heliostat ( 18 ) is adjustable so that a certain Strahlungsbeaufschlagungsfläche ( 58 ; 60 ) of the evaporator section ( 26 ) and / or superheater section ( 28 ) is irradiated. Anlage nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Wärmeabschirmungen (62; 64) für eine Strahlungsabsorptionsfläche (36; 38) vorgesehen sind.Plant according to claim 12 or 13, characterized in that one or more heat shields ( 62 ; 64 ) for a radiation absorption surface ( 36 ; 38 ) are provided. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß einstellbar ist, daß Teilflächen (58; 60) der Gesamt-Strahlungsabsorptionsflächen (36; 38) des Verdampferabschnitts (26) und/oder Überhitzerabschnitts (28) strahlungsbeaufschlagbar sind.Installation according to one of Claims 12 to 14, characterized in that it is possible to adjust that partial surfaces ( 58 ; 60 ) of the total radiation absorption areas ( 36 ; 38 ) of the evaporator section ( 26 ) and / or superheater section ( 28 ) are radiation. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Verdampferabschnitt (26) und Überhitzerabschnitt (28) getrennte Strahlungsabsorptionsflächen (36, 38) aufweisen.Plant according to one of the preceding claims, characterized in that the evaporator section ( 26 ) and superheater section ( 28 ) separate radiation absorption surfaces ( 36 . 38 ) exhibit. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingang (42; 46) für zu verdampfendes Medium in den Verdampferabschnitt (26) und/oder Überhitzerabschnitt (28) einstellbar ist.Installation according to one of the preceding claims, characterized in that an input ( 42 ; 46 ) for the medium to be evaporated in the evaporator section ( 26 ) and / or superheater section ( 28 ) is adjustable. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgang (44; 50) von Medium aus dem Verdampferabschnitt (26) und/oder Überhitzerabschnitt (28) einstellbar ist.Plant according to one of the preceding claims, characterized in that an output ( 44 ; 50 ) of medium from the evaporator section ( 26 ) and / or superheater section ( 28 ) is adjustable. Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Strahlungsbeaufschlagungsflächen (58, 60) von Verdampferstrang (26) und Überhitzerstrang (28) proportional gesteuert einstellbar sind.Installation according to one of the preceding claims, characterized in that radiation exposure surfaces ( 58 . 60 ) of evaporator strand ( 26 ) and superheater train ( 28 ) are proportionally controlled adjustable. Verfahren zur solarthermischen Erzeugung von Dampf, bei dem ein Medium durch einen zentralen Empfänger geführt wird, welcher mit konzentrierter Solarstrahlung beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß flüssiges Medium durch einen Verdampferabschnitt zur Verdampfung geführt wird und daß verdampftes Medium durch einen Überhitzerabschnitt geführt wird, wobei Verdampferabschnitt und Überhitzerabschnitt mit konzentrierter Solarstrahlung beaufschlagt werden, daß Strahlungsbeaufschlagungsflächen des Verdampferabschnitts und/oder des Überhitzerabschnitts optisch eingestellt werden und daß die Einstellung so erfolgt, daß eine Wärmestromdichte kleiner ist als 450 kW/m2.Process for the solar thermal generation of steam, in which a medium is passed through a central receiver, which is exposed to concentrated solar radiation, characterized in that liquid medium is passed through an evaporator section for evaporation and that vaporized medium is passed through a superheater section, wherein evaporator section and superheater section are acted upon with concentrated solar radiation that Strahlungsbeaufschlagungsflächen the evaporator section and / or the superheater section are optically adjusted and that the adjustment is made so that a heat flux density is less than 450 kW / m 2 .
DE10248068A 2002-10-11 2002-10-11 Plant for solar thermal steam generation and process for solar thermal generation of steam Expired - Fee Related DE10248068B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10248068A DE10248068B4 (en) 2002-10-11 2002-10-11 Plant for solar thermal steam generation and process for solar thermal generation of steam

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10248068A DE10248068B4 (en) 2002-10-11 2002-10-11 Plant for solar thermal steam generation and process for solar thermal generation of steam

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10248068A1 DE10248068A1 (en) 2004-05-06
DE10248068B4 true DE10248068B4 (en) 2007-09-27

Family

ID=32086913

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10248068A Expired - Fee Related DE10248068B4 (en) 2002-10-11 2002-10-11 Plant for solar thermal steam generation and process for solar thermal generation of steam

