DE4417656A1 - Verfahren zur Erzeugung von Dampf aus konzentrierter Solarstrahlung und Solaranlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Dampf aus konzentrierter Solarstrahlung, bei dem ein Luftstrom durch einen von der konzentrierten Solarstrahlung erwärmten Absorber eines Lufterhitzers geführt und dabei erwärmt wird, der erwärmte Luftstrom unter Dampferzeugung abgekühlt wird und zumindest ein Teil des abgekühlten Luftstroms auf die Anströmseite des Absorbers zurückgeführt wird.

Aus dem DE-Buch von Becker/Klimas "Second Generation Central Reiceiver Technologies", herausgegeben von der Deutschen Forschungsanstalt für Luft- und Raumfahrt, Verlag C.F. Müller GmbH, Karlsruhe (1993), S. 1-2, Fig. 1-2 ist ein solches Verfahren bekannt. Bei Einsatz eines volumetrischen Lufterhitzers wird unter dem Einfluß von Gebläsen die erwärmte Luft direkt dem Dampferzeuger und/oder einem Thermocline-Speicher zugeführt. Der Speicher dient dem Ausgleich im zeitlichen Unterschied zwischen Energieangebot und -bedarf und ist dem Dampferzeuger parallel geschaltet.

Bei projektierten Anlagen ist es gemäß Fig. 4-17 auf S. 4- 41 des DE-Buches vorgesehen, der Dampferzeugung einen mit fossilen Brennstoffen betriebenen Brenner vorzuschalten. Mit diesem Brenner kann die Stromerzeugung im Zusammenwirken mit dem Thermocline-Speicher aufrechterhalten werden, wenn keine Sonnenenergie zur Verfügung steht oder keine Wärmeenergie mehr aus dem Speicher ausgespeichert werden kann. Bei den bekannten Anlagen ist der Empfänger, auf den die Sonnenstrahlung von einem Heliostatenfeld konzentriert wird, auf einem hohen Turm angeordnet, während der Dampferzeuger am Fuße des Turmes angeordnet ist.

Der für die Dampferzeugung eingesetzte Dampferzeuger benötigt im Hinblick auf seine Lebensdauer und auf den Schutz der von ihm beaufschlagten Dampfturbine eine zumindest in kurzen Zeitschritten im wesentlichen konstante Lufteintrittstemperatur und einen im wesentlichen konstanten Luftmassenstrom. Dies kann von dem Lufterhitzer nicht gewährleistet werden, da dieser nur entweder mit konstantem Massenstrom oder mit konstanter Luftaustrittstemperatur gefahren werden kann. Bei konstantem Luftmassenstrom ändert sich die Luftaustrittstemperatur mit der sich ändernden Einstrahlungsleistung des Heliostatenfeldes. Temperaturschwankungen der Heißluft können auftreten, wenn plötzlich Wolken das großflächige Heliostatenfeld abschatten, da dann die Temperatur der den Lufterhitzer verlassenden Luft entsprechend abfällt. Damit ändert sich sowohl die mittlere Temperatur, mit der der Dampferzeuger beaufschlagt wird, als auch das räumliche Temperaturprofil, insbesondere wenn nur Teile des Heliostatenfeldes abgeschattet werden. Es hat sich herausgestellt, daß der in dem Lufterhitzer üblicherweise eingesetzte Absorber in Form eines Metallgestrick oder -gewirks eine zu geringe Speicherwirkung hat, so daß sich eine Änderung der Einstrahlleistung sehr schnell auf die Luftaustrittstemperatur auswirkt. Bei konstant geregelter Luftaustrittstemperatur ist der Massenstrom die variable Größe.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren der gattungsgemäßen Art anzugeben, bei dem ein quasi stationärer Betrieb des Dampferzeugers/Turbine möglich ist, d. h. ein Betrieb mit solchen Temperaturtransienten, die von dem Dampferzeuger/Dampfturbine zugelassen werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der aus dem Absorber austretende erwärmte Heißluftstrom vor seiner Abkühlung zur Dampferzeugung durch einen Wärmespeicher für den Ausgleich kurzzeitiger Temperaturschwankungen geführt wird und/oder dem Heißluftstrom durch Verbrennung von Brennstoff erzeugtes heißes Gas beigemischt wird.

