EP2769093A1 - Solar thermal power plant and method for operating a solar thermal power plant - Google Patents

Solar thermal power plant and method for operating a solar thermal power plant

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Publication number
EP2769093A1
EP2769093A1 EP12702750.6A EP12702750A EP2769093A1 EP 2769093 A1 EP2769093 A1 EP 2769093A1 EP 12702750 A EP12702750 A EP 12702750A EP 2769093 A1 EP2769093 A1 EP 2769093A1
Authority
EP
European Patent Office
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solar
circuit
fluid
heat exchanger
storage
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12702750.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Horst Schierack
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Schierack Green Technology GmbH
Original Assignee
Individual
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2769093A1 publication Critical patent/EP2769093A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03GSPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/06Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means
    • F03G6/065Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means having a Rankine cycle
    • F03G6/067Binary cycle plants where the fluid from the solar collector heats the working fluid via a heat exchanger
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/06Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using mixtures of different fluids
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K25/00Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/08Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
    • F01K25/10Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours the vapours being cold, e.g. ammonia, carbon dioxide, ether
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01K9/00Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines
    • F01K9/003Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines condenser cooling circuits
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/006Methods of steam generation characterised by form of heating method using solar heat
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines

Definitions

  • the invention relates to a solar thermal power plant having at least one solar collector of a solar circuit and an expansion turbine associated with a working cycle, wherein the solar circuit and the working circuit are coupled to each other via at least one primary heat exchanger and the solar circuit comprises a solar fluid and the working circuit has a working fluid.
  • the invention further relates to a method for operating a solar thermal power plant.
  • Solar thermal power plants of the type mentioned are basically known from the prior art. They have several circuits, but at least the solar circuit and the working cycle. In the solar circuit, the solar fluid and in the working cycle, the working fluid is present, with no direct flow connection between the solar circuit and the working cycle is given, but only a heat coupling through the primary heat exchanger. Both fluids are usually circulated by means of a conveyor in the respective circuit. Both the solar circuit and the working circuit are preferably closed circuits, which means that the amount of fluid contained in the respective fluid ideally remains constant except for possible leakage losses.
  • the solar fluid may be referred to as the first fluid and the working fluid as the second fluid.
  • the solar fluid present in the solar circuit is heated by solar radiation in the solar collector in this, with its enthalpy, in particular the internal energy contained in it increases.
  • the solar fluid in the region of the fluidically in the solar circuit following the solar collector primary heat exchanger to a higher temperature than the working fluid.
  • the primary heat exchanger can be transmitted due to the temperature difference heat from the solar fluid to the working fluid.
  • the primary heat exchanger is designed as an evaporator or superheater, so that the working fluid in it is evaporated and / or overheated. The working fluid enters so far in gaseous state in the expansion turbine.
  • the total enthalpy of the gaseous working fluid is used to partially convert the thermal energy of the working fluid, in particular with an efficiency of about 75% to 80%, into mechanical energy.
  • the expansion turbine is used, for example, for driving a generator and thus for generating electricity.
  • the expansion turbine can basically be designed arbitrarily, in particular as a single-stage or multi-stage expansion turbine or steam turbine.
  • a thermal oil or thermal oil is used as solar fluid in the solar circuit.
  • the heat transfer oil of the solar circuit in the solar collector is heated up to about 420 ° C. This temperature is sufficient to heat the water used as working fluid in the working cycle to about 390 ° C, to evaporate and overheat. Subsequently, the water is supplied in the gaseous state of the expansion turbine.
  • the running in the working cycle process can for example by means of Clausius-Rankine cycle process are described at least approximately.
  • the working fluid is accordingly condensed alternately at low pressure and evaporated at high pressure.
  • absolute temperatures are given in degrees Celsius (° C) and temperature differences in Kelvin (K).
  • the known solar thermal power plants additionally have a fluidically separated from the working cycle and the solar circuit present storage circuit, in which, for example, salt water is used as storage fluid.
  • the storage circuit is provided in order not to be used only to cover a peak load of the connected consumers, but also to be able to contribute at least partially to cover a medium load or a base load.
  • the solar radiation is sufficient, ie if it is greater than or equal to a design solar radiation
  • the storage fluid is heated to approximately 290 ° C. with a portion of the heat present in the solar circuit or in the solar fluid.
  • the temperature in the solar circuit can drop significantly, for example by more than 20 K.
  • the storage fluid has a lower temperature than the solar fluid, which is even smaller than the temperature required in the working cycle, must be at least partially Unterbre- chung the solar heat supply from the solar circuit, so when falling below the design sun radiation by the current solar radiation - despite the use of heat from the storage circuit - the working circuit to maintain the necessary for the expansion turbine saturated steam temperature of about 390 ° C additional external heat to be supplied. Accordingly, the temperature in the working cycle - starting from the 290 ° C in the storage cycle - with the help of external, especially fossil energy must be increased by 100K.
  • the solar circuit is associated with a primary heat accumulator having at least one, in particular connected parallel to the heat exchanger, primary heat storage tank for the solar fluid of the solar circuit.
  • a primary heat accumulator having at least one, in particular connected parallel to the heat exchanger, primary heat storage tank for the solar fluid of the solar circuit.
  • a memory circuit which is fluidly separated from the solar circuit and the working cycle.
  • salt water is present as storage fluid in the known storage cycle.
  • the primary heat storage is assigned directly to the solar circuit and the primary heat storage tank for receiving and especially temporary storage of solar fluid is connected to the solar circuit.
  • the primary heat storage tank is fluidically parallel to the primary heat exchanger.
  • the solar circuit has in the primary flow direction in particular the following elements: The solar collector, an inlet switching valve, the primary heat exchanger, an outlet switching valve and a conveyor for conveying the solar fluid through the solar circuit.
  • the inlet switching valve and the outlet switching valve each have at least three ports, wherein the solar collector, the primary heat exchanger and the primary heat storage tank are connected to the inlet switching valve or its terminals.
  • the primary heat exchanger, the conveyor and in turn the primary heat storage tank are connected to the outlet switching valve or its connections.
  • the primary heat storage tank is located so far between the inlet switching valve and the outlet switching valve.
  • the primary heat store or its primary heat storage tank has a storage volume which can preferably be completely filled with the solar fluid.
  • the storage volume is in particular greater than the fluid volume of the solar fluid in the other areas of the solar thermal power plant. A large part of the solar fluid can therefore be located at any time in the primary heat storage and removed or supplied as needed.
  • the primary heat storage or the primary heat storage tank is particularly preferably designed as a stratified charge storage. This means that the solar fluid is stratified during the intermediate storage in the primary heat store according to its temperature at different positions, in particular at different heights. This is made possible by the temperature-dependent density of the solar fluid. The stratification can be achieved for example by a suitable guidance of the solar fluid in the storage volume or the primary heat storage tank.
  • the temperature of the stored solar fluid is in this case in particular higher than the critical temperature of the working fluid, which will be discussed in more detail below.
  • a heat storage tank with a volume of 0.2 m 3 / kWh, during this period, also referred to as design period is to be able to constantly provide the rated power of the power plant (for example in the form of electric current).
  • the known from the prior art solar thermal power plants require a storage volume of 0.7 m 3 / kWh for a mere eight-hour bridging. For this, however, always, as already mentioned, the supply of external energy necessary.
  • the large difference described above between the required storage volumes results in particular from the large one Temperature difference, which during a normal operation of the solar thermal power plant according to the invention, in which the solar radiation is greater than or equal to the design sun radiation, between the solar circuit and the working cycle - for example by appropriate choice of solar fluid and working fluid - be realized.
  • the primary heat storage described here allows corresponding operation of the working cycle or the generation of electric power over a long period of time with little or no sunlight, with no supply of external heat is necessary and therefore not provided. This period depends exclusively on the intended storage volume and the cooling of the solar fluid stored in the primary heat storage tank by heat losses. With appropriate design of the solar thermal power plant or the primary heat storage so a continuous operation with the generation of electric power can be achieved, is periodically switched between normal operation and storage operation. It goes without saying that the solar radiation during normal operation for this purpose must be sufficient to the present in the primary heat storage or in the solar circuit solar fluid to a temperature bring, which corresponds to an amount of heat that is sufficient for the desired period of memory operation.
  • the solar collector of the solar thermal power plant according to the invention can be designed, for example, as a parabolic trough collector or have parabolic trough collectors, wherein an absorber line of the solar circuit runs along a focal line of a collector element, in particular a mirror, of the solar collector.
  • the solar collector can of course be designed as a Fresnel mirror collector or as a paraboloid collector.
  • the solar collector usually consists in this respect of the collector element and the absorber line, the latter part of the solar circuit or is connected to this, so that the absorber line is traversed by the solar fluid during operation of the power plant.
  • the solar fluid absorbs corresponding solar heat via an inner surface of the absorber line.
  • the collector element is designed, for example, as a mirror, in particular as a parabolic trough, Fresnel mirror or paraboloid mirror.
  • the solar thermal power plant has a large number of solar collectors, which are combined in particular in at least one solar field.
  • the solar thermal power plant described here can also - additionally or alternatively - be used for a multi-desalination plant or represent an energy supply of such.
  • Desalinization systems require in addition to electrical energy (for pumps and the like) especially heat to evaporate the salt water taken from the sea and desalt it.
  • Some of the heat can be added to the working fluid, for example after Expansion turbine, in particular in a condenser, are removed.
  • the power plant can be adjusted so that sets for the working fluid after relaxing in the expansion turbine, a state that lies on the dew line or at least - lying in the wet steam area - as close as possible.
  • the possible maximum temperature of the working fluid before entering the expansion turbine can alternatively also be increased by an appropriate choice of the working fluid.
  • the salt water can be at least preheated. Further heating can be provided by means of a solar collector.
  • the primary heat accumulator has an insulation surrounding the primary heat storage tank at least in regions.
  • the insulation at least partially prevents the heat of the stored in the primary heat storage tank solar fluid is delivered to an environment of the primary heat storage.
  • the isolation can in principle be performed arbitrarily. However, it must be made of a material that is poor heat-conducting.
  • a safety sheath is provided, which at least partially encloses the primary heat storage tank or at least one of the primary heat storage tanks, preferably all.
  • the containment is designed in such a way that even in the event of a leak in one of the primary heat storage tanks, the safety of persons in the vicinity of the primary heat store is guaranteed. It thus prevents in particular a sudden deformation of the primary heat storage tank by the pressurized solar fluid or a sudden escape of the solar fluid.
  • the heat pump material is a material which has particularly good heat storage properties.
  • magnesite can be used.
  • a latent heat storage material can be used which uses reversible thermodynamic state changes to store the heat.
  • the safety cover can additionally be arranged.
  • a development of the invention provides that at least one secondary heat exchanger is provided, via which the working cycle and / or the solar circuit is coupled to at least one secondary storage circuit having a secondary storage fluid.
  • the secondary storage circuit In addition to the primary heat storage so the secondary storage circuit should be present.
  • the secondary storage fluid is provided.
  • the secondary storage circuit is used for storing or buffering heat, in particular from the solar circuit.
  • the secondary storage circuit is coupled via the at least one secondary heat exchanger with the solar circuit and / or the working cycle.
  • the secondary storage circuit is fluidically separated both from the solar circuit and the working circuit.
  • the secondary storage fluid may be different from the solar fluid and / or the working fluid.
  • the secondary storage fluid is preferably a heat storage fluid which has good heat storage properties. th, in particular a high heat capacity, has. For example, water, in particular salt water, or thermal oil is used as secondary storage fluid.
  • the secondary storage circuit may be associated with a plurality of heat exchangers, wherein at least one of the heat exchangers as described above between the solar circuit and the storage circuit and another of the heat exchanger is present as a secondary heat exchanger between the storage circuit and the working cycle.
  • a fluidic separation between the secondary storage circuit and the other circuits can be provided.
  • the secondary storage fluid of the secondary storage circuit can be heated with heat from the solar circuit during normal operation. In the storage operation, it is now provided, however, not first to heat the solar fluid of the solar circuit, but rather directly the working fluid of the working cycle using the stored heat in the secondary storage circuit.
  • the secondary storage fluid can be heated in other ways, for example by the Secondary storage circuit is connected to the solar collector of the solar circuit or at least one further solar collector. In this case, it is sufficient if only at least one secondary heat exchanger is present between the secondary storage circuit and the working cycle.
  • the heat stored in the secondary storage circuit is usually sufficient for a comparatively long period of time in order to continue to bring the working fluid to the desired temperature, thus to evaporate and preferably to overheat. Again, therefore, no supply of external energy, such as fossil energy or the like, necessary to operate the solar thermal power plant in the storage operation.
  • the secondary storage circuit is fluidically isolated from the solar circuit and the working circuit or is fluidically connected to the solar circuit.
  • the former embodiment has already been briefly outlined above. If the secondary storage circuit is separated from both the solar circuit and the working circuit, then the secondary heat exchanger is preferably provided between the working circuit and the secondary storage circuit.
  • the secondary storage fluid may be different from the solar fluid and / or the working fluid.
  • the secondary storage circuit can also be fluidically connected to the solar circuit, so be connected fluidically with this. In this case, the se- secondary storage fluid to the solar fluid.
  • the working fluid of the working cycle can be heated both by means of the primary heat exchanger and by means of the secondary heat exchanger, in each case using heat from the solar circuit.
  • the secondary storage circuit is connected to the solar collector of the solar circuit or to at least one further solar collector. It can be provided that the secondary storage fluid is not or only partially heated by heat transfer from the solar fluid. In this case, it makes sense to bring about the heating directly by solar radiation.
  • the secondary storage circuit is connected to the solar collector and / or the further solar collector. In the former case, it can either be provided that the secondary storage circuit is fluidically connected to the solar circuit and insofar the Connection to the solar collector is present.
  • the solar collector may also have a plurality of absorber lines, wherein one of the absorber lines is assigned to the solar circuit and a further one of the absorber lines is assigned to the secondary storage circuit.
  • the fluidic separation between the two circuits can be realized.
  • all solar panels of the solar cycle are connected to both the secondary storage circuit and to the solar circuit, to which they have several absorber lines. Subsequently, the mass flow through the absorber line of the secondary storage circuit and the absorber line of the solar circuit can be adjusted depending on the heat required for the respective circuit controlling and / or regulating.