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10248068B4 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008035842A1 (en) 2008-08-03 2010-02-04 Robert Frase Modular solar tower power plant, has set of solar modules arranged on tower, where plant delivers reflected solar radiation dynamically on selected solar module with heliostats based on utilizable energy requirement by heliostats
DE102008039320A1 (en) 2008-08-24 2010-03-04 Robert Frase Solar power plant, has control device for selecting solar module that is adapted to demand of primary useful energy and/or efficiency of solar module and for focusing solar radiation power on selected solar module
EP2218978A1 (en) 2009-02-17 2010-08-18 Cockerill Maintenance & Ingéniérie Flag heat exchanger
DE102011004278A1 (en) * 2011-02-17 2012-08-23 Siemens Aktiengesellschaft Solar thermal power plant comprises steam generator with multiple flow-medium sided parallel evaporator tubes, to which multiple superheater tubes are connected downstream of evaporator tubes by water separation system
US8490618B2 (en) 2007-07-26 2013-07-23 Brightsource Industries (Israel) Ltd. Solar receiver
US9170033B2 (en) 2010-01-20 2015-10-27 Brightsource Industries (Israel) Ltd. Method and apparatus for operating a solar energy system to account for cloud shading
US9249785B2 (en) 2012-01-31 2016-02-02 Brightsource Industries (Isreal) Ltd. Method and system for operating a solar steam system during reduced-insolation events

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005024172B4 (en) * 2005-05-23 2014-07-03 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method and device for carrying out chemical reactions
DE102005035080A1 (en) * 2005-07-21 2007-01-25 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Solar radiation receiver and method for controlling and / or regulating the mass flow distribution and / or for temperature compensation on a solar radiation receiver
EP2000669B1 (en) * 2007-06-07 2015-06-17 Abengoa Solar New Technologies, S.A. Solar concentration plant for the production of superheated steam
US8360051B2 (en) * 2007-11-12 2013-01-29 Brightsource Industries (Israel) Ltd. Solar receiver with energy flux measurement and control
US8001960B2 (en) * 2007-11-12 2011-08-23 Brightsource Industries (Israel) Ltd. Method and control system for operating a solar power tower system
AU2009213563B2 (en) 2008-02-14 2014-04-10 Brightsource Industries (Israel) Ltd. Devices, methods, and systems for control of heliostats
US8033110B2 (en) 2008-03-16 2011-10-11 Brightsource Industries (Israel) Ltd. Solar power generation with multiple energy conversion modes
US8931475B2 (en) 2008-07-10 2015-01-13 Brightsource Industries (Israel) Ltd. Systems and methods for control of a solar power tower using infrared thermography
US8517008B2 (en) 2009-02-12 2013-08-27 Babcock Power Services, Inc. Modular solar receiver panels and solar boilers with modular receiver panels
US8356591B2 (en) * 2009-02-12 2013-01-22 Babcock Power Services, Inc. Corner structure for walls of panels in solar boilers
NL2002529C2 (en) * 2009-02-13 2010-08-16 Nem Bv SOLAR RECEIVER HAVING BACK POSITIONED HEADER.
ES2345379B1 (en) * 2009-03-20 2011-09-16 Abengoa Solar New Technologies S.A. SOLAR PLANT COMBINED AIR AND STEAM TECHNOLOGY.
ES2347752B1 (en) * 2009-04-06 2011-09-22 Abengoa Solar New Technologies, S.A SOLAR RECEIVER WITH NATURAL CIRCULATION FOR SATURATED VAPOR GENERATION.
ES2350991B1 (en) 2009-06-03 2011-10-14 Abengoa Solar New Technologies S.A. SOLAR CONCENTRATION PLANT TOWER TECHNOLOGY WITH NATURAL SHOT.
ES2370552B1 (en) 2009-06-19 2013-02-15 Abengoa Solar New Technologies, S.A. NATURAL SHOT COOLING PROCEDURE OF A SOLAR CONCENTRATION PLANT.
DE102009033951A1 (en) * 2009-07-13 2011-01-20 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Solar thermal power plant
US8627664B2 (en) 2009-10-15 2014-01-14 Brightsource Industries (Israel), Ltd. Method and system for operating a solar steam system
WO2011064718A2 (en) 2009-11-24 2011-06-03 Brightsource Industries (Israel) Ltd. Method and apparatus for operating a solar steam system
WO2011104328A2 (en) * 2010-02-26 2011-09-01 Siemens Aktiengesellschaft Apparatus and method for generating superheated steam using solar energy on the basis of the natural circulation concept, and use of the superheated steam
DE102011004263A1 (en) * 2011-02-17 2012-08-23 Siemens Aktiengesellschaft Method for operating a solar-heated waste heat steam generator and solar thermal waste heat steam generator
ES2411282B1 (en) * 2011-11-29 2014-05-08 Abengoa Solar New Technologies S.A. CONFIGURATION OF RECEIVERS IN SOLAR TORRE CONCENTRATION PLANTS.
US9222702B2 (en) 2011-12-01 2015-12-29 Brightsource Industries (Israel) Ltd. Systems and methods for control and calibration of a solar power tower system
EP2610489A1 (en) * 2011-12-30 2013-07-03 Alstom Technology Ltd Steam power plant with integrated solar receiver
WO2017077766A1 (en) * 2015-11-04 2017-05-11 三菱日立パワーシステムズ株式会社 Solar heat collection system and operation method thereof