Dieser sogenannte Kurzzeitwärmespeicher ist nicht mit dem bekannten und zum Dampferzeuger parallel geschalteten Hauptspeicher vergleichbar, denn er hat die Aufgabe kurzzeitige Temperaturschwankungen (durch Wolkendurchgang etc.) auszugleichen und Temperaturspitzen zu glätten.

Durch den dem Lufterhitzer nachgeschalteten Wärmespeicher ist es möglich, Temperaturtransienten zu dämpfen, so daß die Beanspruchung des Dampferzeugers hinsichtlich schneller Temperaturen verringert wird. Darüber hinaus kann der Speicher ein Vermischen von Temperatursträhnen in der Heißluft zu einem gleichmäßigeren Temperaturprofil gewährleisten.

Folgende Anforderungen sind an einen solchen Kurzzeitwärmespeicher zu stellen: Der Druckverlust sollte klein sein, damit die Leistung des für den Lufttransport erforderlichen Gebläses verringert werden kann. Dies kann durch einen in Strömungsrichtung des Heißluftstromes gesehenen kurzen Speicher mit großem Querschnitt erreicht werden. Allerdings muß hier beachtet werden, daß das Temperaturausgleichvermögen des Wärmespeichers mit sinkender Bauhöhe schlechter wird.

Die Wärmeübertragungsleistung muß genügend hoch sein, um möglichst zu gewährleisten, daß ein Eintrittstemperatursprung nur noch als stetige, monoton fallende Temperaturtransiente am Kurzzeitwärmespeicheraustritt bemerkt wird. Die Länge des Kurzzeitwärmespeichers sollte in etwa der Länge der durch Material, Wärmeübergangszahl und Querschnitt bestimmten Länge der Thermocline-Zone bei Vollast des Dampferzeugers entsprechen, um einerseits eine ausreichende Dämpfung und andererseits eine genügend schnell folgende Temperaturveränderung auf der Austrittsseite zu erhalten.

Die Wärmekapazität ist so zu bemessen, daß der Kurzzeitwärmespeicher zwar bei Vollast noch ausreichend dämpft, auf der anderen Seite aber keine unnötige Trägheit im System bewirkt, insbesondere keine Anfahrverzögerung bei Anfahren des Dampferzeugers und der nachgeschalteten Turbine. Durch eine geschickte Ausbildung von Strömungspfaden im Speichermaterial kann erreicht werden, daß die Heißluft wie in einem Baffle-Wärmetauscher (Umlenksegmente oder Umlenkring/scheibe) strömt, so daß Temperatursträhnen sicher aufgebrochen und eine besonders gute Durchmischung erreicht wird.

Als Speichermaterial sollten möglichst keine hohlen Speicherelemente eingesetzt werden, sondern Elemente aus Vollmaterial. Dies führt zu einer höheren Volumenausnutzung und bei gleichem Speichermaterialeinsatz zu einem geringeren Druckverlust für die durchströmende Heißluft.

Als Speichermaterialien bieten sich z. B. verzunderungsbeständiger Stahl, Keramik oder auch Naturstein an.

Unter Kurzzeit wird in der vorliegenden Anmeldung vorzugsweise ein Minutenbereich verstanden.

