DE19538672A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Solarkraftwerkes zur Erzeugung von solarem Dampf - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Solarkraftwerkes zur Erzeugung von solarem Dampf

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vor­ richtung zum Betreiben eines Solarkraftwerkes, insbesondere eines Parabolrinnen-Kraftwerkes.
Aus dem Artikel "Solare Farmkraftwerke und Direktverdampfung in Parabolrinnen-Kollektoren" von M. Müller, Forschungsver­ bund Sonnenenergie: "Themen 93/94" ist bekannt, daß in Pa­ rabolrinnen-Solarkraftwerken weltweit mehr als 90% des der­ zeit erzeugten Solarstroms produziert werden. Zur weiteren Verbesserung der Marktchancen von Parabolrinnen-Kraftwerken muß das vorhandene Potential zur Wirkungsgradsteigerung und Kostensenkung ausgeschöpft werden. Rund 70% der Kosten eines Solarkraftwerkes werden durch das Kollektorfeld verursacht. Die restlichen 30% entfallen auf konventionelle Anla­ genteile. Damit schlägt sich eine Kostenreduzierung beim Kol­ lektorfeld entscheidend auf die Gesamtkosten des Solarkraft­ werkes nieder.
Kollektorfelder bestehen aus einer größeren Anzahl von Kol­ lektoren, die wiederum Konzentratoren für die Bündelung des Sonnenlichtes und Absorberstränge für die Absorption des ge­ bündelten Sonnenlichtes umfassen. Wird das zu verdampfende Medium direkt in dem Absorberstrang verdampft, so spricht man von der Direktverdampfung.
Bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen, beispielsweise aus dem amerikanischen Patent US 4 781 173, wird als Medium für die Direktverdampfung in dem Absorberstrang Wasser ver­ wendet. Das Wasser wird im Absorberstrang vollständig ver­ dampft, so daß am Ende der Verdampferstrecke am Ausgang des Absorberstranges solarüberhitzter Dampf vorliegt, der direkt auf die Turbine geleitet wird. Dabei ist Wassermitriß zu vermeiden und die Dampftemperatur darf sich nur mit bestimm­ ten Gradienten ändern.
Bezüglich der Konstanz der Dampfparameter werden hohe An­ forderungen an das Dampferzeugersystem gestellt. Zum einen besteht die Gefahr der Überhitzung im Absorberstrang. Auf­ grund der hohen Temperatur können Schäden im Absorberstrange entstehen, welche zu einer verkürzten Einsatzzeit des Absor­ berstranges für die Erzeugung von solar überhitztem Dampf führen. Demzufolge werden erhebliche Anforderungen an die Ma­ terialbeschaffenheit der Absorberbeschichtung und alle wei­ teren Komponenten des Absorberstranges gestellt. Desweiteren muß eine geregelte Wasserzufuhr gewährleistet sein. Diese Wasserzufuhr muß sehr engmaschig auf dem Absorberstrang er­ folgen und bedarf einer exakten Regelung in Abhängigkeit von der Sonneneinstrahlung. Die eventuelle Kurzlebigkeit des Ab­ sorberstranges aufgrund der hohen Temperatur des solar über­ hitzten Dampfes und die aufwendige Regelung der engmaschigen Wasserzufuhr führen zu einer erheblichen Kostenbelastung des Kollektorfeldes.
Da solar überhitzter Dampf in dem Absorberstrang strömt und aus dem Kollektorfeld abgeführt wird ergibt sich eine begren­ zte maximale Massenstromdichte in dem Absorberstrang. Es tre­ ten erhebliche Druckverluste zusätzlich in dem Absorberstrang auf. Aufgrund der hohen Temperatur des solar überhitzten Dampfes im Absorberstrang ergeben sich weitere Verluste durch Temperaturrückstrahlung aus dem Absorberstrang.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Solarkraftwerkes, insbesondere eines Parabolrinnen-Kraftwerkes, zur Erzeugung von solarem Dampf anzugeben, bei der die Gefahr der Überhitzung im Absorber­ strang vermieden wird und zusätzlich eine deutliche Kostenre­ duzierung im Kollektorfeld erfolgt. Ihr liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfah­ rens anzugeben.
Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruches 5.