  • the secondary storage circuit has a different from the solar collector of the solar circuit further solar collector and is connected thereto. In this case, it is not necessary to use solar panels with multiple absorber lines.
  • the secondary heat exchanger is a storage heat exchanger and / or the secondary storage circuit has a secondary heat storage. In this way, the amount of heat storable in the secondary storage cycle can be increased.
  • the secondary heat exchanger as a storage heat exchanger, it is designed, for example, as a heat accumulator, which can be flowed through both by the fluid to be heated, in particular the working fluid of the working circuit, and the secondary storage fluid.
  • the storage heat exchanger for this purpose has two separate heat exchangers, by means of which heat a storage medium can be removed or supplied.
  • the storage medium is, for example, a salt, in particular a molten salt.
  • the storage medium is a salt mixture, in particular liquid salt mixture, of sodium nitrate and potassium nitrate.
  • the storage heat exchanger described above is preferably in the form of a heat storage tank arrangement, in particular a liquid salt tank arrangement, which has at least one heat storage tank, in particular a liquid salt tank.
  • the secondary heat exchanger thus serves itself as a heat storage. Heat from heated fluid, in particular solar fluid of the solar circuit, is supplied to the storage medium via a first heat exchanger and heated accordingly. At the same time, heat is given off to the fluid to be heated, in particular working fluid of the working cycle.
  • the secondary storage circuit may have the secondary heat storage.
  • the secondary heat accumulator can in principle have a heat storage tank, for example according to the above statements, in particular a liquid salt tank.
  • the secondary heat accumulator has a heat exchanger, via which it or the storage medium present in it with the secondary storage circuit relationship way the secondary storage fluid is coupled heat transfer.
  • the secondary heat accumulator can alternatively also be constructed analogously to the primary heat accumulator and thus have at least one secondary heat storage tank for the secondary accumulator fluid of the secondary accumulator circuit.
  • the storage heat exchanger and / or the secondary heat storage may be analogous to the above statements, in particular to the primary heat storage, formed, for example, visibly the insulation, the security envelope and / or the storage medium used.
  • it is provided to exchange the storage medium between a plurality of heat accumulators, that is, storage heat exchangers or secondary heat accumulators.
  • one of the heat storage is not or only partially heated storage medium removed during normal operation, heated with heat from the solar circuit and then fed to another of the heat storage.
  • the storage medium can already be brought to the desired temperature by heating once.
  • a development of the invention provides that the primary heat exchanger is present downstream of the secondary heat exchanger in the working cycle. It may be provided that the amount of heat to be introduced into the working fluid of the working cycle is transmitted solely by means of the primary heat exchanger or solely by means of the secondary heat exchanger. Preferably, however, first a first amount of heat by means of the secondary heat exchanger and then a second amount of heat by means of the primary heat exchanger is introduced into the working fluid.
  • the primary heat exchanger or the secondary heat exchanger operates both as an evaporator and as a superheater.
  • the secondary heat exchanger is preferably designed as an evaporator and the primary heat exchanger as a superheater.
  • the primary heat exchanger and the secondary heat exchanger are particularly advantageously controlled and / or regulated in such a way that the working fluid in the secondary heat exchanger is merely vaporized without overheating it while this is already being done vaporized fluid in the primary heat exchanger is subsequently overheated.
  • bypass return makes it possible to remove the solar fluid present in the primary heat store in the direction of flow through the primary heat store or the primary heat storage tank.
  • removal of the stored solar fluid is made possible without having to subsequently guide it through the solar collector, whereby under certain circumstances - if the solar radiation is too low or too small - heat stored in the solar fluid could be released to an environment of the solar collector.
  • maintaining the rated power even at low solar radiation is ensured by the bypass and the bypass return.
  • a development of the invention provides that in the working circuit downstream of the expansion turbine, a condenser is provided, which is operated with the ambient air as the cooling medium or at least a portion of the downstream of the expansion turbine in the working fluid present heat at least one heating circuit supplies.
  • the working circuit has in particular the elements listed below: the primary heat exchanger, the expansion turbine, the condenser, and a condensate pump, the latter being essentially a conveying device for the condensed working fluid.
  • the expansion turbine the previously under high pressure and high temperature working fluid is expanded and cooled.
  • the working fluid begins to change from its gaseous state present in front of the expansion turbine into a liquid state.
  • the condenser is provided, in which the cooling and, accordingly, a transfer to the liquid state takes place.
  • the condenser is essentially a heat exchanger which operates, for example, with ambient air as the cooling medium. ben will.
  • both the working fluid and the ambient air are supplied to the condenser in separate fluid streams to heat the ambient air and, correspondingly, to cool and condense the working fluid.
  • the use of the ambient air as a cooling medium eliminates expensive devices, which are sometimes required for other cooling media.
  • the condenser can also be used as a heat exchanger between the working fluid present in the working cycle and the heating circuit.
  • the condenser can also be used as a heat exchanger between the working fluid present in the working cycle and the heating circuit.
  • at least part of the heat still present in the working fluid is transferred to the heating circuit or the heating circuit fluid present in the latter.
  • the heat can subsequently be supplied for any purpose via the heating circuit.
  • the heating circuit comprises a sun collector heating, at least one radiator of a living space and / or a cooler, wherein a heating fluid used in the heating circuit by means of the radiator cooled or the heating circuit via the, in particular a heat pump with training, cooler on another heating circuit is connected.
  • a heating fluid used in the heating circuit by means of the radiator cooled or the heating circuit via the, in particular a heat pump with training, cooler on another heating circuit is connected.
  • the solar panel heater is provided with which the solar panel otherwise not required heat can be supplied.
  • the heating circuit may comprise the radiator of the living space, so that the heating circuit is used for heating the living space (or another room).
  • the heating circuit may be provided that the heating circuit has the radiator.
  • the heating circuit or the heating fluid used therein can be brought to a lower temperature by means of the cooler, for example if the temperature present in the heating circuit is too high, but no heat has to be expended for operating the solar collector heater or the radiator.
  • the solar thermal power plant presented here is suitable for any nominal power range, which can be represented by appropriate design.
  • the rated power is preferably provided in the form of electric current, but other forms of energy, such as mechanical work, can be realized.
  • the factors mentioned refer to the critical temperatures with the unit degrees Celsius. In other units correspondingly other factors may arise, but these can be determined from the stated values.
  • the factor is at least 1.5; 1, 6; 1, 75 or 2.0.
  • the boiling point temperature of the solar fluid in the unit Kelvin by a factor of at least 1, 3, for example at least 1.4; at least 1, 5 or at least 1, 6, greater than the boiling point temperature of the working fluid.
  • the thermal oil may be, for example, a mineral oil or a synthetic oil.
  • the former is a hydrocarbon and is made from petroleum.
  • the latter is a synthetically produced oil, for example from the group of siloxanes, wherein in particular polymeric siloxanes are used.
  • synthetic oils are silicone oils which are present, for example, as methylsiloxanes or phenylsiloxanes.
  • the solar fluid present in the solar cycle and / or the secondary storage fluid present in the secondary storage circuit is water or a thermal oil and / or the working fluid present in the working cycle is water or a hydrocarbon, in particular an alkane , preferably propane or butane, or carbon dioxide, ammonia or a mixture of these substances.
  • the solar fluid, the working fluid and the secondary storage fluid can be chosen arbitrarily.
  • the solar fluid is liquid at realizable pressures, for example at about 75 to 100 bar, and the temperatures present in the solar circuit.
  • a phase change of the solar fluid in the solar cycle from liquid to gaseous state is disadvantageous because under some circumstances the entire solar cycle is destabilized. In the liquid state, by contrast, the maximum amount of heat can be transported from the solar collector to the primary heat exchanger and / or secondary heat exchanger by means of the solar fluid, so that the efficiency of the solar thermal power plant remains optimal in this area.
  • the working fluid present in the working cycle should have such a low critical temperature that reliable operation of the working cycle is ensured even at low temperatures in the solar circuit or the secondary storage circuit.
  • Suitable fluids can be found, for example, in the substance group of the Koh Hydrocarbons, especially the alkanes.
  • the working fluid is propane or butane.
  • carbon dioxide, ammonia or a mixture of the substances mentioned can be used as the working fluid.
  • both in the solar fluid and in the working fluid impurities and the like may be present, which, however, not or only slightly affect the essential properties.
  • the critical temperatures of the substances specified for the working fluid are at least a factor of 1.5, but in some cases considerably more, than the critical temperature of the water. For example, a factor of 2; 2.5; 3 or more ago.
  • the critical temperature of the working fluid is at most 40 ° C, 80 ° C, 100 ° C, 120 ° C, 140 ° C, 150 ° C or 160 ° C (these values and all values therebetween as well as the above temperatures for the specifically including specific substances).
  • the critical temperature of the solar fluid is, for example, at least 150 ° C., 200 ° C., 250 ° C., 300 ° C., 350 ° C. or 375 ° C., again these, the values lying between them and the critical temperatures mentioned for the including concrete substances. In this case, preferably at least said factor between the critical temperatures of the two fluids should be present.
  • the working fluid may include an admixture having, for example, a higher condensation temperature and / or a higher condensation pressure.
  • the stated values of the working fluid can be influenced in the direction of a higher temperature or a higher pressure.
  • the solar thermal power plant has the fluids differing by the named factor additionally or alternatively to the primary heat store. To this extent, they are a further unique feature of the solar thermal power plant presented here, which means significant advantages over the power plants known from the prior art.
  • the invention further relates to a method for operating a solar thermal power plant, in particular a power plant according to the foregoing, wherein the solar thermal power plant has at least one solar collector of a solar circuit and an expansion turbine associated with a working cycle, wherein the solar circuit and the working circuit coupled together via at least one primary heat exchanger and in the solar circuit a solar fluid and in the working cycle a working fluid is used. It is provided that the solar cycle a primary heat accumulator is assigned, which has at least one, in particular parallel to the primary heat exchanger connected, primary heat storage tank for the solar fluid of the solar circuit.
  • the solar fluid in the solar circuit and the working fluid are circulated in the working circuit, for which purpose the pump and in the working circuit the condensate pump are provided in the solar circuit.
  • the heat or enthalpy present in the solar fluid after the solar collector is used to evaporate the working fluid by introducing at least the evaporation enthalpy and / or in particular to overheat by supplying additional heat.
  • the solar thermal power plant used in this case can be developed according to the above statements.
  • a development of the invention provides that at least one secondary heat exchanger is provided, via which the working cycle and / or the solar circuit with at least one secondary storage circuit having a secondary storage fluid can be disposed.
  • a storage operation is performed, wherein in normal operation, the working fluid of the working circuit evaporated and superheated only with the secondary heat exchanger and in the Storage operation with the secondary heat exchanger only evaporated and with the primary heat exchanger only superheated.
  • the secondary heat exchanger is provided, which ensures a thermal coupling with the secondary storage circuit.
  • the solar thermal power plant or the primary heat exchanger and the secondary heat exchanger are now operated depending on the instantaneous solar radiation.
  • the secondary heat exchanger or the amount of secondary storage fluid supplied to it is adjusted such that the amount of heat transferred to the working fluid is sufficient to vaporize it and subsequently to overheat it.
  • the secondary heat exchanger therefore serves as a combined evaporator and superheater.
  • the primary heat exchanger is not or only slightly acted upon by the solar fluid of the solar circuit, so that the working fluid in it no further heat is supplied.
  • the working cycle is operated in this respect only with heat from the secondary storage circuit.
  • the secondary storage circuit is connected fluidically to the solar circuit or is part of this.
  • the secondary heat exchanger or the throughput of the secondary storage fluid supplied to it is set in such a way that the heat transferred to the working fluid only evaporates it. In the storage operation, therefore, no overheating of the working fluid should take place in the secondary heat exchanger.
  • This is provided in the primary heat exchanger, which is present in the working circuit downstream of the secondary heat exchanger.
  • the primary heat exchanger or the throughput of the solar fluid supplied to it is accordingly set in such a way that the already evaporated working fluid supplied to it is overheated.
  • a further development of the invention provides that in normal operation the solar circuit is operated exclusively for charging the first primary heat accumulator.
  • the evaporation and overheating of the working fluid in normal operation should be carried out exclusively by means of the secondary heat exchanger. Accordingly, if the solar circuit and the secondary storage circuit are not fluidly connected, the heat present in the solar circuit is not required for the evaporation and / or overheating of the working fluid. Accordingly, it is fed to the primary heat storage or used to charge it. In this way, in the normal operation, a particularly fast charging of the first heat accumulator can be ensured, so that it is preferably fully charged in a storage operation following the normal operation.
  • the critical temperature in the critical point of the solar fluid at least by a factor of 1, 5, preferably by at least a factor of 3, is greater than the critical temperature in the critical point of the working fluid, or that as a solar fluid, a thermal oil is used and the critical temperature of the working fluid is at least 160 ° C.
  • a development of the invention provides that the solar thermal power plant is adjusted such that the solar fluid used in the solar cycle has a maximum temperature, in particular in or immediately after the solar collector, which is lower than its critical temperature, and / or that in Working fluid used in the working cycle has a maximum temperature, in particular in or immediately after the primary heat exchanger and / or secondary heat exchanger, which is greater than its critical temperature.
  • the setting of the solar thermal power plant takes place in particular by adjusting the respective fluid flow rate at the conveying means of the solar circuit and / or at the condensate pump of the working circuit and / or a conveying means of the secondary storage circuit and the inlet switching valve and the Auslassschaltventils.
  • the setting can be done controlling and / or regulating.
  • the maximum temperature of the solar fluid is usually in or immediately after the solar collector, in which the solar thermal energy is introduced into the solar fluid. This maximum temperature should always be below the critical temperature of the solar fluid so that the solar fluid is always in liquid form. This means, of course, that the pressure of the solar fluid in the solar circuit must be selected to be correspondingly high.
  • the maximum temperature of the solar fluid is at least 10% to 30%, for example about 15% to 20%, low. ger as the critical temperature, the indicated values are based on the latter.
  • the working fluid present in the working cycle usually has its maximum temperature in or immediately after the primary heat exchanger and / or the secondary heat exchanger, in which heat is transferred from the solar fluid or the secondary storage fluid to the working fluid. This should be done in such a way that the working fluid has a maximum temperature which is greater than the critical temperature of the working fluid. In that regard, in particular in the primary heat exchanger overheating of the working fluid should be made. As already stated above for the solar fluid, of course, the pressure of the working fluid must be selected such that it is also greater than or equal to the critical pressure.