Anstelle eines Kurzzeitwärmespeichers kann beim Auftreten von Temperaturschwankungen auch ein Brennstoff in entsprechender Menge in dem Heißluftstrom verbrannt werden. Dabei bleibt der Massenstrom der vom Receiver herangeführten Luft konstant und es wird die Temperatur verändert. Der bei der Verbrennung entstehende zusätzliche Abgasmassenstrom ist im Vergleich zum Heißluftmassenstrom vernachlässigbar. Durch die Erzeugung von Wärme unmittelbar vor dem Dampferzeuger wird die Wärme bereitgestellt, die für den quasi- stationären bzw. kontinuierlichen Betrieb des Dampferzeugers/Turbine benötigt wird, aber momentan solar oder aus einem teuren Hauptspeicher nicht bereitgestellt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren verzichtet auf teure Haupt- bzw. Langzeitspeicher, da diese nur eine Verschiebung der Energienutzung bewirken, aber keinen aktiven Deckungsbeitrag zur Energieerzeugung liefern.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Heißluft zunächst den Kurzzeitwärmespeicher durchströmt und danach bei Bedarf in dem Heißluftstrom ein Brennstoff verbrannt wird, da so in besonders ausgeprägter Weise ein quasi-stationärer Betrieb für Dampferzeuger/Turbine möglich ist. Wenn die Anforderungen der für die Verbrennung des Brennstoffes in dem Heißluftstrom eingesetzten Verbrennungseinrichtung an eine Temperaturkonstanz des Heißluftstroms geringer sind als die Anforderungen des Dampferzeugers an eine Temperaturkonstanz, ist es denkbar, den Kurzzeitwärmespeicher zu teilen und einen Teil vor dem Verbrennen des Brennstoffes im Heißluftstrom und einen Teil danach anzuordnen. Damit bietet sich der Vorteil, daß der Druckverlust des stromab der Verbrennung angeordneten Kurzzeitwärmespeicherteils zum Ausgleich etwaiger Temperatursträhnen hinter der Verbrennungseinrichtung ausgenutzt werden kann.

Es ist aber auch möglich, einen Ausgleich kurzzeitiger Temperaturschwankungen dadurch zu erreichen, daß als Beimischungsgas dem Heißluftstrom das Abgas einer Gasturbine zugemischt wird. Dabei wird der Lufterhitzer auf eine konstante Ausgangstemperatur des Heißluftstroms geregelt, in dem der Luftmassenstrom an die augenblickliche Einstrahlungsleistung angepaßt wird. Die Gasturbinenaustrittstemperatur wird auf die Austrittstemperatur des Lufterhitzers eingeregelt und der Massenstrom der Gasturbine oder eines Teilstroms des Gasturbinenabgases wird so eingeregelt, daß der Gesamtmassenstrom nach Zumischung von Turbinenabgas, der auf den Dampferzeuger auftritt, konstant bleibt. Das heißt, es wird immer so viel Abgas zugemischt, wie der Lufterhitzer gerade weniger anfordert.

Wie vorstehend ausgeführt ist es möglich, den Kurzzeitwärmespeicher zusammen mit der Verbrennung von Brennstoff in dem Heißtluftstrom einzusetzen. Es ist auch möglich, den Kurzzeitwärmespeicher zusammen mit der Zumischung von Turbinenabgas einzusetzen. Hierbei ist es zweckmäßig, daß der Kurzzeitwärmespeicher stromab der Einspeisestelle des Turbinenabgases in den Heißluftstrom angeordnet ist, da er dann Regelschwankungen mindern und Temperaturtransienten und Strähnen aus der Zumischung des Gasturbinenabgases ausgleichen kann.

Die Erfindung richtet sich auch auf eine Solaranlage, bei der ein Luftstrom durch einen von konzentrierter Sonnenstrahlung erwärmten Absorber eines auf einem Turm angeordneten Lufterhitzers geführt und dabei erwärmt wird, der erwärmte Luftstrom in einem Dampferzeuger abgekühlt und zumindest ein Teil des abgekühlten Luftstroms mittels eines Gebläses auf die Anströmseite des Absorbers zurückgeführt wird.

Wie bereits erwähnt, sind bei den bekannten Solaranlagen Dampferzeuger und Gebläse am Turmfuß angeordnet. Durch die langen Leitungen, mit denen die Heißluft zum Dampferzeuger am Fuße des Turms und die Warmluft zum Lufterhitzer auf der Turmspitze geführt werden müssen, entstehen hohe Kosten und gleichzeitig Wärmeverluste. Weiterhin liegt ein hoher Gebläseleistungsbedarf vor, der auf den Reibungsdruckverlust und den Auftrieb wegen des Dichtunterschieds zwischen der Luft in der Heißluft und in der Warmluftleitung gegeben ist.

Es ist daher beabsichtigt, diese Nachteile zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Lufterhitzer, der Dampferzeuger und das Gebläse mit den Kanälen für die Heißluft und die zurückzuführende Warmluft zusammen als Baugruppe auf dem Turm angeordnet sind.