Bei diesem Verfahren zum Betreiben eines Solarkraftwerkes, insbesondere eines Parabolrinnen-Kraftwerkes, das mindestens einen Kollektor mit mindestens einem wasser- und/oder dampf­ führenden Absorberstrang umfaßt, wird gemäß der Erfindung dem Absorberstrang zusätzlich Wasser derart zugeführt, daß an ei­ nem Ausgang des Absorberstranges Naßdampf vorhanden ist. Der Naßdampf setzt sich aus den beiden Komponenten Wasser und Wasserdampf zusammen. Durch die Erzeugung und Verwendung von Naßdampf wird ein Überhitzen des Absorberstranges vermieden. Die Temperaturen im Absorberstrang werden dadurch deutlich abgesenkt. Demzufolge verringern sich die Anforderungen be­ züglich der Temperaturbeständigkeit an die den Absorberstrang zusammensetzenden Komponenten. Die Absorberbeschichtung kann demzufolge in einem Temperaturbereich arbeiten, der einen optimalen Wirkungsgrad für die Absorption garantiert. Strah­ lungsverluste aufgrund von Temperaturrückstrahlung können vermieden werden. Die geringeren Betriebstemperaturen gewähr­ leisten eine längere Lebensdauer der einzelnen Komponenten. Dies führt zu einer erheblichen Einsparung auf der Kosten­ seite für das Solarfeld.
Insbesondere wird an einem Eingang des Absorberstranges und/oder an einer Einspeisungsstelle zum Einspeisen von Wasser wenigstens die gleiche Wassermenge zugeführt wie an einer in Flußrichtung näher an einem Ausgang des Absorber­ stranges angeordneten Einspeisungsstelle. Im Vergleich zu Anlagen zur Erzeugung von solar überhitzten Dampf kann die Anzahl der Einspeisungsstellen gering gehalten werden. Die Einspeisung von Wasser muß nicht gesondert geregelt werden. Es genügt eine grobe Anpassung der Dosierung an die Einstrah­ lung der Sonne. Die Kosten für eine exakte Regelung können somit eingespart werden.
Vorzugsweise ist in dem gesamten Absorberstrang Naßdampf vor­ handen. Die Verwendung von Naßdampf ermöglicht bei gleicher Wärmezufuhr eine größere Massenstromdichte zum Vergleich zu dem solarüberhitzten Dampf. Es ergeben sich wesentlich ge­ ringere Druckverluste über dem gesamten Absorberstrangbe­ reich.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Wasser zum Ein­ speisen in das Parabolrinnen-Kraftwerk aus dem Wasserdampf- Kreislauf eines fossil-befeuerten Kraftwerkes entnommen. Demzufolge muß das Wasser für das Parabolrinnen-Kraftwerk nicht extra zur Verfügung gestellt werden, wodurch Kosten an Betriebsmitteln eingespart werden.
Bei der Vorrichtung zum Betreiben eines Solarkraftwerkes, insbesondere eines Parabolrinnen-Kraftwerkes, das mindestens einen Kollektor mit mindestens einem wasser- und/oder dampf­ führenden Absorberstrang umfaßt, sind gemäß der Erfindung Mittel zum zusätzlichen Zuführen von Wasser derart vorge­ sehen, daß an einem Ausgang des Absorberstranges Naßdampf vorhanden ist.
Insbesondere mündet im Bereich des Kollektors in den Absor­ berstrang wenigstens eine wasserführende Leitung.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf das Ausfüh­ rungsbeispiel der Zeichnung verwiesen, in deren einziger Figur eine Vorrichtung zum Betreiben eines Solarkraftwerkes, insbesondere eines Parabolrinnen-Kraftwerkes, zur Erzeugung von solarem Dampf gemäß der Erfindung schematisch dargestellt ist.
Entsprechend der Figur umfaßt ein Parabolrinnen-Kraftwerk 2 eine Vielzahl von Kollektoren 4. Die einzelnen Kollektoren 4 haben die Form eines Parabols. Dabei sind mehrere Kollektoren 4 so hintereinander angeordnet, daß sich eine Parabolrinnen- Anordnung 28 ausbildet.
Die Kollektoren 4 umfassen mindestens einen Absorberstrang 6, der sich in der Brennlinie der Kollektoren 4 befindet. Die einfallende Sonnenstrahlung wird von den Kollektoren 4 der Parabolrinnen-Anordnung 28 gebündelt und auf den Absorber- Strang 6 mit einer Absorberbeschichtung 30 konzentriert. In der Absorberbeschichtung 30 wird die Energie der Sonnenstrah­ lung absorbiert und an das in dem Absorberstrang 6 fließende Wasser übertragen, welches unter der Erzeugung von Naßdampf teilweise verdampft.