  • the solar thermal power plant is additionally adjusted in such a way that the solar fluid used in the solar circuit is present under a pressure which is less than the critical pressure of its critical point, and / or the working fluid used in the working cycle under a pressure greater than the critical pressure of its critical point.
  • the maximum temperature and the pressure of the solar fluid are selected so that they lie on the boiling line of the solar fluid. At least, however, no change of state of aggregation should take place.
  • the solar fluid is so far always completely in liquid form and not, not even partially, as a gas. If the condition, then Temperature and pressure, the solar fluid is disposed on or at least near the boiling line, this can absorb a maximum amount of heat in the solar collector and transport in the direction of the heat exchanger. In this respect, optimal efficiency is realized with such a choice of maximum temperature and pressure in the solar circuit.
  • a development of the invention provides that the maximum temperature of the working fluid is chosen so that the working fluid after the expansion turbine occupies a state in its wet steam region and at least a certain vapor content, in particular between 0.75 and 1, 0, has.
  • the vapor content may also be referred to as the vapor mass fraction and indicates the distribution of the fluid in the wet steam region to its liquid and gaseous phases.
  • the working fluid is accordingly present only in liquid form, with a vapor content of 1 or 100% exclusively in gaseous form.
  • the state of the working fluid after the expansion turbine must be in the wet steam region of the working fluid. In this way it is ensured that the maximum proportion of the thermal energy contained in the working fluid is converted into mechanical energy in the expansion turbine.
  • the working fluid is exclusively in the gaseous state; the state is therefore so far on the dew point of the working fluid or even when the working fluid was overheated in the heat exchanger, at higher temperature and / or higher pressure.
  • the instantaneous state shifts in the direction of the dew-line or into the wet-steam area.
  • the steam content must not drop too much.
  • the steam content should always be greater than the specific steam content, this being, for example, between 0.75 and 1.0 (including these values).
  • the determined vapor content is greater than or equal to 0.9, that is less than 1.0.
  • an inlet switching valve and an outlet switching valve of the primary heat accumulator of the solar circuit are adjusted so that the temperature of the working fluid remains constant immediately after the primary heat exchanger regardless of solar radiation to the solar collector at least over a certain period.
  • the setting can be done controlling and / or regulating.
  • the primary heat accumulator has the primary heat storage tank connected fluidically to the solar circuit. If there is sufficient solar irradiation on the solar collector (at least the design solar irradiation correspondingly), the solar fluid present in the primary heat storage tank is heated.
  • the already heated solar fluid present in the primary heat accumulator is removed, transferred to the working fluid for operating the solar circuit and thus used for the constant delivery of the rated output.
  • the heat present in the secondary storage circuit can also be used. In particular, no ex- Energy, such as fossil energy supplied to ensure the operation of the work cycle and the output of the rated power.
  • the working cycle can thus be operated with the stored heat in the primary heat storage or the solar fluid and / or the secondary storage circuit at least over the specific period of time - which can also be referred to as design period - under delivery of constant rated power, wherein the working fluid after the primary heat exchanger and / or the secondary heat exchanger always at least approximately the same temperature has or does not fall below.
  • the inlet switching valve and the outlet switching valve which determine the inflow and outflow of the solar fluid from the primary heat storage are to be adjusted such that the exiting from the primary heat exchanger working fluid has a substantially constant temperature, regardless of the current solar radiation on the Solar collector, ie both in normal operation and in storage operation.
  • This primary heat storage tank is referred to below as a target tank or "swap tank.”
  • target tank Ideally, there are just as many source tanks as target tanks, to remove only the source tank of solar fluid and only to the target tank, the primary heat storage corresponding actuators, in particular control valves on By means of the latter, the solar fluid supplied to the primary heat accumulator can be distributed in a targeted manner to the primary heat storage tanks, thus in particular fed to a specific one of the primary heat storage tanks.
  • the solar fluid is taken from the target tank (filled after storage operation) and, after heating in the solar collector, is supplied to the source tank (empty after storage operation). In this way, only already heated solar fluid at a correspondingly high temperature is present in the source tank. In a storage operation immediately following normal operation, this makes it possible to use high-temperature solar fluid and correspondingly extremely efficient heating of the working fluid in the primary heat exchanger.
  • the primary heat storage tanks used as source tanks in the first normal operation or storage operation are used in the subsequent storage operation or normal operation as destination tank and vice versa. In that regard, there is an alternating use of the primary heat storage tanks as a source tank and as a target tank.
  • all of the primary heat storage tanks are at least temporarily used as swap tanks or swap tanks because emptying the swelling tank causes a pressure drop and a filling of the target tank causes a pressure increase
  • these primary heat storage tanks preferably have a pressure equalizing means respective Primary heat storage tank balanced, so that the pressure can be kept substantially constant.
  • a pressure equalizing means respective Primary heat storage tank balanced, so that the pressure can be kept substantially constant.
  • the respective volume not filled with the solar fluid in the source tank and / or the target tank is preferably filled with a filler.
  • a gaseous agent which is advantageously substantially inert to the solar fluid can be used under the conditions prevailing in the solar cycle.
  • the filler is used as the filler.
  • the pressure equalization line is now connected to the source tank and the target tank, that only the filler, but not the solar fluid, can be exchanged between it for pressure equalization.
  • the internal volume of the respective primary heat storage tank can be variable.
  • FIG. 2 shows the solar thermal power plant in a second embodiment, wherein a heating circuit is provided in addition to a solar circuit and a working cycle
  • FIG. 3 shows a schematic detail of the heating circuit, which in particular has a solar panel heater 31,
  • FIG. 4 shows the solar thermal power plant in a third embodiment, in which a secondary storage circuit is provided
  • Figure 5 shows the solar thermal power plant in a fourth embodiment, which also has the secondary storage circuit
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a solar thermal power plant 1 in a first embodiment, which essentially has a solar circuit 2 and a working circuit 3.
  • the solar circuit 2 comprises at least one solar collector 4, an inlet switching valve 5, a primary heat exchanger 6, an outlet switching valve 7 and a conveyor 8 (seen in a main flow direction during normal operation of the solar thermal power plant 1).
  • the solar circuit 2 is a primary heat accumulator 9 with at least one primary märtown Eaton 10 assigned. Between the individual elements line sections 11 to 17 are provided to produce a respective flow connection.
  • the solar collector 4 To the inlet switching valve 5, the solar collector 4, the primary heat exchanger 6 and the primary heat storage tank 10 via the respective line section 11, 12 and 16 are connected.
  • the primary heat exchanger 6, the conveyor 8 and also the primary heat storage tank 10 via the line sections 13, 14 and 17 are fluidly connected.
  • the primary heat accumulator 9 On the outlet switching valve 7 side facing away from the conveyor 8 is connected via the line section 15 of the solar collector 4 fluidically.
  • the primary heat accumulator 9 is arranged substantially parallel to the primary heat exchanger 6 in the solar circuit 2.
  • the primary heat storage tank 10 or its storage volume is fluidically connected directly to the solar circuit 2. In that regard, it serves for the intermediate storage of at least part of the solar fluid present in the solar circuit 2.
  • the primary heat storage tank 10 can accommodate a volume of the solar fluid, which corresponds to a multiple of the present in the other areas of the solar circuit 2 volume of the solar fluid.
  • the working cycle 3 consists of the primary heat exchanger 6, an expansion turbine 20, a condenser 21 and a condensate pump 22. These elements are in turn fluidly connected to each other via line sections 23 to 26.
  • the expansion turbine 20 and an output shaft 27 of the expansion turbine 20 is, for example, to a generator 28 for Generation of electricity connected.
  • the expansion turbine 20 is preferably designed as a steam turbine. It can be formed in one or more stages with the series connection of several expansion turbine stages.
  • the upstream - so upstream in the flow direction - expansion turbine stage is so far, for example, as a high-pressure turbine stage, the downstream downstream designed as a medium-pressure turbine stage and a low-pressure turbine stage.
  • the medium-pressure turbine stage can be omitted, so that only the high-pressure turbine stage and the low-pressure turbine stage are present.
  • the respective flow direction is indicated in FIG. 1 in the respective line section 11 to 17 or 23 to 26, in each case by an arrow.
  • the embodiment shown here is directed to solar thermal power plants 1 with any nominal power. In particular, both small rated power up to 2 MW, average rated power of 2 MW to 5 MW, as well as large power ratings of more than 5 MW can be realized. It consists of the two thermally coupled circuits, namely the solar circuit 2, in which the solar fluid is present, and the working circuit 3, which operates with a working fluid. With the aid of the two circuits 2 and 3, the solar thermal heat of the solar collector 4, which is in particular part of a solar field, received in an absorber tube of the solar fluid of the solar circuit 2 and heated and either the integrated into the solar circuit 2 primary heat accumulator 9 or the primary heat exchanger.
  • the absorber tube is for example part of a parabolic trough of the solar collector 4 or passes through it in or in the region of its focal line.
  • the solar field has at least the solar collector 4, but preferably has a plurality of solar panels 4.
  • Their absorber tubes can either be connected in parallel flow or in series. Of course, it is also possible that some of the solar panels 4 parallel and again other of the solar panels 4 are connected in series. Due to the temperature difference between the solar fluid in the primary heat exchanger 6 is transferred in this heat from the solar fluid to the working fluid to its evaporation and preferably overheating.
  • the vaporized and in particular superheated working fluid is supplied to the expansion turbine 20 for the purposes of stress relief, wherein mechanical energy is released, which is then converted in the generator 28 into electrical energy, for example for feeding into a power grid.
  • the relaxed, at least partially gaseous working fluid is condensed in a, for example, air or water cooled condenser 21 and supplied again by the condensate pump 22 to the primary heat exchanger 6 on the side of the working cycle 3. Then the evaporation and preferably overheating process of the working fluid begins again.
  • the solar fluid of the solar circuit 2 which cools down when heat is released to the working fluid is fed back via the conveying device 8, in particular a pump, to the solar collector 4 or its absorber tube for renewed absorption of solar heat.
  • the presented here solar thermal power plant is here both for the direct power generation during the day, so with sufficient sunlight (which is greater than or equal to a design sun radiation) on the solar panel 4, as well as for the storage of heat generated during the day for night operation or storage operation by means of the primary heat accumulator 9.
  • the solar thermal power plant 1 for example, in the solar circuit 2 and the working circuit 3, fluids, namely solar fluid and working fluid, are used which reach their respective boiling point at different temperatures and pressures.
  • the solar circuit 2 and the primary storage 9, for example, work with water or thermal oil as a solar fluid whose temperature is after the solar collector 4 290 ° C at about 75 bar.
  • the solar fluid after the solar collector 4 is in a state that lies on the boiling line of the solar fluid. In this state, the solar fluid can absorb its maximum amount of heat. For this reason, it can also be used simultaneously as storage fluid in the primary heat accumulator 9.
  • thermal oil can also be used as the solar fluid instead of the water.
  • the working cycle 3 operates, for example, with an alkane, for example propane, as the working fluid which is heated by heat supply and preferably overheating in the primary heat exchanger 6, for example at a temperature of 130 ° C. and a pressure of 60 bar, ie in particular in a supercritical state.
  • the expansion turbine 20 is supplied. Due to the considerable temperature difference between see the fluids of the two circuits 2 and 3 of 160 K is a continuous heat transfer from the solar fluid of the solar circuit 2 causes the working fluid of the working circuit 3, which turns out to be largely stable even with reduced solar radiation with concomitant drop in temperature at the solar collector 4.
  • the performance of the solar thermal power plant 1 is designed so that both the heat for direct power generation by means of the expansion turbine 20, as well as the required amount of solar heat for night operation, in which the solar radiation is below the design sun radiation is taken during the day in normal operation.
  • the heat is absorbed by the circulating in the solar circuit 2 at pressures of about 75 bar to about 125 bar solar fluid in the solar collector 4, wherein it heats up to about 290 ° C.
  • the amount of heat absorbed in this way is transferred to a specific part (for example to one third) on the working cycle 3 working with the working fluid for direct generation of mechanical energy with subsequent conversion into electrical energy.
  • the remaining part of the amount of heat absorbed by the solar collector 4 is stored at the given pressure of the solar fluid in the primary heat accumulator 9 for operation at low solar radiation, ie a storage operation, in particular night operation.
  • the solar fluid in the solar circuit 2 including the primary heat accumulator 9 incorporated therein absorbs at the aforementioned pressure and the aforementioned temperature the highest thermal storable amount of heat that is substantially greater than that Amount of heat required to evaporate and overheat the working fluid in the working cycle 3 during low sunshine storage operation to maintain the performance of the solar thermal power plant 1. If the solar radiation falls below the design sun radiation, the system switches from normal operation to storage operation.
  • the heat required to maintain the (rated) power of the solar thermal power plant 1 is now taken from the primary heat accumulator 9, wherein the extracted solar fluid at the beginning (at previously fully charged primary heat accumulator 9) has a temperature of about 290 ° C.
  • the extracted solar fluid is fed to the primary heat exchanger 6 for evaporation and preferably overheating of the working fluid to further about 130 ° C.
  • the vaporized or superheated working fluid is supplied in a gaseous state to the expansion turbine 20 at supercritical pressure and supercritical temperature.
  • the mechanical energy generated is converted into electrical energy.
  • the amount of heat transferred from the primary heat accumulator 9 to the working cycle 3 during the storage operation at low solar irradiation has - due to the cooling of the solar fluid contained in the solar circuit 2 - a steady reduction in the temperature difference between the primary heat accumulator 9 and working cycle 3 necessary for the heat transfer.
  • the solar thermal power plant is about 1 g load capacity and not, as well known power plants, which rely on renewable energies, is only suitable for covering peak loads.
  • the storage operation is ensured even without supply of external energy that over the design period - on which in particular the primary heat accumulator 9 or its storage volume is tuned - constant, the rated power of the solar thermal power plant 1 is achieved.
  • the solar thermal power plant 1 presented here is largely weather-independent, which means a good predictability of the electrical power generated and, accordingly, the presence of the base load capacity.
  • the temperature of the solar fluid in the solar circuit 2 drops.
  • the temperature of the process for maintaining the evaporation ungs and especially the overheating process at about 130 ° C should be kept constant.