Vorzugsweise ist dabei der Lufterhitzer als rundum beaufschlagbarer Lufterhitzer mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt ausgebildet, der in Umfangsrichtung in mehrere Sektoren mit separater Massenstromregelung unterteilt ist. Durch die Einteilung in mehrere Sektoren kann der Lufterhitzer an den während des Tageslaufs mit der Sonne um den Lufterhitzer wandernden Strahlungsflußdichteverteilung angepaßt werden.

Weiterhin ist es zweckmäßig, daß die im Lufterhitzer erwärmte Luft im oberen Bereich des Lufterhitzers über einen mittigen Heißluftkanal abziehbar ist und einem unterhalb des Lufterhitzers angeordneten Dampferzeuger zuführbar ist, und daß die aus dem Dampferzeuger an seiner Unterseite austretende Warmluft mittels mindestens einem auf der Außenseite des Dampferzeugers angeordneten Kanal zum Lufterhitzer zurückführbar ist.

Die Abfuhr der erwärmten Luft im oberen Bereich des Lufterhitzers kann konstruktiv auf besonders einfache Weise gelöst werden, wenn der Lufterhitzer eine sich nach unten verjüngende konische Konfiguration aufweist, da im oberen Bereich dann Einzelkanal-Einströmung in den mittigen Heißluftkanal möglich ist.

Der Ringraum zwischen dem mittigen Heißluftkanal und der Innenseite des Absorbers im Lufterhitzer kann durch eine Naturbelüftung kühlbar sein, um durch Wärmestrahlung und -leitung eingeführte Wärme ableiten zu können.

Auch bei Anordnung des Dampferzeugers auf dem Turm ist es auf einfache Weise möglich, daß für den Ausgleich kurzfristiger Temperaturschwankungen der erwärmten Luft in dem Heißluftkanal ein Wärmespeicher und/oder eine Kanalbrennereinrichtung angeordnet ist und/oder der Heißluftkanal mit dem Abgasauslaß einer Gasturbinenanordnung verbunden ist. Die Gasturbine kann in Abhängigkeit von ihrem Gewicht ebenfalls mit auf dem Turm angeordnet sein. Falls dies aus Gewichtsgründen nicht möglich ist, müßte eine Abgaszuleitung auf den Turm geführt werden.

Das für die Förderung der Luft eingesetzte Gebläse ist vorzugsweise ein Axialgebläse. Bei einem solchen Gebläse hat die Laufschaufelverstellung einen ausreichend großen Regelbereich mit nur geringen Wirkungsgradeinbußen und die geringen bewegten Massen ermöglichen eine schnelle Regelung. Der symmetrische Aufbau eines Axialgebläses läßt sich gut in das Konstruktionsdesign der auf dem Turm angeordneten Baugruppe integrieren. Auch ist bei einem Axialgebläse die Gefahr von Schwingungsanregungen auf dem hohen Turm gering. Für die Warmluftrückführung ist es von Vorteil, wenn der Warmluftrückführungskanal in einen den Lufterhitzer an seinem unteren Ende umgebenden Ringkanal mündet, der die Luft vorzugsweise durch einen nach oben geöffneten Austrittsschlitz zur Oberfläche des Absorbers ausströmen läßt, wobei vorzugsweise die Schlitzbreite des Austrittsschlitzes in Umfangsrichtung veränderbar ist. Hiermit wird eine Anpassung der Warmluftverteilung über den rundum beaufschlagbaren Adsorber an das azimutale Strahlungsdichteprofil und an den Wind möglich, der die Warmluft um den Lufterhitzer herum mitnimmt.

Das erfindungsgemäße Verfahren und erfindungsgemäße Solaranlagen sollen anhand der beigefügten Figuren näher erläutert werden. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Solaranlage mit einem Kurzzeitwärmespeicher für einen quasi­ stationären Betrieb,

Fig. 2 ein Blockschaltbild mit einem Brenner für einen quasi-stationären Betrieb,

Fig. 3 ein Blockschaltbild mit einer zugeordneten Gasturbinenanlage für einen quasi-stationären Betrieb,

Fig. 4 eine Solaranlagenbaugruppe für eine Kombination der Verfahren nach Fig. 1 und 2, die auf dem Turm eines Solarkraftwerks anordbar ist,

Fig. 5 einen Horizontalschnitt durch die Baugruppe gemäß Fig. 4 in Blickrichtung der Pfeile V-V und

Fig. 6 eine vertikale Seitenansicht einer Speichermaterialpackung in einer Ausführungsform für einen Kurzzeitspeicher.