Die Flußrichtung in dem Absorberstrang 6 wird durch die Pfeile 16 angegeben. Gemäß der Erfindung ist beim Betrieb des Parabolrinnen-Kraftwerkes 2 zu jedem Zeitpunkt in dem gesam­ ten Absorberstrang 6 Naßdampf vorhanden. Der Naßdampf enthält Wasser und Dampf zugleich, d. h. daß der Dampfgehalt x kleiner 1 ist. Um das ständige Vorhandensein von Naßdampf in dem Ab­ sorberstrang 6 und an einem Ausgang 8 des Absorberstranges 8 zu gewährleisten, wird dem Absorberstrang 6 zusätzlich Wasser zugeführt. Dabei wird das zusätzliche Wasser an mindestens einer Einspeisungsstelle 10, 12, 14 über mindestens eine Lei­ tung 18, 20, 22 in den Absorberstrang 6 eingespeist. Dabei wird an jeder Einspeisungsstelle 10, 12, 14 so viel Wasser zugeführt, daß während des Betriebes trotz der Verdampfung von Wasser in jedem Abschnitt zwischen den Einspeisungsstel­ len 10, 12, 14 des Absorberstranges 6 immer zugleich noch ein Wasseranteil vorhanden ist. Vorzugsweise wird an der Einspei­ sungsstelle 10, 12, 14 zum Einspeisen von Wasser wenigstens die gleiche Wassermenge zugeführt wie an einer Einspeisungs­ stellen 12, 14, die in Flußrichtung 16 näher an einem Ausgang 8 des Absorberstranges 6 angeordnet ist. Insbesondere wird an einem Eingang 24 des Absorberstranges 6 mehr oder gleichviel Wasser zugeführt wie an den darauffolgenden Ein­ speisungsstellen 10, 12, 14. Diese Ausführungsform bedarf keiner besonderen Regelmechanismen, da eine grobe Dosierung von Wasser an den jeweiligen Einspeisungsstellen 10, 12, 14 ausreichend ist.
Das Betriebsmittel Wasser für das Parabolrinnen-Kraftwerk 2, daß über einen Eingang 24 und über die Leitungen 18, 20, 22 in den Absorberstrang 6 eingespeist wird kann beispielsweise dem Wasserdampf-Kreislauf eines fossil befeuerten Kraftwerkes entnommen werden. Der Naßdampf aus dem Parabolrinnen-Kraftwerk 2 kann beispielsweise wiederum dem Wasserdampf-Kreislauf eines fossil befeuerten Kraftwerkes zugeführt werden.

Claims (6)

1. Verfahren zum Betreiben eines Solarkraftwerkes, insbeson­ dere eines Parabolrinnen-Kraftwerkes (2), das mindestens einen Kollektor (4) mit mindestens einem Wasser und/oder Dampfführenden Absorberstrang (6) umfaßt, dem zusätzlich Wasser derart zugeführt wird, daß an einem Ausgang (8) des Absorberstranges (6) Naßdampf vorhanden ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem an einem Eingang (24) und/oder an einer Einspeisungsstelle (10, 12, 14) zum Ein­ speisen von Wasser wenigstens die gleiche Wassermenge zuge­ führt wird wie an einer in Flußrichtung (16) näher an einem Ausgang (8) des Absorberstranges (6) angeordneten Einspei­ sungsstelle (10, 12, 14).
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in dem gesamten Absorberstrang (6) Naßdampf vorhanden ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Wasser zum Einspeisen in das Parabolrinnen-Kraftwerk (2) aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf eines fossil befeuerten Kraft­ werkes entnommen wird.
5. Vorrichtung zum Betreiben eines Solarkraftwerkes, ins­ besondere eines Parabolrinnen-Kraftwerkes (2), das mindestens einen Kollektor (4) mit mindestens einem Wasser und/oder Dampfführenden Absorberstrang (6) umfaßt, bei dem Mittel zum zusätzlichen Zuführen von Wasser derart vorgesehen sind, daß an einem Ausgang (8) des Absorberstranges (6) Naßdampf vor­ handen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei dem im Bereich des Kol­ lektors (4) in den Absorberstrang (6) wenigstens eine was­ serführende Leitung (18, 20, 22) mündet.
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