  • the height of the drop in temperature in the solar circuit 2 corresponds to the reduction of the temperature difference to the working cycle 3.
  • the solar thermal power plant 1 In the operation of the solar thermal power plant 1, this is preferably set such that the solar fluid used in the solar circuit 2 has a maximum temperature which is lower than its critical temperature. Alternatively or additionally, the adjustment can be made such that the working fluid used in the working cycle 3 has a maximum temperature that is greater than its critical temperature. The same applies with regard to the critical pressure of the two fluids. Particularly preferably, the maximum temperature and the pressure of the solar fluid should lie on the boiling line of the solar fluid.
  • the solar thermal power plant 1 is set in such a way that, independently of a solar irradiation tion on the solar collector 4, the temperature of the working fluid immediately after passing through the primary heat exchanger 6 at least over a certain period of time, the design period remains constant.
  • the temperature of the solar fluid should always be at least high enough, even when solar fluid is removed from the primary heat accumulator 9, that evaporation and / or overheating of the working fluid in the primary heat exchanger 6 and thus operation of the working cycle 3 or its expansion turbine 20 always, so regardless of the solar radiation to the solar collector 4, in particular while maintaining the rated power of the solar thermal power plant 1, is possible.
  • the solar thermal power plant 1 can, in principle, be designed for operation at any suitable temperature, in spite of the temperatures given above purely by way of example.
  • the solar circuit 2 can therefore also be operated at a different temperature of 290 ° C (at then correspondingly adapted pressure) and the working cycle 3 at a temperature deviating from 130 ° C temperature.
  • the supply of external energy is not necessary.
  • the bridging over of the design period is also possible in particular because of the primary heat accumulator 9, which serves for the direct intermediate storage of the solar fluid.
  • the primary heat storage 9 therefore, no heat exchanger is included, which transfers heat from the solar fluid to a (heat) storage medium during normal operation. The heat is removed from the storage medium and supplied to the solar fluid for carrying out the storage operation. Rather, the entire storage volume of the primary heat store 9 or its primary heat storage tank 10 can be flowed through by the solar fluid.
  • the primary heat accumulator 9 in this case has a storage volume which is sufficiently large and is tuned in particular to the design period.
  • the advantages achieved by the primary heat accumulator 9 can be further improved by the appropriate choice of solar fluid and working fluid.
  • the critical temperature in the critical point of the solar fluid - in degrees Celsius - at least by a factor of 1, 5 should be greater than the critical temperature in the critical point of the working fluid.
  • the critical temperature of the solar fluid is preferably significantly greater, for example by at least a factor of 3, than the critical temperature of the working fluid.
  • factors of at least 1.5 exist; for example, at least 1, 6; at least 1, 75 or at least 2.0.
  • the boiling point temperatures of the two fluids differ - on an absolute scale with the unit Kelvin - by factors of at least 1.3; for example, at least 1, 4; at least 1, 5 or at least 1, 6.
  • the boiling point temperature of the working fluid is, for example, at least 100 K lower than that of the solar fluid.
  • 2 shows a second embodiment of the solar thermal power plant 1. This corresponds in principle to the already presented with reference to FIG 1 embodiment, so far reference is made to the above statements.
  • a heating circuit 29 is provided, in which a heating fluid is used. The heating fluid passes through the condenser 21 and serves as a coolant for the working fluid.
  • the heating circuit 29 has a circulating pump 30 with which the heating fluid is circulated through the heating circuit 29.
  • the heating circuit 29 comprises, for example, a solar collector heater 31.
  • the solar collector heater 31 serves to heat the solar collector 4 or a reflector (not shown) of the solar collector 4.
  • the mass flow of the heating fluid flowing through the solar collector heater 31 can be controlled and / or regulated by means of a cross section adjustment member 32 become.
  • the mass flow rate by means of a further Querterrorismsverstellglieds 34 is also adjustable.
  • the Querterrorismsverstell- member 34 is preferably formed automatically, so opens when there is a certain pressure in the condenser 21. In this way, the distribution of the heating fluid to the solar panel heater 31 and the radiator 33 can be adjusted solely by means of Querterrorismsverstellglieds 32. If a large mass flow is to flow through the solar collector heater 31, the cross-section adjustment member 32 is opened, with the cross-section adjustment member 34 automatically closing at the same time. When the cross-section adjustment member 32 is closed, on the other hand, the transverse opening Thomasverstellglied 34, because by the circulation pump 30, the pressure present in the condenser 21 increases.
  • FIG. 3 shows a schematic detail view of the heating circuit 29.
  • the cooler 33 is designed as an evaporator in a heat exchanger whose further constituent is a compressor 36 and a capacitor 37 are.
  • heat is transferred from the heating circuit 29 to a further heating circuit 35, wherein the temperature after the heat pump in the further heating circuit 35 may be higher than the temperature in the heating circuit 29.
  • the throughput through the heat pump can be adjusted via a throttle element 38 or be constantly elected.
  • the further heating circuit 35 has a flow side 39 and a return side 40, wherein the fluid of the further heating circuit 35 and the flow side thereof, for example, a radiator of a living room is supplied. Subsequently, the fluid reaches the return side 40 and is correspondingly re-supplied to the condenser 37 of the heat pump.
  • the fluid can in principle be chosen arbitrarily. However, water is particularly preferably used.
  • a storage circuit with a storage fluid, which is fluidly separated from the solar circuit 2 and the working circuit 3.
  • a further heat storage tank may be provided, containing a storage medium, which is preferably different from the solar fluid, the working fluid and / or the storage fluid.
  • the solar thermal power plant 1 has in the embodiment described here via a secondary heat exchanger 41, which is present in the working circuit 3 in terms of flow in front of the primary heat exchanger 6. At the same time, it is usually arranged downstream of the condensate pump 22, that is to say therefore in the flow direction of the working cycle 3 between the condensate pump 22 and the primary heat exchanger 6. Via the secondary heat exchanger 41, a secondary storage cycle 42 is coupled to the working cycle 3 to transfer heat. However, there is neither a flow connection between the secondary storage circuit 42 and the solar circuit 2 nor the secondary storage circuit 42 and the working circuit 3 before.
  • a secondary storage fluid is provided, which is circulated by means of a conveyor 43.
  • the secondary storage circuit 42 also has a solar collector 44 associated therewith. It may be a different from the solar panel 4 solar collector 44, which is assigned to the same or a different solar field than the solar panel 4. However, it may alternatively be provided that the solar panels 4 and 44 represent the same solar collector 4/44. In this case, for example, the solar collector 4/44 a plurality of absorber lines, wherein at least one the absorber lines to the solar circuit 2 and at least one further of the absorber lines is assigned to the secondary storage circuit 42. If in the following of the solar panels 4 and 44 is mentioned, so that both the separate design of the solar panels and the corresponding absorber line of the solar panel 4/44 is meant.
  • the secondary storage fluid of the secondary storage circuit 42 can be heated by means of the solar radiation, that is to say that solar heat is absorbed in the solar collector 44 when there is sufficient solar radiation.
  • the secondary storage fluid is supplied to the secondary heat exchanger 41. Accordingly, with a sufficiently large temperature difference between the secondary storage fluid and the working fluid, heat can be transferred from the secondary storage fluid to the working fluid.
  • the thus already heated in the secondary heat exchanger 41 working fluid then flows through the primary heat exchanger 6 and can be further heated in this with appropriate control of the solar thermal power plant 1.
  • the secondary heat exchanger 41 is designed as a storage heat exchanger.
  • the secondary heat exchanger 41 not only serves to transfer heat from the secondary storage circuit 42 into the working circuit 3, but additionally intends to store heat temporarily. This should be sufficient to continue the working cycle 3 at least over a certain period, in particular the design period, during which the solar thermal power plant 1 continues to reach its rated power.
  • the secondary heat exchanger 41 present as a storage heat exchanger has two integrated heat exchangers. With the aid of a first one of the heat exchangers, heat can be transferred from the secondary storage circuit 42 to a storage medium provided in the secondary heat exchanger 41. The second of the heat exchangers serves to remove heat from the storage medium and to supply the working cycle 3. The thermal coupling of secondary storage circuit 42 and working cycle 3 is achieved only indirectly via the storage medium.
  • the storage medium can in principle be chosen arbitrarily.
  • it is a salt, in particular a liquid salt or a liquid salt mixture.
  • the latter is preferably composed of sodium nitrate and potassium nitrate.
  • other suitable substances for example a latent heat storage material, as the storage medium.
  • the secondary heat exchanger 41 is present for example as a heat storage tank arrangement with at least one heat storage tank. In the heat storage tank, the storage medium is arranged.
  • the size of the secondary heat exchanger 41 or the amount of the storage medium is particularly dependent on the length of the design period and the rated power. The longer the former is, the more storage medium has to be expended in order to be able to temporarily store the quantity of heat required for complete bridging in the secondary heat exchanger 41.
  • the solar thermal power plant 1 is to be set such that the working fluid only evaporates with the aid of the secondary heat exchanger 41 and is only superheated in the primary heat exchanger 6 following this flow technology. Accordingly, the secondary heat exchanger 41 operates only as an evaporator and the primary heat exchanger 6 only as a superheater, which receives the already evaporated fluid from the secondary heat exchanger 41, superheated and then the expansion turbine 20 provides.
  • the expansion turbine 20 - as described above - has several expansion turbine stages, which are designed for different input pressures due to their fluidic series connection.
  • the output pressure of the upstream expansion turbine stage usually corresponds to the inlet pressure of the expansion turbine stage immediately following in the direction of flow.
  • the working fluid of the first expansion turbine stage is supplied, which is designed for the highest input pressure.
  • the rated output is usually exceeded.
  • the working fluid is fed to one of the first expansion turbine stage fluidly downstream expansion turbine stage.
  • this expansion turbine stage is selected such that its design inlet pressure essentially corresponds to the prevailing pressure of the working fluid.
  • the solar thermal power plant 1 can be operated at its rated power. It is still no supply of external energy necessary.
  • differently designed expansion turbines 20 can be used for normal operation and storage operation.
  • the working fluid is supplied to a high-pressure expansion turbine and during the storage operation to a low-pressure expansion turbine, the latter permitting operation of the solar thermal power plant 1 at its rated power.
  • the nominal power is usually even exceeded.
  • the secondary heat exchanger 41 is used only for evaporation and the primary heat exchanger 6 only for overheating of the working fluid both in normal operation and during storage operation. Accordingly, in this second operating mode in normal operation, the solar fluid must be used not only for charging the primary heat accumulator 9, but also for operating the primary heat exchanger 6.
  • FIG. 5 shows a fourth embodiment of the solar thermal power plant 1.
  • the secondary storage circuit 42 and hence the secondary heat exchanger 41 are fluidically connected to the solar circuit 2.
  • the secondary storage fluid thus corresponds to the solar fluid.
  • switching valves 45 and 46 are provided in order to divide the solar fluid to the primary heat exchanger 6 and the secondary heat exchanger 41.
  • An output of the switching valve 45 and the switching valve 46 is connected to the primary heat exchanger 6 and the secondary heat exchanger 41, respectively.
  • Further connections of the switching valves 45 and 46 are connected to further regions of the solar circuit 2, for example the switching valve 45 to the line section 12 and the switching valve 46 to the line section 13.
  • This embodiment is particularly advantageous when the secondary heat exchanger 41 as a storage heat exchanger according to the above embodiments is formed.
  • the solar fluid heated in the solar collector 4 or 44 can be used for charging the primary heat accumulator 9, for operating the primary heat exchanger 6 and / or for operating the secondary heat exchanger 41.
  • the primary heat exchanger 6 has a lower heat capacity than the secondary heat exchanger 41 present, for example, as a storage heat exchanger.
  • the secondary heat exchanger 41 is preferably designed such that the heat stored in it during the storage operation over the entire design period is sufficient to completely vaporize the working fluid of the working cycle 3 supplied to it without solar fluid of the solar circuit 2 being there is supplied.
  • the switching valves 45 and 46 are thus adjusted so that the entire circulated and in particular the primary heat accumulator 9 taken solar fluid is the primary heat exchanger 6 is supplied.
  • the primary heat accumulator 9 is thus designed so that it can supply heat in the accumulator operation over the entire design period, which is sufficient to overheat the supplied by the secondary heat exchanger 41 working fluid by means of the primary heat exchanger 6.
  • the inlet switching valve 5 is in fluid communication with the solar collector 4 via the line section 50 and via the line section 51 with a switching valve 62.
  • a flow connection to the primary heat accumulator 9 or the primary heat storage tank 10 is established via the line section 58.
  • the switching valve 62 is connected via the line section 52 with the primary heat exchanger 6, which in turn is on the side facing away from the switching valve 62 via the line section 53 in flow communication with a switching valve 63.
  • the switching valves 61 and 62 directly, so not via the primary heat exchanger 6, connected to each other.
  • the switching valve 63 is connected to the conveyor 8, which in turn is connected via the line section 55 with a switching valve 64.
  • the switching valve 64 is in fluid communication with the solar collector 4 via the line section 56 and with the outlet switching valve 7 via the line section 61.
  • Throttle elements 65 are provided in some of the pipe sections 50 to 61, but these are optional.
  • the switching valves 62 to 64 may be provided as well as the inlet switching valve 5 and the outlet switching valve 7 for continuously adjusting the mass flow flowing therethrough. Accordingly, the solar fluid can be guided in each case with the desired mass flow into the line section connected to the respective switching valve.
  • the solar fluid flows from the solar collector 4 through the pipeline. sections 51 and 52 to the primary heat exchanger 6, further through the line sections 53 and 54 to the conveyor 8 and finally through the line sections 55 and 56 again to the solar collector 4.
  • it may be provided for charging the primary heat accumulator 9, a part of heated solar fluid, which is adjustable in particular by means of the inlet switching valve 5, to lead through the line section 58 to the primary heat accumulator 9.
  • a corresponding amount of not yet heated solar fluid is removed from the primary heat accumulator 9 and passed through the line sections 59 and 60 to the switching valve 63, from where it in turn passes through the line section 54 to the conveyor 8.
  • the solar fluid should be taken from the primary heat accumulator 9 via the line section 58 and fed via the inlet switching valve and the line sections 51 and 52 to the primary heat exchanger 6. Subsequently, the solar fluid flows through the line sections 53 and 54 to the conveyor 8, from which it passes through the line sections 55, 61 and 59 in turn into the primary heat accumulator 9.