Bei der Verfahrensführung gemäß Fig. 1 wird atmosphärische Luft L in einen volumetrischen Lufterhitzer 1 eingesaugt und Heißluft HL über einen Heißluftkanal 2 und einen Kurzzeitwärmespeicher 3 einem Dampferzeuger 4 zugeführt. Die im Dampferzeuger 4 unter Erzeugung von Dampf abgekühlte Warmluft WL wird über mindestens einen Warmluftkanal 5, in dem vorzugsweise ein Axialgebläse 6 angeordnet ist, vor die Ansaugseite des Lufterhitzers zurückgeführt. Der Kurzzeitwärmespeicher 3 wird also fortlaufend von der Heißluft durchströmt und Temperaturschwankungen in dem im Speicher 3 zugeführten Heißluftstrom werden ausgeglichen.

Der Dampferzeuger 4 kann ein in Naturumlauf, Zwangsumlauf oder Zwangsdurchlauf betriebener Dampferzeuger sein.

Bei der Fig. 2 werden soweit als möglich dieselben Bezugszeichen wie in der Fig. 1 verwandt.

Zwischen dem Lufterhitzer 1 und dem Dampferzeuger 4 ist für einen quasi-stationären Betrieb des Dampferzeugers und der diesem nachgeschalteten Turbine (nicht mit dargestellt) eine mit Brennstoff B, vorzugsweise Gas beaufschlagte Verbrennungseinrichtung 7 vorgesehen. Die Verbrennungseinrichtung erzeugt unmittelbar vor dem Dampferzeuger 4 die Wärme, die für den quasi-stationären bzw. kontinuierlichen Betrieb des Dampferzeugers benötigt wird. Vorzugsweise ist die Verbrennungseinrichtung als Eigenluftbrenner ausgebildet, d. h. der zugeführte Brennstoff wird mit der Heißluft verbrannt. Dies ermöglicht es, sowohl die Temperatur als auch den Massenstrom unabhängig von der Leistungsaufteilung zwischen Lufterhitzer 1 und Verbrennungseinrichtung 7 konstant zu halten. Eine Meß- und Regeleinheit 8 erfaßt die Temperatur am Eingang des Dampferzeugers und steuert die Brennstoffzufuhr zur Verbrennungseinrichtung in Abhängigkeit von der erfaßten Temperatur.

In der Fig. 2 ist gestrichelt ein Kurzzeitwärmespeicher 3 der Verbrennungseinrichtung vorgeschaltet. Es ist nämlich möglich, die Solaranlage auch mit einer Kombination aus Kurzzeitwärmespeicher 3 und Verbrennungseinrichtung 7 zu betreiben. In der Fig. 2 ist der Kurzzeitwärmespeicher 3 der Verbrennungseinrichtung 7 vorgeschaltet. Es ist jedoch auch denkbar, den Kurzzeitwärmespeicher zu teilen und einen Teil stromab der Verbrennungseinrichtung 7 anzuordnen. Durch den Druckverlust des stromab angeordneten Teils des Kurzzeitwärmespeichers kann ein Ausgleich der Temperatursträhnen hinter der Verbrennungseinrichtung erzielt werden, die üblicherweise eine Vielzahl von über den Querschnitt des Heißluftkanals 2 verteilten Flammen aufweist. Selbstverständlich muß die Verbrennungseinrichtung nicht fortlaufend betrieben werden, sondern nur dann, wenn es durch Temperaturschwankungen oder nicht ausreichende Einstrahlung auf den Lufterhitzer erforderlich wird. Mit Hilfe der Verbrennungseinrichtung können also nicht nur kurzzeitige Temperaturschwankungen ausgeglichen werden, sondern auch ein länger anhaltendes Strahlungsdefizit, wenn dieses ausgeglichen werden soll.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 wird anstelle der Verbrennungseinrichtung 7 eine Gasturbinenanordnung 9 eingesetzt. In diesem Falle wird in den Heißluftkanal 2 zwischen Lufterhitzer 1 und Dampferzeuger 4 ein Regelventil 10 angeordnet, das zusammen mit einer Meß- und Regeleinheit 11 eine konstante Austrittstemperatur am Auslaß des Ventils ermöglicht, indem der durch den Lufterhitzer geführte Luftmassenstrom an die augenblickliche Einstrahlungsleistung der konzentrierten Sonnenstrahlung angepaßt wird.