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3003962A1 (en) * 1980-02-04 1981-08-13 Interatom Internationale Atomreaktorbau Gmbh, 5060 Bergisch Gladbach Solar energy and heat storage equipment - has part of light concentration device aligned onto vessel containing heat-storage medium
DE19627425A1 (en) * 1996-07-08 1998-01-15 Asea Brown Boveri Method of operating hybrid solar powered combined plant
DE10152971C1 (en) * 2001-10-19 2002-12-05 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Solar thermal power system has connecting line for coupling liquid heat transfer medium from supply line to collection line and/or for feeding steam from collection line to supply line

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3003962A1 (en) * 1980-02-04 1981-08-13 Interatom Internationale Atomreaktorbau Gmbh, 5060 Bergisch Gladbach Solar energy and heat storage equipment - has part of light concentration device aligned onto vessel containing heat-storage medium
DE19627425A1 (en) * 1996-07-08 1998-01-15 Asea Brown Boveri Method of operating hybrid solar powered combined plant
DE10152971C1 (en) * 2001-10-19 2002-12-05 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Solar thermal power system has connecting line for coupling liquid heat transfer medium from supply line to collection line and/or for feeding steam from collection line to supply line

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8490618B2 (en) 2007-07-26 2013-07-23 Brightsource Industries (Israel) Ltd. Solar receiver
DE102008035842A1 (en) 2008-08-03 2010-02-04 Robert Frase Modular solar tower power plant, has set of solar modules arranged on tower, where plant delivers reflected solar radiation dynamically on selected solar module with heliostats based on utilizable energy requirement by heliostats
DE102008039320A1 (en) 2008-08-24 2010-03-04 Robert Frase Solar power plant, has control device for selecting solar module that is adapted to demand of primary useful energy and/or efficiency of solar module and for focusing solar radiation power on selected solar module
EP2218978A1 (en) 2009-02-17 2010-08-18 Cockerill Maintenance & Ingéniérie Flag heat exchanger
US9170033B2 (en) 2010-01-20 2015-10-27 Brightsource Industries (Israel) Ltd. Method and apparatus for operating a solar energy system to account for cloud shading
DE102011004278A1 (en) * 2011-02-17 2012-08-23 Siemens Aktiengesellschaft Solar thermal power plant comprises steam generator with multiple flow-medium sided parallel evaporator tubes, to which multiple superheater tubes are connected downstream of evaporator tubes by water separation system
US9249785B2 (en) 2012-01-31 2016-02-02 Brightsource Industries (Isreal) Ltd. Method and system for operating a solar steam system during reduced-insolation events

Also Published As

Publication number Publication date
DE10248068A1 (en) 2004-05-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10248068B4 (en) Plant for solar thermal steam generation and process for solar thermal generation of steam
DE10329623B3 (en) Solar-thermal extraction of electrical energy involves heating medium by solar heating to above temperature working point of steam turbine, using to charge heat store connected before steam turbine.
DE2444978A1 (en) POWER PLANT AND SOLAR POWER GENERATOR
DE19709981C2 (en) Tracked solar cell module
DE102008011547B4 (en) Self-learning solar collector follow-up control
DE102007013430B9 (en) Solar thermal power plant and method for operating a solar thermal power plant
EP1075629B1 (en) Thermohydraulic sun-tracking device
EP1820965A1 (en) Method and device to control the energy production in a solar thermal power plant
CH618000A5 (en)
DE102007052234A1 (en) Method for operating a solar thermal power plant and solar thermal power plant
CH700227A1 (en) Absorber pipe for the trough collector of a solar power plant.
WO2009074281A2 (en) Roofing made of sun protection elements
EP2786079A2 (en) Solar collector having a pivotable concentrator arrangement
DE10248064A1 (en) Solar receiver device for utilization of solar energy has absorber tube in pressurizing region with higher linear expansion than pressurizing surface of tube
DE10152971C1 (en) Solar thermal power system has connecting line for coupling liquid heat transfer medium from supply line to collection line and/or for feeding steam from collection line to supply line
DE102012103457B4 (en) Method for operating a solar thermal power plant
DE3211339A1 (en) Solar installation
DE202015009554U1 (en) Device for concentrating solar energy
DE2947584A1 (en) SOLAR ENERGY COLLECTOR
DE19834089C2 (en) Solar collector
DE2854609A1 (en) SOLAR POWER PLANT WITH PHOTOVOLTAIC CELLS
DE2937523A1 (en) DEVICE FOR UTILIZING SOLAR ENERGY
CH704007A1 (en) Solar collector comprises first concentrator arrangement having first radiation path with combustion line portion, which exhibits incident solar radiation alternately in operating region, and absorber arrangement for concentrated radiation
DE102016220522A1 (en) Receiver for solar energy generation plants and solar energy generation plant
DE102016218372A1 (en) Parabolic trough collector module with radiation-optimized absorber tube

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: DEUTSCHES ZENTRUM FUER LUFT- UND RAUMFAHRT E.V.

8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: DEUTSCHES ZENTRUM FUER LUFT- UND RAUMFAHRT E.V.

8364 No opposition during term of opposition
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20140501