  • the secondary heat exchanger 41 can also be fluidly connected to the solar circuit 2, as described with reference to FIG. He is preferably provided parallel to the primary heat exchanger 6 in the solar circuit 2.

Abstract

The invention relates to a solar thermal power plant (1) comprising at least one solar collector (4) of a solar circuit (2) and comprising an expansion turbine (20) associated with a working circuit (3). The solar circuit (2) and the working circuit (3) are coupled to each other via at least one primary heat exchanger (6); the solar circuit (2) has a solar fluid, and the working circuit has a working fluid. The solar circuit (2) is associated with a primary heat accumulator (9) which has at least one primary heat accumulator tank (10) for the solar fluid of the solar circuit (2), said accumulator tank being connected in parallel to the primary heat exchanger (6) in particular. The invention further relates to a method for operating a solar thermal power plant (1).

Description

Solarthermisches Kraftwerk sowie Verfahren zum Betreiben eines solarthermischen Kraftwerks  Solar thermal power plant and method for operating a solar thermal power plant
Beschreibung Die Erfindung betrifft ein solarthermisches Kraftwerk, mit wenigstens einem Sonnenkollektor eines Solarkreislaufs und einer einem Arbeitskreislauf zugeordneten Expansionsturbine, wobei der Solarkreislauf und der Arbeitskreislauf über wenigstens einen Primärwärmetauscher miteinander gekoppelt sind und der Solarkreislauf ein Solarfluid und der Arbeitskreislauf ein Arbeitsfluid aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines solarthermischen Kraftwerks. The invention relates to a solar thermal power plant having at least one solar collector of a solar circuit and an expansion turbine associated with a working cycle, wherein the solar circuit and the working circuit are coupled to each other via at least one primary heat exchanger and the solar circuit comprises a solar fluid and the working circuit has a working fluid. The invention further relates to a method for operating a solar thermal power plant.
Solarthermische Kraftwerke der eingangs genannten Art sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Sie weisen mehrere Kreisläufe auf, zumindest jedoch den Solarkreislauf und den Arbeitskreislauf. In dem Solarkreislauf liegt das Solarfluid und in dem Arbeitskreislauf das Arbeitsfluid vor, wobei keine unmittelbare Strömungsverbindung zwischen dem Solarkreislauf und dem Arbeitskreislauf gegeben ist, sondern lediglich eine Wärmekopplung über den Primärwärmetauscher. Beide Fluide werden üblicherweise mittels einer Fördereinrichtung in dem jeweiligen Kreislauf umgewälzt. Sowohl der Solarkreislauf als auch der Arbeitskreislauf sind vorzugsweise geschlossene Kreisläufe, was bedeutet, dass die in ihnen enthaltene Fluidmenge des jeweiligen Fluids idealerweise bis auf eventuelle Leckageverluste konstant bleibt. Das Solarfluid kann als erstes Fluid und das Arbeitsfluid als zweites Fluid bezeichnet sein. Das in dem Solarkreislauf vorliegende Solarfluid wird bei Sonneneinstrahlung auf den Sonnenkollektor in diesem erhitzt, wobei sich seine Enthalpie, insbesondere die in ihm enthaltene innere Energie, vergrößert. Üblicherweise weist daher das Solarfluid im Bereich des strömungstechnisch in dem Solarkreislauf auf den Sonnenkollektor folgenden Primärwärmetauschers eine höhere Temperatur auf als das Arbeitsfluid. Mittels des Primärwärmetauschers kann bedingt durch die Temperaturdifferenz Wärme von dem Solarfluid auf das Arbeitsfluid übertragen werden. Üblicherweise ist der Primärwärme- tauscher als Verdampfer beziehungsweise Überhitzer ausgebildet, sodass das Arbeitsfluid in ihm verdampft und/oder überhitzt wird. Das Arbeitsfluid gelangt insoweit in gasförmigem Zustand in die Expansionsturbine. In dieser wird die Totalenthalpie des gasförmigen Arbeitsfluids genutzt, um die thermische Energie des Arbeitsfluids teilweise, insbesondere mit einem Wirkungsgrad von etwa 75 % bis 80 %, in mechanische Energie umzuwandeln. Die Expansionsturbine wird beispielsweise zum Antreiben eines Generators und insoweit zur Stromerzeugung verwendet. Die Expansionsturbine kann dabei grundsätzlich beliebig ausgeführt sein, insbesondere als einstufige oder mehrstufige Expansionsturbine beziehungsweise Dampfturbine. Solar thermal power plants of the type mentioned are basically known from the prior art. They have several circuits, but at least the solar circuit and the working cycle. In the solar circuit, the solar fluid and in the working cycle, the working fluid is present, with no direct flow connection between the solar circuit and the working cycle is given, but only a heat coupling through the primary heat exchanger. Both fluids are usually circulated by means of a conveyor in the respective circuit. Both the solar circuit and the working circuit are preferably closed circuits, which means that the amount of fluid contained in the respective fluid ideally remains constant except for possible leakage losses. The solar fluid may be referred to as the first fluid and the working fluid as the second fluid. The solar fluid present in the solar circuit is heated by solar radiation in the solar collector in this, with its enthalpy, in particular the internal energy contained in it increases. Usually, therefore, the solar fluid in the region of the fluidically in the solar circuit following the solar collector primary heat exchanger to a higher temperature than the working fluid. By means of the primary heat exchanger can be transmitted due to the temperature difference heat from the solar fluid to the working fluid. Usually, the primary heat exchanger is designed as an evaporator or superheater, so that the working fluid in it is evaporated and / or overheated. The working fluid enters so far in gaseous state in the expansion turbine. In this, the total enthalpy of the gaseous working fluid is used to partially convert the thermal energy of the working fluid, in particular with an efficiency of about 75% to 80%, into mechanical energy. The expansion turbine is used, for example, for driving a generator and thus for generating electricity. The expansion turbine can basically be designed arbitrarily, in particular as a single-stage or multi-stage expansion turbine or steam turbine.
Bei bekannten solarthermischen Kraftwerken wird in dem Solarkreislauf ein Wärmeträgeröl beziehungsweise Thermoöl als Solarfluid verwendet. Bei normaler Sonneneinstrahlung wird das Wärmeträgeröl des Solarkreislaufs in dem Sonnenkollektor bis auf etwa 420°C erhitzt. Diese Temperatur reicht aus, um das als Arbeitsfluid in dem Arbeitskreislauf verwendete Wasser auf etwa 390°C zu erwärmen, zu verdampfen und zu überhitzen. Anschließend wird das Wasser in gasförmigem Zustand der Expansionsturbine zugeführt. Der in dem Arbeitskreislauf ablaufende Prozess kann beispielsweise mittels des Clausius-Rankine-Kreisprozesses zumindest näherungsweise beschrieben werden. Das Arbeitsfluid wird entsprechend abwechselnd bei niedrigem Druck kondensiert und bei hohem Druck verdampft. In der vorliegenden Anmeldung werden grundsätzlich absolute Tempe- raturen in Grad Celsius (°C) und Temperaturdifferenzen in Kelvin (K) angegeben. In known solar thermal power plants, a thermal oil or thermal oil is used as solar fluid in the solar circuit. In normal sunlight, the heat transfer oil of the solar circuit in the solar collector is heated up to about 420 ° C. This temperature is sufficient to heat the water used as working fluid in the working cycle to about 390 ° C, to evaporate and overheat. Subsequently, the water is supplied in the gaseous state of the expansion turbine. The running in the working cycle process can for example by means of Clausius-Rankine cycle process are described at least approximately. The working fluid is accordingly condensed alternately at low pressure and evaporated at high pressure. In the present application, absolute temperatures are given in degrees Celsius (° C) and temperature differences in Kelvin (K).
Üblicherweise verfügen die bekannten solarthermischen Kraftwerke zusätzlich über einen strömungstechnisch von dem Arbeitskreislauf und dem Solarkreislauf getrennt vorliegenden Speicherkreislauf, in welchem zum Beispiel Salzwasser als Speicherfluid verwendet wird. Beim Betreiben des solarthermischen Kraftwerks können, bedingt durch wechselnde Umgebungsbedingungen, starke Schwankungen in der erzeugbaren elektrischen Leistung auftreten. Aus diesem Grund ist der Speicherkreislauf vorgesehen, um nicht lediglich zur Deckung einer Spitzenlast der angeschlossenen Verbraucher einsetzbar zu sein, sondern überdies auch zumindest teilweise zur Abdeckung einer Mittellast beziehungsweise einer Grundlast beitragen zu können. Reicht die Sonneneinstrahlung aus, ist also größer oder gleich einer Auslegungssonneneinstrahlung, so wird mit einem Teil der in dem Solarkreislauf beziehungsweise in dem Solarfluid vorliegenden Wärme das Speicherfluid auf etwa 290°C erwärmt. Sobald die Sonneneinstrahlung geringer ist als die Auslegungssonneneinstrahlung, beispielsweise bei Bewölkung oder nachts, kann die Temperatur in dem Solarkreislauf deutlich, beispielsweise um mehr als 20 K, abfallen. Usually, the known solar thermal power plants additionally have a fluidically separated from the working cycle and the solar circuit present storage circuit, in which, for example, salt water is used as storage fluid. When operating the solar thermal power plant can occur due to changing environmental conditions, strong fluctuations in the electric power generated. For this reason, the storage circuit is provided in order not to be used only to cover a peak load of the connected consumers, but also to be able to contribute at least partially to cover a medium load or a base load. If the solar radiation is sufficient, ie if it is greater than or equal to a design solar radiation, the storage fluid is heated to approximately 290 ° C. with a portion of the heat present in the solar circuit or in the solar fluid. As soon as the solar radiation is lower than the design sun radiation, for example in the case of cloud cover or at night, the temperature in the solar circuit can drop significantly, for example by more than 20 K.
Weil das Speicherfluid eine geringere Temperatur aufweist als das Solarfluid, die zudem noch kleiner ist als die in dem Arbeitskreislauf benötigte Temperatur, muss bei wenigstens teilweiser Unterbre- chung der solaren Wärmezufuhr aus dem Solarkreislauf, also bei Unterschreiten der Auslegungssonneneinstrahlung durch die momentane Sonneneinstrahlung - trotz der Nutzung von Wärme aus dem Speicherkreislauf - dem Arbeitskreislauf zur Aufrechterhaltung der für die Expansionsturbine notwendigen Sattdampftemperatur von etwa 390°C zusätzliche externe Wärme zugeführt werden. Entsprechend muss die Temperatur in dem Arbeitskreislauf - ausgehend von den 290°C in dem Speicherkreislauf - mit Hilfe externer, insbesondere fossiler Energie um 100K angehoben werden. Bei einer Sonneneinstrahlung unterhalb der Auslegungssonneneinstrahlung arbeiten die aus dem Stand der Technik bekannten solarthermischen Kraftwerke mittels dieser dualen beziehungsweise hybriden Wärmezufuhr maximal etwa acht Stunden, bis die Temperatur des Speichermediums beziehungsweise des Speicherfluids und damit der Wirkungsgrad des solarthermischen Kraftwerks so weit abgesunken sind, dass ein weiteres Betreiben nicht sinnvoll ist. Die bekannten solarthermischen Kraftwerke können insoweit kaum oder lediglich teilweise zur Abdeckung der Mittellast und der Grundlast dienen und auch dies nur unter Zuführung externer Wärme bezie- hungsweise externer Energie. Because the storage fluid has a lower temperature than the solar fluid, which is even smaller than the temperature required in the working cycle, must be at least partially Unterbre- chung the solar heat supply from the solar circuit, so when falling below the design sun radiation by the current solar radiation - despite the use of heat from the storage circuit - the working circuit to maintain the necessary for the expansion turbine saturated steam temperature of about 390 ° C additional external heat to be supplied. Accordingly, the temperature in the working cycle - starting from the 290 ° C in the storage cycle - with the help of external, especially fossil energy must be increased by 100K. In solar radiation below the design sun radiation known from the prior art solar thermal power plants work by means of this dual or hybrid heat supply maximum about eight hours until the temperature of the storage medium or the storage fluid and thus the efficiency of the solar thermal power plant have dropped so far that another Operation does not make sense. The known solar thermal power plants can hardly or only partially serve to cover the medium load and the base load, and this only with the supply of external heat or external energy.
Es ist insoweit Aufgabe der Erfindung, ein solarthermisches Kraftwerk vorzustellen, welches den eingangs genannten Nachteil nicht aufweist, sondern ein effizientes Betreiben bei vorübergehend geringer oder ohne Sonneneinstrahlung über einen langen Zeitraum von beispielsweise mehr als acht Stunden, insbesondere ohne Zufuhr von externer Energie, ermöglicht. It is an object of the invention to provide a solar thermal power plant, which does not have the disadvantage mentioned above, but an efficient operation at temporarily low or without solar radiation over a long period of, for example, more than eight hours, in particular without supply of external energy possible.
Dies wird erfindungsgemäß mit einem solarthermischen Kraftwerk mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass dem Solarkreislauf ein Primärwärmespeicher zugeordnet ist, der wenigstens einen, insbesondere parallel zu dem Wärmetauscher angeschlossenen, Primärwärmespeichertank für das Solarfluid des Solarkreislaufs aufweist. Wie eingangs bereits erwähnt, können aus dem Stand der Technik bekannte solarthermische Kraftwerke über einen (allerdings nicht obligatorischen) Speicherkreislauf verfügen, welcher strömungstechnisch von dem Solarkreislauf und dem Arbeitskreislauf getrennt ist. Beispielsweise liegt in dem bekannten Speicherkreislauf Salzwasser als Speicherfluid vor. Alternativ ist es auch bekannt, einen Wärmespeichertank mit einem Speichermedium, beispielsweise einem Salz oder dergleichen, zu verwenden. Dagegen soll es nun vorgesehen sein, dass der Primärwärmespeicher unmittelbar dem Solarkreislauf zugeordnet ist und der Primärwärmespeichertank zur Aufnahme und insbesondere Zwischenspeicherung des Solarfluids an den Solarkreislauf angeschlossen ist. Vorzugsweise liegt der Primärwärmespeichertank dabei strömungstechnisch parallel zu dem Primärwärmetauscher vor. This is inventively achieved with a solar thermal power plant with the features of claim 1. It is intended that the solar circuit is associated with a primary heat accumulator having at least one, in particular connected parallel to the heat exchanger, primary heat storage tank for the solar fluid of the solar circuit. As already mentioned, known from the prior art solar thermal power plants via a (not mandatory) have a memory circuit which is fluidly separated from the solar circuit and the working cycle. For example, salt water is present as storage fluid in the known storage cycle. Alternatively, it is also known to use a heat storage tank with a storage medium, for example a salt or the like. By contrast, it should now be provided that the primary heat storage is assigned directly to the solar circuit and the primary heat storage tank for receiving and especially temporary storage of solar fluid is connected to the solar circuit. Preferably, the primary heat storage tank is fluidically parallel to the primary heat exchanger.