Die Gasturbinenanordnung 9 besteht aus einem Kompressor 12, einer Gasturbinenbrennkammer 13 und der Gasturbine 13. Der Brennkammer 13a wird Brennstoff BB unter dem Einfluß einer Meß- und Regeleinheit 14 derart zugeführt, daß die Austrittstemperatur des Turbinenabgases auf denselben Wert eingeregelt wird, auf den auch die aus dem Lufterhitzer austretende Luft geregelt wird. Der Massenstrom des Turbinenabgases wird durch eine Meß- und Regeleinheit 15 so nachgeregelt, daß der Gesamtmassenstrom des hinter dem Ventil 10 über Leitung 16 eingespeisten Abgasstroms, der auf den Dampferzeuger auftritt, konstant bleibt, d. h. die Gasturbinenanordnung 9 liefert immer genau so viel Abgas AG, wie der Lufterhitzer gerade weniger an Luftmassenstrom bei der augenblicklichen Einstrahlungsleistung weniger verlangt.

Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, kann vorzugsweise stromab der Anschlußstelle des Abgaskanals 16 ebenfalls ein Kurzzeitwärmespeicher 3 angeordnet werden, der Regelschwankungen mindert und ebenfalls Temperaturtransienten und Strähnen ausgleicht.

Zu der Gasturbinenanordnung 9 gehört auch ein von der Gasturbine 13 angetriebener Generator 17. Bei dieser Schaltung erhöht sich die Gesamtleistung des Solarkraftwerks bei einer Verminderung der Sonneneinstrahlung, da sich dann die höhere Gasturbinenleistung zu der konstanten Dampfturbinenleistung hinzuaddiert. Dies kann insbesondere in einem Stromnetz von Vorteil sein, in dem sich auch reine Solarkraftwerke, d. h. Kraftwerke ohne die zusätzliche Gasturbinenanordnung befinden, da sich die Leistungscharakteristiken dieser beiden Typen dann kompensieren. Bei mangelnder Sonneneinstrahlung vermindert sich die Leistung der reinen Solarkraftwerke und erhöht sich die Leistung der kombinierten Gasturbinen/Solarkraftwerke.

Die Anordnung nach Fig. 3 kann bei Bedarf ebenfalls noch mit einem Brenner ausgerüstet werden.

In den Fig. 1 bis 3 sind die Schaltungskomponenten, die erfindungsgemäß als Baugruppe auf dem Turm eines Solarkraftwerks angeordnet werden sollen, von einer strich­ punktierten Linie umgeben, d. h. es ist beabsichtigt, alle Komponenten des Wärmeträgerkreislaufs als eine Baugruppe auf dem Turm anzuordnen, d. h. Lufterhitzer 1, Kurzzeitwärmespeicher 3, soweit vorhanden, Verbrennungseinrichtung 7, Dampferzeuger 4, Gebläse 6 sowie Heißluftkanal 2 und Warmluftkanal 5.

In den Fig. 4 und 5 ist eine solche Baugruppe dargestellt. Der Lufterhitzer 1 weist vorzugsweise eine konische Außenkontur auf, die von dem im Lufterhitzer eingesetzten Absorber 20 bestimmt wird. Die konische Außenkontur verjüngt sich nach unten. Die durch den Absorber hindurchgesaugte Luft wird über eine in mehrere Sektoren 21a unterteilte Ringkammer 21 nach oben in Gaskanäle 22 eingeleitet. Diese führen die Heißluft über einen mittigen Heißluftkanal 23 nach unten ab. Den einzelnen Sektoren 21 bzw. den Gaskanälen 22 sind Stellklappen 24 zugeordnet, die den Luftdurchsatz durch den einzelnen Sektor 21a einstellen können. Durch Verstellung der Klappen 24 kann die Durchströmung einzelner Absorberabschnitte an die während des Tageslaufs mit der Sonne um den Lufterhitzer wandernde Strahlungsflußdichteverteilung angepaßt werden.

Der zwischen dem mittigen Heißluftkanal 23 und den sektoralen Gasluftführungskammern 21 aufgespannte Ringraum 25 kann einer Naturbelüftung unterzogen werden. Der der Naturbelüftung dienende Luftstrom tritt durch unterhalb des Lufterhitzers in dem Baugruppengehäuse vorgesehene Öffnungen 26 ein und strömt über die Freiräume 27 zwischen Gaskanälen 22 nach oben ab. Unterhalb des eine kreissymmetrische Anordnung aufweisenden Lufterhitzers ist ein vorzugsweise quaderförmig gestalteter Dampferzeuger 4 angeordnet, dem über den sich in seinem Querschnitt erweiternden Heißgaskanal 23 die Heißluft zugeführt wird. Im Heißluftkanal ist ein Kurzzeitwärmespeicher 3 und ein Kanalbrenner 7 angeordnet, wie er im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 3 beschrieben ist. Unterhalb des Dampferzeugers ist das Axialgebläse 6 angeordnet. Die von dem Axialgebläse 6 angesaugte Warmluft wird über zwei Warmluftkanäle 6a und 6b, die sich an den beiden Längsseiten des Dampferzeugers 4 erstrecken in einen Ringkanal 28 eingeleitet, der umlaufend unterhalb des Lufterhitzers angeordnet ist. Der Ringkanal 28 ist auf seiner Oberseite mit einem Austrittsschlitz versehen, der die Luft parallel zur Oberfläche des Absorbers 20 nach oben ausströmen läßt. Die Schlitzbreite ist vorzugsweise in Umfangsrichtung verstellbar, um eine Anpassung der Verteilung der Warmluft WL an das azimutale Strahlungsflußdichteprofil und an den ggfl. den Lufterhitzer umströmenden Wind anzupassen.

In der Fig. 6 ist eine besonders vorteilhafte Anordnung des Speichermaterials in dem Kurzzeitwärmespeicher 3 dargestellt. Die Durchströmung erfolgt in Richtung der Pfeile HL. Der Kurzzeitspeicher 3 kann - wie bereits erwähnt - aus verschiedenen Materialen aufgebaut werden. Die in der Fig. 6 dargestellte Konfiguration besteht aus gitterartig angeordneten Flacheisen aus einem verzunderungsbeständigem Metall. Die Flacheisen 30a mit rechteckigem Querschnitt stehen nebeneinander mit ihrer Schmalseite Trägern 30c auf. Auf ihren Oberseiten liegen Flacheisen 30b mit ihrer Längsseite mit Abstand aneinander auf. Ihre Erstreckungsrichtung ist senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Flacheisen 30a. Es sind mehrere Lagen aus Flacheisen 30a/30b vorgesehen, die von einem den Kanal 2 bestimmenden Blechgehäuse 30d umgeben sind. Durch das Gitterwerk werden etwaig in dem Heißluftstrom HL vorhandene Temperatursträhnen auf gebrochen und eine gute Durchmischung erreicht. Durch den Einsatz von Vollmaterial erfolgt eine höhere Volumenausnutzung. Durch die Verwendung des Metalls wird eine Wärmekapazität erreicht, so daß der Kurzzeitwärmespeicher im Minutenbereich bei Vollast noch ausreichend dämpft, jedoch keine unnötige Trägheit im System bewirkt. Poröse Keramikkörper, Schüttungen aus Metall oder Keramikelementen oder Konfigurationen aus anderen Metallprofilen können eingesetzt werden.