Der Solarkreislauf weist in Primärströmungsrichtung insbesondere die folgenden Elemente auf: Den Sonnenkollektor, ein Einlassschalt- ventil, den Primärwärmetauscher, ein Auslassschaltventil sowie eine Fördereinrichtung zur Förderung des Solarfluids durch den Solarkreislauf. Das Einlassschaltventil und das Auslassschaltventil weisen jeweils zumindest drei Anschlüsse auf, wobei an das Einlassschaltventil beziehungsweise dessen Anschlüsse der Sonnenkollektor, der Primärwärmetauscher und der Primärwärmespeichertank angeschlossen sind. An das Auslassschaltventil beziehungsweise dessen Anschlüsse sind dagegen der Primärwärmetauscher, die Fördereinrichtung und wiederum der Primärwärmespeichertank angeschlossen. Der Primärwärmespeichertank liegt insoweit strömungstech- nisch zwischen dem Einlassschaltventil und dem Auslassschaltventil vor. Mittels des Einlassschaltventils und des Auslassschaltventils sind die Massenströme des Solarfluids durch die jeweiligen Anschlüsse einstellbar, vorzugsweise stufenlos. Das Einstellen kann dabei gesteuert und/oder geregelt erfolgen. Selbstverständlich ist jedoch auch ein anderer struktureller Aufbau des solarthermischen Kraftwerks realisierbar. The solar circuit has in the primary flow direction in particular the following elements: The solar collector, an inlet switching valve, the primary heat exchanger, an outlet switching valve and a conveyor for conveying the solar fluid through the solar circuit. The inlet switching valve and the outlet switching valve each have at least three ports, wherein the solar collector, the primary heat exchanger and the primary heat storage tank are connected to the inlet switching valve or its terminals. On the other hand, the primary heat exchanger, the conveyor and in turn the primary heat storage tank are connected to the outlet switching valve or its connections. The primary heat storage tank is located so far between the inlet switching valve and the outlet switching valve. By means of the inlet switching valve and the outlet switching valve, the mass flows of the solar fluid through the respective connections are adjustable, preferably continuously. The setting can be controlled and / or regulated. Of course, however, another structural design of the solar thermal power plant can be realized.
Der Primärwärmespeicher beziehungsweise dessen Primärwärmespeichertank weist ein Speichervolumen auf, welches bevorzugt voll- ständig mit dem Solarfluid befüllbar ist. Das Speichervolumen ist dabei insbesondere größer als das Fluidvolumen des Solarfluids in den weiteren Bereichen des solarthermischen Kraftwerks. Ein Großteil des Solarfluids kann sich daher zu jedem Zeitpunkt in dem Primärwärmespeicher befinden und bei Bedarf entnommen oder zugeführt werden. Der Primärwärmespeicher beziehungsweise der Primärwärmespeichertank ist besonders bevorzugt als Schichtladespeicher ausgebildet. Das bedeutet, dass das Solarfluid während des Zwi- schenspeicherns in dem Primärwärmespeicher entsprechend seiner Temperatur an unterschiedlichen Positionen, insbesondere in unter- schiedlichen Höhen, eingeschichtet wird. Ermöglicht wird dies durch die temperaturabhängige Dichte des Solarfluids. Die Schichtung kann beispielsweise durch eine geeignete Führung des Solarfluids in dem Speichervolumen beziehungsweise dem Primärwärmespeichertank erreicht werden. Gegenüber den bekannten solarthermischen Kraftwerken entfällt insoweit die unbedingte Notwendigkeit, einen separaten Speicherkreislauf vorzusehen, um einen Betrieb bei geringer Sonneneinstrahlung zu ermöglichen. Vielmehr wird unmittelbar das Solarfluid bei hoher Temperatur vorgehalten, um auch längere Zeiträume bei geringer oder ohne Sonneneinstrahlung auf den Sonnenkollektor, insbesondere unter konstanter Beibehaltung der Nennleistung, überbrücken zu können. Die Temperatur des gespeicherten Solarfluids ist dabei insbesondere höher als die kritische Temperatur des Ar- beitsfluids, worauf nachfolgend noch detaillierter eingegangen wird. The primary heat store or its primary heat storage tank has a storage volume which can preferably be completely filled with the solar fluid. The storage volume is in particular greater than the fluid volume of the solar fluid in the other areas of the solar thermal power plant. A large part of the solar fluid can therefore be located at any time in the primary heat storage and removed or supplied as needed. The primary heat storage or the primary heat storage tank is particularly preferably designed as a stratified charge storage. This means that the solar fluid is stratified during the intermediate storage in the primary heat store according to its temperature at different positions, in particular at different heights. This is made possible by the temperature-dependent density of the solar fluid. The stratification can be achieved for example by a suitable guidance of the solar fluid in the storage volume or the primary heat storage tank. Compared to the known solar thermal power plants deleted in this respect the absolute need to provide a separate storage circuit to allow operation at low solar radiation. Rather, the solar fluid is added directly held high temperature to be able to bridge even longer periods of low or no sunlight on the solar collector, in particular under constant maintenance of the rated power. The temperature of the stored solar fluid is in this case in particular higher than the critical temperature of the working fluid, which will be discussed in more detail below.
Bei der beschriebenen Ausführungsform tritt der Vorteil auf, dass die zur Speicherung notwendigen Volumina deutlich geringer sind als bei aus dem Stand der Technik bekannten solarthermischen Kraftwer- ken. Beispielsweise ist zur Überbrückung eines Zeitraums von 16 Stunden ohne Sonneneinstrahlung (im Sinne von einer Sonneneinstrahlung, die einer beispielsweise nachts vorliegenden Minimalsonneneinstrahlung entspricht) ein Wärmespeichertank mit einem Volumen von 0,2 m3/kWh, um während dieses Zeitraums, der auch als Auslegungszeitraum bezeichnet wird, konstant die Nennleistung des Kraftwerks (beispielsweise in Form von elektrischem Strom) bereitstellen zu können. Die aus dem Stand der Technik bekannten solarthermischen Kraftwerke erfordern dagegen ein Speichervolumen von 0,7 m3/kWh für eine lediglich achtstündige Überbrückung. Für diese ist jedoch stets, wie bereits eingangs erwähnt, die Zufuhr von externer Energie notwendig. Dies rührt insbesondere daher, dass als Speichermedium häufig eine Salzschmelze zum Einsatz kommt, welche stets eine Temperatur oberhalb ihrer Erstarrungstemperatur aufweisen muss, damit die Betriebsfähigkeit des solarthermischen Kraftwerks nicht beeinträchtigt wird beziehungsweise eine Beschädigung durch erstarrendes Speichermedium verhindert wird. In the embodiment described, the advantage arises that the volumes required for storage are significantly lower than in the case of solar thermal power plants known from the prior art. For example, to bridge a period of 16 hours without solar radiation (in the sense of solar radiation corresponding to a minimum solar radiation, for example at night), a heat storage tank with a volume of 0.2 m 3 / kWh, during this period, also referred to as design period is to be able to constantly provide the rated power of the power plant (for example in the form of electric current). The known from the prior art solar thermal power plants, however, require a storage volume of 0.7 m 3 / kWh for a mere eight-hour bridging. For this, however, always, as already mentioned, the supply of external energy necessary. This is due, in particular, to the fact that a molten salt is often used as the storage medium, which always has to have a temperature above its solidification temperature, so that the operability of the solar thermal power plant is not adversely affected or damage from solidifying storage medium is prevented.
Der vorstehend beschriebene große Unterschied zwischen den benötigten Speichervolumina resultiert insbesondere aus der großen Temperaturdifferenz, welche während eines Normalbetriebs des erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerks, in welchem die Sonneneinstrahlung größer oder gleich der Auslegungssonneneinstrahlung ist, zwischen dem Solarkreislauf und dem Arbeitskreislauf - beispielsweise durch entsprechende Wahl von Solarfluid und Ar- beitsfluid - realisiert sein kann. Diese ermöglicht es, die gespeicherte Wärme in einem Speicherbetrieb, in welchem auf die in dem Primärwärmespeicher vorliegende Wärme zurückgegriffen wird, auch noch bei - aufgrund der Entnahme der Wärme aus dem Primärwär- mespeicher - deutlich abgesunkener Temperatur des Solarfluids und damit geringerer Temperaturdifferenz zum Betreiben des Arbeitskreislaufs heranzuziehen. The large difference described above between the required storage volumes results in particular from the large one Temperature difference, which during a normal operation of the solar thermal power plant according to the invention, in which the solar radiation is greater than or equal to the design sun radiation, between the solar circuit and the working cycle - for example by appropriate choice of solar fluid and working fluid - be realized. This makes it possible, the stored heat in a storage operation, in which the present in the primary heat storage heat is used, even at - due to the removal of heat from the primary heat storage - significantly lower temperature of the solar fluid and thus lower temperature difference to operate the Working cycle.
Der hier beschriebene Primärwärmespeicher erlaubt entsprechend einen Betrieb des Arbeitskreislaufs beziehungsweise die Erzeugung von elektrischem Strom auch über einen langen Zeitraum mit geringer oder ohne Sonneneinstrahlung, wobei keinerlei Zufuhr von externer Wärme notwendig und daher auch nicht vorgesehen ist. Dieser Zeitraum ist ausschließlich abhängig von dem vorgesehenen Speichervolumen und der Abkühlung des in dem Primärwärmespei- chertank gespeicherten Solarfluids durch Wärmeverluste. Bei entsprechender Auslegung des solarthermischen Kraftwerks beziehungsweise des Primärwärmespeichers ist also ein kontinuierlicher Betrieb unter Erzeugung von elektrischem Strom erreichbar, wobei periodisch zwischen Normalbetrieb und Speicherbetrieb umgeschal- tet wird. Dabei versteht es sich von selbst, dass die Sonneneinstrahlung während des Normalbetriebs zu diesem Zweck ausreichend sein muss, um das in dem Primärwärmespeicher beziehungsweise in dem Solarkreislauf vorliegende Solarfluid auf eine Temperatur zu bringen, welche einer Wärmemenge entspricht, die für die gewünschte Zeitdauer des Speicherbetriebs ausreichend ist. The primary heat storage described here allows corresponding operation of the working cycle or the generation of electric power over a long period of time with little or no sunlight, with no supply of external heat is necessary and therefore not provided. This period depends exclusively on the intended storage volume and the cooling of the solar fluid stored in the primary heat storage tank by heat losses. With appropriate design of the solar thermal power plant or the primary heat storage so a continuous operation with the generation of electric power can be achieved, is periodically switched between normal operation and storage operation. It goes without saying that the solar radiation during normal operation for this purpose must be sufficient to the present in the primary heat storage or in the solar circuit solar fluid to a temperature bring, which corresponds to an amount of heat that is sufficient for the desired period of memory operation.
Der Sonnenkollektor des erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerks kann beispielsweise als Parabolrinnenkollektor ausge- führt sein beziehungsweise Parabolrinnenkollektoren aufweisen, wobei eine Absorberleitung des Solarkreislaufs entlang einer Brennlinie eines Kollektorelements, insbesondere eines Spiegels, des Sonnenkollektors verläuft. Alternativ kann der Sonnenkollektor selbstverständlich als Fresnelspiegelkollektor oder als Paraboloidkollektor ausgeführt sein. Der Sonnenkollektor besteht insoweit üblicherweise aus dem Kollektorelement und der Absorberleitung, wobei letztere Bestandteil des Solarkreislaufs beziehungsweise an diese angeschlossen ist, sodass die Absorberleitung während des Betriebs des Kraftwerks von dem Solarfluid durchströmt wird. Das Solarfluid nimmt entsprechende solare Wärme über eine innere Oberfläche der Absorberleitung auf. Das Kollektorelement ist beispielsweise als Spiegel, insbesondere als Parabolrinne, Fresnelspiegel oder Parabo- loidspiegel, ausgeführt. Üblicherweise weist das solarthermische Kraftwerk eine Vielzahl von Solarkollektoren auf, welche insbesonde- re in zumindest einem Solarfeld zusammengefasst sind. The solar collector of the solar thermal power plant according to the invention can be designed, for example, as a parabolic trough collector or have parabolic trough collectors, wherein an absorber line of the solar circuit runs along a focal line of a collector element, in particular a mirror, of the solar collector. Alternatively, the solar collector can of course be designed as a Fresnel mirror collector or as a paraboloid collector. The solar collector usually consists in this respect of the collector element and the absorber line, the latter part of the solar circuit or is connected to this, so that the absorber line is traversed by the solar fluid during operation of the power plant. The solar fluid absorbs corresponding solar heat via an inner surface of the absorber line. The collector element is designed, for example, as a mirror, in particular as a parabolic trough, Fresnel mirror or paraboloid mirror. Usually, the solar thermal power plant has a large number of solar collectors, which are combined in particular in at least one solar field.