Claims (13)

1. Verfahren zur Erzeugung von Dampf aus konzentrierter Solarstrahlung, bei dem ein Luftstrom durch einen von der konzentrierten Solarstrahlung erwärmten Absorber eines Lufterhitzers geführt und dabei erwärmt wird, der erwärmte Luftstrom unter Dampferzeugung abgekühlt und zumindest ein Teil des abgekühlten Luftstroms auf die Anströmseite des Absorbers zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Absorber austretende erwärmte Heißluftstrom vor seiner Abkühlung zur Dampferzeugung durch einen Wärmespeicher für den Ausgleich kurzzeitiger Temperaturschwankungen geführt wird und/oder dem Luftstrom durch Verbrennung von Brennstoff erzeugtes heißes Gas beigemischt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Brennstoff in dem erwärmten Heißluftstrom verbrannt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß gasförmiger Brennstoff mittels Eigenluftbrennern im Heißluftstrom verbrannt wird.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Beimischungsgas im Heißluftstrom das Abgas einer Gasturbine zugemischt wird.

5. Solaranlage, bei der ein Luftstrom durch einen von konzentrierter Sonnenstrahlung erwärmten Absorber eines auf einem Turm angeordneten Lufterhitzers geführt und dabei erwärmt wird, der erwärmte Luftstrom in einem Dampferzeuger abgekühlt und zumindest ein Teil des abgekühlten Luftstroms mittels eines Gebläses auf die Anströmseite des Absorbers geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Lufterhitzer (1), der Dampferzeuger (4) und das zugeordnete Gebläse (6) mit den Kanälen (2, 5) für Heißluft (HL) und die zurückzuführende Warmluft (WL) zusammen auf dem Turm angeordnet sind.

6. Solaranlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Lufterhitzer (1) als rundum beaufschlagbarer Lufterhitzer mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt ausgebildet ist, der in Umfangsrichtung in mehrere Sektoren (21a) mit separater Massenstromregelung (24) unterteilt ist.

7. Solaranlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die im Lufterhitzer (1) erwärmte Luft im oberen Bereich (22) des Lufterhitzers über einen mittigen Heißluftkanal (23) abziehbar ist und einem unterhalb des Lufterhitzers angeordneten Dampferzeuger (4) zuführbar ist und daß die aus dem Dampferzeuger (4) an seiner Unterseite aus tretende Warmluft mittels mindestens eines auf der Außenseite (4) des Dampferzeugers angeordneten Kanal (6a; 6b) zum Lufterhitzer (1) zurückführbar ist.

8. Solaranlage nach mindestens einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringraum (25) zwischen dem Heißluftkanal (23) und der Innenseite des Absorbers (20) im Lufterhitzer durch Naturbelüftung kühlbar ist.

9. Solaranlage, bei der ein Luftstrom durch einen von konzentrierter Sonnenstrahlung erwärmten Absorber eines auf einem Turm angeordneten Lufterhitzers geführt und dabei erwärmt wird, der erwärmte Luftstrom in einem Dampferzeuger abgekühlt und zumindest ein Teil des abgekühlten Luftstroms mittels eines Gebläses auf die Anströmseite des Absorbers geführt wird, insbesondere nach einem der Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet, daß für den Ausgleich kurzfristiger Temperaturschwankungen der erwärmten Luft (LH) in den Heißluftkanal (2; 23) ein Kurzzeitwärmespeicher (3) und/oder eine Kanalbrennereinrichtung (7) angeordnet ist und/oder der Heißluftkanal (2) mit dem Abgasauslaß (16) einer Gasturbinenanordnung (9) verbunden ist.

10. Solaranlage nach mindestens einem der Ansprüche 5-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalbrennereinrichtung (7) aus mehreren kammartig ineinandergreifenden Brennermodulen besteht.

11. Solaranlage nach mindestens einem der Ansprüche 5-10, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Förderung der Luft eingesetzte Gebläse ein Axialgebläse (6) ist.

12. Solaranlage nach mindestens einem der Ansprüche 5-11, dadurch gekennzeichnet, daß der Warmluftrückführungskanal (6a; 6b) in einen den Lufterhitzer (1) an seinem unteren Ende umgebenden Ringkanal (28) mündet, der die Luft vorzugsweise durch einen nach oben geöffneten Austrittsschlitz zur Oberfläche des Absorbers ausströmen läßt.

13. Solaranlage nach mindestens einem der Ansprüche 5-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitzbreite des Austrittsschlitzes in Umfangsrichtung veränderbar ist.