Neben der Erzeugung von elektrischem Strom kann das hier beschriebene solarthermische Kraftwerk auch - zusätzlich oder alternativ - für eine Mehrwasserentsalzungsanlage verwendet werden beziehungsweise eine Energieversorgung einer solchen darstellen. Mehrwasserentsalzungsanlagen benötigen neben elektrischer Energie (für Pumpen und dergleichen) vor allem Wärme, um das dem Meer entnommene Salzwasser zu verdampfen und so zu entsalzen. Ein Teil der Wärme kann dem Arbeitsfluid beispielsweise nach der Expansionsturbine, insbesondere in einem Kondensator, entnommen werden. Zu diesem Zweck ist es sinnvoll, die an dieser Stelle verfügbare Wärmemenge zu erhöhen. Dazu kann zum Beispiel das Kraftwerk derart eingestellt werden, dass sich für das Arbeitsfluid nach dem Entspannen in der Expansionsturbine ein Zustand einstellt, der auf der Taulinie liegt oder ihr zumindest - im Nassdampfgebiet liegend - möglichst nahe kommt. Die mögliche Maximaltemperatur des Arbeitsfluids vor dem Eintritt in die Expansionsturbine kann alternativ auch durch eine entsprechende Wahl des Arbeitsflu- ids erhöht werden. Auf diese Weise kann das Salzwasser zumindest vorgewärmt werden. Eine weitere Erwärmung kann mit Hilfe eines Sonnenkollektors vorgesehen sein. In addition to the generation of electricity, the solar thermal power plant described here can also - additionally or alternatively - be used for a multi-desalination plant or represent an energy supply of such. Desalinization systems require in addition to electrical energy (for pumps and the like) especially heat to evaporate the salt water taken from the sea and desalt it. Some of the heat can be added to the working fluid, for example after Expansion turbine, in particular in a condenser, are removed. For this purpose, it makes sense to increase the amount of heat available at this point. For this purpose, for example, the power plant can be adjusted so that sets for the working fluid after relaxing in the expansion turbine, a state that lies on the dew line or at least - lying in the wet steam area - as close as possible. The possible maximum temperature of the working fluid before entering the expansion turbine can alternatively also be increased by an appropriate choice of the working fluid. In this way, the salt water can be at least preheated. Further heating can be provided by means of a solar collector.
Beispielsweise kann auch vorgesehen sein, dass der Primärwärmespeicher eine den Primärwärmespeichertank zumindest bereichs- weise umgebende Isolierung aufweist. Die Isolierung verhindert wenigstens teilweise, dass die Wärme des in dem Primärwärmespeichertank gespeicherten Solarfluids an eine Umgebung des Primärwärmespeichers abgegeben wird. Dabei kann die Isolierung prinzipiell beliebig ausgeführt sein. Sie muss allerdings aus einem Material bestehen, welches schlecht wärmeleitend ist. Zusätzlich oder alternativ ist eine Sicherheitshülle vorgesehen, welche den Primärwärmespeichertank beziehungsweise wenigstens einen der Primärwärmespeichertanks, vorzugsweise alle, wenigstens teilweise einschließt. Die Sicherheitshülle ist derart ausgelegt, dass auch bei ei- nem Leck in einem der Primärwärmespeichertanks die Sicherheit von sich in der Umgebung des Primärwärmespeichers aufhaltenden Personen gewährleistet ist. Sie verhindert also insbesondere eine schlagartige Verformung des Primärwärmespeichertanks durch das unter Druck stehende Solarfluid beziehungsweise ein schlagartiges Austreten des Solarfluids. For example, it may also be provided that the primary heat accumulator has an insulation surrounding the primary heat storage tank at least in regions. The insulation at least partially prevents the heat of the stored in the primary heat storage tank solar fluid is delivered to an environment of the primary heat storage. In this case, the isolation can in principle be performed arbitrarily. However, it must be made of a material that is poor heat-conducting. Additionally or alternatively, a safety sheath is provided, which at least partially encloses the primary heat storage tank or at least one of the primary heat storage tanks, preferably all. The containment is designed in such a way that even in the event of a leak in one of the primary heat storage tanks, the safety of persons in the vicinity of the primary heat store is guaranteed. It thus prevents in particular a sudden deformation of the primary heat storage tank by the pressurized solar fluid or a sudden escape of the solar fluid.
Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass der Primärwärmespeicher mehrere, vorzugsweise strömungstechnisch parallel geschaltete, Primärwärmespeichertanks aufweist, die in Zylinderform vorliegen und parallel zueinander angeordnet sind, wobei Zwischenräume zwischen den Primärwärmespeichertanks mit einem Wärmespeicherstoff, insbesondere Magnesit, zumindest bereichsweise ausgefüllt sind. Mit einer solchen Ausführungsform des Primärwär- mespeichers kann eine besonders hohe Wärmespeicherkapazität pro Volumeneinheit erzielt werden. Bedingt durch die Zylinderform sind die Primärwärmespeichertanks zudem äußerst druckbeständig, sodass der Arbeitskreislauf mit einer sehr hohen Maximaltemperatur betrieben werden kann, was einen hohen Druck des Solarfluids be- dingt, um einen Wechsel des Aggregatzustands zu verhindern. Die zylinderförmigen Primärwärmespeichertanks sind beispielsweise strömungstechnisch parallel zueinander angeordnet. Selbstverständlich kann es jedoch auch vorgesehen sein, die Primärwärmespeichertanks strömungstechnisch hintereinander zu schalten bezie- hungsweise einige der Primärwärmespeichertanks parallel zueinander und andere wiederum hintereinander vorzusehen. Additionally or alternatively, it can be provided that the primary heat accumulator has a plurality of preferably fluidically connected, primary heat storage tanks, which are in cylindrical form and are arranged parallel to each other, wherein intermediate spaces between the primary heat storage tanks with a heat storage material, in particular magnesite, at least partially filled. With such an embodiment of the primary heat accumulator, a particularly high heat storage capacity per unit volume can be achieved. Due to the cylindrical shape, the primary heat storage tanks are also extremely resistant to pressure, so that the working circuit can be operated at a very high maximum temperature, which causes a high pressure of the solar fluid in order to prevent a change of state of aggregation. The cylindrical primary heat storage tanks are arranged, for example, fluidically parallel to each other. Of course, however, it can also be provided to switch the primary heat storage tanks one after the other in terms of flow or to arrange some of the primary heat storage tanks parallel to one another and others in turn one behind the other.
Die durch die Bauform und die parallele Anordnung der Primärwärmespeichertanks bedingten Zwischenräume sind, um die Wärmespeicherfähigkeit des Primärwärmespeichers zu optimieren, mit dem Wärmespeicherstoff wenigstens bereichsweise ausgefüllt. Der Wärmespe ich erstoff ist ein Stoff, welcher besonders gute Wärmespeichereigenschaften aufweist. Beispielsweise kann Magnesit verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich ist jedoch auch beispielsweise ein Latentwärmespeicherstoff verwendbar, welcher reversible ther- modynamische Zustandsänderungen zur Speicherung der Wärme verwendet. Besonders vorteilhaft ist es selbstverständlich, wenn die Primärwärmespeichertanks mitsamt dem Wärmespeicherstoff von der vorstehend beschriebenen Isolierung umhüllt sind und zwischen der Isolierung und den Primärwärmespeichertanks vorliegende Zwischenräume ebenfalls mit dem Wärmespeicherstoff wenigstens bereichsweise, insbesondere vollständig, gefüllt sind. Um die Isolierung herum kann zusätzlich die Sicherheitshülle angeordnet sein. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zumindest ein Sekundärwärmetauscher vorgesehen ist, über welchen der Arbeitskreislauf und/oder der Solarkreislauf mit wenigstens einem ein Se- kundärspeicherfluid aufweisenden Sekundärspeicherkreislauf gekoppelt ist. Zusätzlich zu dem Primärwärmespeicher soll also der Sekundärspeicherkreislauf vorliegen. In diesem ist das Sekun- därspeicherfluid vorgesehen. Der Sekundärspeicherkreislauf dient dem Speichern beziehungsweise Zwischenspeichern von Wärme, insbesondere aus dem Solarkreislauf. Der Sekundärspeicherkreislauf ist über den wenigstens einen Sekundärwärmetauscher mit dem Solarkreislauf und/oder dem Arbeitskreislauf gekoppelt. The conditional by the design and the parallel arrangement of the primary heat storage tanks gaps to optimize the heat storage capacity of the primary heat storage, at least partially filled with the heat storage material. The heat pump material is a material which has particularly good heat storage properties. For example, magnesite can be used. Alternatively or additionally, however, is also for example a latent heat storage material can be used which uses reversible thermodynamic state changes to store the heat. It is of course of particular advantage when the primary heat storage tanks together with the heat storage material are enveloped by the insulation described above and intermediate spaces between the insulation and the primary heat storage tanks are also filled with the heat storage material at least partially, in particular completely. Around the insulation, the safety cover can additionally be arranged. A development of the invention provides that at least one secondary heat exchanger is provided, via which the working cycle and / or the solar circuit is coupled to at least one secondary storage circuit having a secondary storage fluid. In addition to the primary heat storage so the secondary storage circuit should be present. In this the secondary storage fluid is provided. The secondary storage circuit is used for storing or buffering heat, in particular from the solar circuit. The secondary storage circuit is coupled via the at least one secondary heat exchanger with the solar circuit and / or the working cycle.
In einer ersten, einfachen Ausführungsform liegt lediglich ein Sekundärwärmetauscher vor, mittels welchem Wärme zwischen dem Sekundärspeicherkreislauf und dem Solarkreislauf übertragen werden kann. Der Sekundärspeicherkreislauf ist sowohl von dem Solarkreis- lauf als auch dem Arbeitskreislauf strömungstechnisch getrennt. Das Sekundärspeicherfluid kann von dem Solarfluid und/oder dem Ar- beitsfluid verschieden sein. Bevorzugt ist das Sekundärspeicherfluid ein Wärmespeicherfluid, welches gute Wärmespeichereigenschaf- ten, also insbesondere eine hohe Wärmekapazität, aufweist. Beispielsweise kommt Wasser, insbesondere Salzwasser, oder Ther- moöl als Sekundärspeicherfluid zum Einsatz. Während des Normalbetriebs, also bei Sonneneinstrahlung, welche größer ist als die Aus- legungssonneneinstrahlung, kann dem Sekundärspeicherkreislauf Wärme des Solarfluids zugeführt werden. In dem Speicherbetrieb erfolgt dagegen ein Übertragen von Wärme aus dem Sekundärspeicherfluid auf das Solarfluid mittels dem Sekundärwärmetauscher und anschließend mittels dem Primärwärmetauscher auf das Arbeitsfluid, sodass dieses auf eine Temperatur gebracht werden kann, welche ausreichend ist, um den Arbeitskreislauf weiter zu betreiben. In a first, simple embodiment, there is only one secondary heat exchanger, by means of which heat can be transferred between the secondary storage cycle and the solar cycle. The secondary storage circuit is fluidically separated both from the solar circuit and the working circuit. The secondary storage fluid may be different from the solar fluid and / or the working fluid. The secondary storage fluid is preferably a heat storage fluid which has good heat storage properties. th, in particular a high heat capacity, has. For example, water, in particular salt water, or thermal oil is used as secondary storage fluid. During normal operation, ie in the case of solar radiation, which is greater than the design solar radiation, heat from the solar fluid can be supplied to the secondary storage circuit. In the storage operation, in contrast, a transfer of heat from the secondary storage fluid to the solar fluid by means of the secondary heat exchanger and then by means of the primary heat exchanger to the working fluid so that it can be brought to a temperature which is sufficient to operate the working cycle on.
In einer anderen Ausführungsform können dem Sekundärspeicherkreislauf mehrere Wärmetauscher zugeordnet sein, wobei wenigstens einer der Wärmetauscher wie vorstehend beschrieben zwischen dem Solarkreislauf und dem Speicherkreislauf und ein weiterer der Wärmetauscher als Sekundärwärmetauscher zwischen dem Speicherkreislauf und dem Arbeitskreislauf vorliegt. Auch hierbei kann eine strömungstechnische Trennung zwischen Sekundärspeicherkreislauf und den anderen Kreisläufen vorgesehen sein. Wie bereits ausgeführt, kann während des Normalbetriebs das Sekundärspeicherfluid des Sekundärspeicherkreislaufs mit Wärme aus dem Solarkreislauf erwärmt werden. In dem Speicherbetrieb ist es nun dagegen vorgesehen, nicht zunächst das Solarfluid des Solarkreislaufs, sondern vielmehr unmittelbar das Arbeitsfluid des Arbeitskreislaufs mithilfe der in dem Sekundärspeicherkreislauf gespeicherten Wärme zu erwärmen. In another embodiment, the secondary storage circuit may be associated with a plurality of heat exchangers, wherein at least one of the heat exchangers as described above between the solar circuit and the storage circuit and another of the heat exchanger is present as a secondary heat exchanger between the storage circuit and the working cycle. Here, too, a fluidic separation between the secondary storage circuit and the other circuits can be provided. As already stated, the secondary storage fluid of the secondary storage circuit can be heated with heat from the solar circuit during normal operation. In the storage operation, it is now provided, however, not first to heat the solar fluid of the solar circuit, but rather directly the working fluid of the working cycle using the stored heat in the secondary storage circuit.
Zusätzlich oder alternativ kann das Sekundärspeicherfluid auch auf andere Art und Weise erwärmt werden, beispielsweise indem der Sekundärspeicherkreislauf an den Sonnenkollektor des Solarkreislaufs oder wenigstens einen weiteren Sonnenkollektor angeschlossen ist. In diesem Fall ist es ausreichend, wenn lediglich zwischen dem Sekundärspeicherkreislauf und dem Arbeitskreislauf der we- nigstens eine Sekundärwärmetauscher vorliegt. Additionally or alternatively, the secondary storage fluid can be heated in other ways, for example by the Secondary storage circuit is connected to the solar collector of the solar circuit or at least one further solar collector. In this case, it is sufficient if only at least one secondary heat exchanger is present between the secondary storage circuit and the working cycle.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen reicht die in dem Sekundärspeicherkreislauf gespeicherte Wärme üblicherweise über einen vergleichsweise langen Zeitraum aus, um das Arbeitsfluid weiterhin auf die gewünschte Temperatur zu bringen, mithin zu verdampfen und vorzugsweise zu überhitzen. Auch hier ist demnach keine Zuführung von externer Energie, beispielsweise fossiler Energie oder dergleichen, notwendig, um das solarthermische Kraftwerk in dem Speicherbetrieb zu betreiben. In the described embodiments, the heat stored in the secondary storage circuit is usually sufficient for a comparatively long period of time in order to continue to bring the working fluid to the desired temperature, thus to evaporate and preferably to overheat. Again, therefore, no supply of external energy, such as fossil energy or the like, necessary to operate the solar thermal power plant in the storage operation.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Sekundärspei- cherkreislauf strömungstechnisch von dem Solarkreislauf und dem Arbeitskreislauf getrennt vorliegt oder strömungstechnisch an den Solarkreislauf angeschlossen ist. Die erstgenannte Ausführungsform wurde vorstehend bereits kurz umrissen. Liegt der Sekundärspeicherkreislauf sowohl von dem Solarkreislauf als auch dem Arbeits- kreislauf strömungstechnisch getrennt vor, so ist der Sekundärwärmetauscher bevorzugt zwischen dem Arbeitskreislauf und dem Sekundärspeicherkreislauf vorgesehen. Bei allen beschriebenen Ausführungsformen kann das Sekundärspeicherfluid von dem Solarfluid und/oder dem Arbeitsfluid verschieden sein. Alternativ kann der Sekundärspeicherkreislauf auch strömungstechnisch an den Solarkreislauf angeschlossen, also mit diesem strömungstechnisch verbunden sein. In diesem Fall entspricht das Se- kundärspeicherfluid dem Solarfluid. Bei einer solchen Ausführungsform kann das Arbeitsfluid des Arbeitskreislaufs sowohl mittels des Primärwärmetauschers als auch mittels des Sekundärwärmetauschers, jeweils unter Verwendung von Wärme aus dem Solarkreis- lauf, erwärmt werden. A further development of the invention provides that the secondary storage circuit is fluidically isolated from the solar circuit and the working circuit or is fluidically connected to the solar circuit. The former embodiment has already been briefly outlined above. If the secondary storage circuit is separated from both the solar circuit and the working circuit, then the secondary heat exchanger is preferably provided between the working circuit and the secondary storage circuit. In all the described embodiments, the secondary storage fluid may be different from the solar fluid and / or the working fluid. Alternatively, the secondary storage circuit can also be fluidically connected to the solar circuit, so be connected fluidically with this. In this case, the se- secondary storage fluid to the solar fluid. In such an embodiment, the working fluid of the working cycle can be heated both by means of the primary heat exchanger and by means of the secondary heat exchanger, in each case using heat from the solar circuit.
Beispielsweise ist bei den beschriebenen Ausführungsformen der Sekundärwärmetauscher als Verdampfer und der Primärwärmetauscher als Überhitzer ausgebildet. Die dem Sekundärwärmetauscher zugeführte Menge des Sekundärspeicherfluids wird also derart ein- gestellt, dass das Arbeitsfluid lediglich verdampft, nicht jedoch überhitzt wird. Entsprechend wird die dem Primärwärmetauscher zugeführte Menge des Solarfluids derart eingestellt, dass das von dem Sekundärwärmetauscher verdampfte Arbeitsfluid überhitzt wird. Üblicherweise sind der Sekundärwärmetauscher und der Primärwärme- tauscher in dem Arbeitskreislauf hintereinandergeschaltet, sodass die gesamte Menge des Arbeitsfluids zunächst den Sekundärwärmetauscher und anschließend den Primärwärmetauscher passiert. For example, in the described embodiments, the secondary heat exchanger is designed as an evaporator and the primary heat exchanger as a superheater. The amount of secondary storage fluid supplied to the secondary heat exchanger is thus set such that the working fluid merely evaporates but is not overheated. Accordingly, the amount of the solar fluid supplied to the primary heat exchanger is adjusted so that the working fluid evaporated by the secondary heat exchanger is overheated. Usually, the secondary heat exchanger and the primary heat exchanger in the working circuit are connected in series, so that the entire amount of the working fluid passes first the secondary heat exchanger and then the primary heat exchanger.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Sekundärspeicherkreislauf an den Sonnenkollektor des Solarkreislaufs oder an wenigstens einen weiteren Sonnenkollektor angeschlossen ist. Es kann vorgesehen sein, das Sekundärspeicherfluid nicht oder nur teilweise durch Wärmeübertragung aus dem Solarfluid zu erwärmen. In diesem Fall ist es sinnvoll, das Erwärmen unmittelbar durch Sonneneinstrahlung herbeizuführen. Zu diesem Zweck ist der Sekundär- speicherkreislauf an den Sonnenkollektor und/oder den weiteren Sonnenkollektor angeschlossen. In ersterem Fall kann es entweder vorgesehen sein, dass der Sekundärspeicherkreislauf strömungstechnisch an den Solarkreislauf angeschlossen ist und insoweit die Verbindung zu dem Sonnenkollektor vorliegt. Alternativ kann jedoch auch der Sonnenkollektor mehrere Absorberleitungen aufweisen, wobei eine der Absorberleitungen dem Solarkreislauf und eine weitere der Absorberleitungen dem Sekundärspeicherkreislauf zugeordnet ist. Entsprechend kann auch bei gleichzeitigem Anschließen des Sekundärspeicherkreislaufs und des Solarkreislaufs an den Sonnenkollektor die strömungstechnische Trennung zwischen den beiden Kreisläufen realisiert sein. Bei einer solchen Ausführungsform ist es selbstverständlich möglich, dass alle Sonnenkollektoren des Solar- kreislaufs sowohl an den Sekundärspeicherkreislauf als auch an den Solarkreislauf angeschlossen sind, wozu diese über mehrere Absorberleitungen verfügen. Anschließend kann der Massenstrom durch die Absorberleitung des Sekundärspeicherkreislaufs und die Absorberleitung des Solarkreislaufs in Abhängigkeit von der für den jeweiligen Kreislauf benötigten Wärme steuernd und/oder regelnd eingestellt werden. Alternativ oder zusätzlich ist es selbstverständlich möglich, dass der Sekundärspeicherkreislauf über einen von dem Sonnenkollektor des Solarkreislaufs verschiedenen weiteren Sonnenkollektor verfügt und an diesen angeschlossen ist. In diesem Fall ist es nicht notwendig, Sonnenkollektoren mit mehreren Absorberleitungen zu verwenden. Die Anzahl der Sonnenkollektoren beziehungsweise der weiteren Sonnenkollektoren wird entsprechend der gewünschten Aufteilung der Sonneneinstrahlung auf den Sekundärspeicherkreislauf und den Solarkreislauf gewählt. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Sekundärwärmetauscher ein Speicherwärmetauscher ist und/oder der Sekundärspeicherkreislauf einen Sekundärwärmespeicher aufweist. Auf diese Weise kann die in dem Sekundärspeicherkreislauf speicherbare Wärmemenge vergrößert werden. Liegt der Sekundärwärmetauscher als Speicherwärmetauscher vor, so ist er beispielsweise als Wärmespeicher ausgebildet, der sowohl von dem zu erwärmenden Fluid, insbesondere dem Arbeitsfluid des Arbeitskreislaufes, und dem Se- kundärspeicherfluid durchströmbar ist. Insbesondere weist der Spei- cherwärmetauscher zu diesem Zweck zwei voneinander getrennte Wärmetauscher auf, mittels welchen Wärme einem Speichermedium entnehmbar oder zuführbar ist. Das Speichermedium ist beispielsweise ein Salz, insbesondere ein Flüssigsalz. Beispielsweise ist das Speichermedium ein Salzgemisch, insbesondere Flüssigsalzge- misch, aus Natriumnitrat und Kaliumnitrat. Es lassen sich jedoch auch andere geeignete Stoffe verwenden. Der vorstehend beschriebene Speicherwärmetauscher liegt insoweit bevorzugt als Wärmespeichertankanordnung, insbesondere Flüssigsalztankanordnung, vor, welche über wenigstens einen Wärmespeichertank, insbesonde- re Flüssigsalztank, verfügt. Bei einer solchen Ausführungsform dient der Sekundärwärmetauscher mithin selbst als Wärmespeicher. Dem Speichermedium wird über einen ersten Wärmetauscher Wärme aus erwärmtem Fluid, insbesondere Solarfluid des Solarkreislaufs, zugeführt und entsprechend erwärmt. Gleichzeitig wird Wärme an das zu erwärmende Fluid, insbesondere Arbeitsfluid des Arbeitskreislaufs abgegeben. A development of the invention provides that the secondary storage circuit is connected to the solar collector of the solar circuit or to at least one further solar collector. It can be provided that the secondary storage fluid is not or only partially heated by heat transfer from the solar fluid. In this case, it makes sense to bring about the heating directly by solar radiation. For this purpose, the secondary storage circuit is connected to the solar collector and / or the further solar collector. In the former case, it can either be provided that the secondary storage circuit is fluidically connected to the solar circuit and insofar the Connection to the solar collector is present. Alternatively, however, the solar collector may also have a plurality of absorber lines, wherein one of the absorber lines is assigned to the solar circuit and a further one of the absorber lines is assigned to the secondary storage circuit. Accordingly, even with simultaneous connection of the secondary storage circuit and the solar circuit to the solar collector, the fluidic separation between the two circuits can be realized. In such an embodiment, it is of course possible that all solar panels of the solar cycle are connected to both the secondary storage circuit and to the solar circuit, to which they have several absorber lines. Subsequently, the mass flow through the absorber line of the secondary storage circuit and the absorber line of the solar circuit can be adjusted depending on the heat required for the respective circuit controlling and / or regulating. Alternatively or additionally, it is of course possible that the secondary storage circuit has a different from the solar collector of the solar circuit further solar collector and is connected thereto. In this case, it is not necessary to use solar panels with multiple absorber lines. The number of solar panels or other solar panels is selected according to the desired distribution of solar radiation to the secondary storage circuit and the solar circuit. A development of the invention provides that the secondary heat exchanger is a storage heat exchanger and / or the secondary storage circuit has a secondary heat storage. In this way, the amount of heat storable in the secondary storage cycle can be increased. Is the secondary heat exchanger as a storage heat exchanger, it is designed, for example, as a heat accumulator, which can be flowed through both by the fluid to be heated, in particular the working fluid of the working circuit, and the secondary storage fluid. In particular, the storage heat exchanger for this purpose has two separate heat exchangers, by means of which heat a storage medium can be removed or supplied. The storage medium is, for example, a salt, in particular a molten salt. For example, the storage medium is a salt mixture, in particular liquid salt mixture, of sodium nitrate and potassium nitrate. However, it is also possible to use other suitable substances. To this extent, the storage heat exchanger described above is preferably in the form of a heat storage tank arrangement, in particular a liquid salt tank arrangement, which has at least one heat storage tank, in particular a liquid salt tank. In such an embodiment, the secondary heat exchanger thus serves itself as a heat storage. Heat from heated fluid, in particular solar fluid of the solar circuit, is supplied to the storage medium via a first heat exchanger and heated accordingly. At the same time, heat is given off to the fluid to be heated, in particular working fluid of the working cycle.
Zusätzlich oder alternativ kann der Sekundärspeicherkreislauf den Sekundärwärmespeicher aufweisen. Dieser enthält beispielsweise ebenfalls ein Speichermedium. Der Sekundärwärmespeicher kann grundsätzlich einen Wärmespeichertank, beispielsweise gemäß den vorstehenden Ausführungen aufweisen, insbesondere einen Flüssigsalztank. Der Sekundärwärmespeicher verfügt über einen Wärmetauscher, über welchen er beziehungsweise das in ihm vorliegende Speichermedium mit dem Sekundärspeicherkreislauf beziehungs- weise dem Sekundärspeicherfluid wärmeübertragend gekoppelt ist. Selbstverständlich kann der Sekundärwärmespeicher alternativ auch analog zu dem Primärwärmespeicher aufgebaut sein und mithin zumindest einen Sekundärwärmespeichertank für das Sekundärspei- cherfluid des Sekundärspeicherkreislaufs aufweisen. Additionally or alternatively, the secondary storage circuit may have the secondary heat storage. This contains, for example, also a storage medium. The secondary heat accumulator can in principle have a heat storage tank, for example according to the above statements, in particular a liquid salt tank. The secondary heat accumulator has a heat exchanger, via which it or the storage medium present in it with the secondary storage circuit relationship way the secondary storage fluid is coupled heat transfer. Of course, the secondary heat accumulator can alternatively also be constructed analogously to the primary heat accumulator and thus have at least one secondary heat storage tank for the secondary accumulator fluid of the secondary accumulator circuit.
Grundsätzlich kann das Speichermedium des Sekundärwärmetauschers und des Sekundärwärmespeichers beliebig gewählt sein. Beispielsweise ist es von dem Solarfluid, dem Arbeitsfluid und/oder dem Sekundärspeicherfluid verschieden. Das Speichermedium ist bei- spielsweise ein Latentwärmespeicherstoff oder dergleichen. Es liegt bevorzugt als Phasenwechselmaterial vor. Als Latentwärmespeicherstoff kommt insbesondere Salz, zum Beispiel in Form einer Salzschmelze, zum Einsatz. Während des Normalbetriebs kann nun dem Sekundärwärmetauscher beziehungsweise dem Sekundärwär- mespeicher Wärme aus dem Solarkreislauf beziehungsweise dem Sekundärspeicherkreislauf zugeführt werden. In dem Speicherbetrieb ist es dagegen vorgesehen, dem Speicherwärmetauscher beziehungsweise dem Sekundärwärmespeicher Wärme zu entnehmen und das Solarfluid des Solarkreislaufs und/oder das Arbeitsfluid des Arbeitskreislaufs und/oder das Sekundärspeicherfluid des Sekundärspeicherkreislaufs mit dieser zu erwärmen und auf die gewünschte Temperatur zu bringen. Prinzipiell kann also der Speicherwärmetauscher beziehungsweise der Sekundärwärmespeicher einem beliebigen der Kreisläufe beziehungsweise mehreren der Kreisläufe zuge- ordnet sein. Basically, the storage medium of the secondary heat exchanger and the secondary heat storage can be chosen arbitrarily. For example, it is different from the solar fluid, the working fluid and / or the secondary storage fluid. The storage medium is, for example, a latent heat storage material or the like. It is preferably present as a phase change material. In particular salt, for example in the form of a molten salt, is used as the latent heat storage material. During normal operation, heat can now be supplied to the secondary heat exchanger or to the secondary heat storage tank from the solar circuit or the secondary storage circuit. In the storage operation, on the other hand, it is provided to remove heat from the storage heat exchanger or the secondary heat storage and to heat the solar fluid of the solar circuit and / or the working fluid of the working cycle and / or the secondary storage fluid of the secondary storage circuit and bring it to the desired temperature. In principle, therefore, the storage heat exchanger or the secondary heat storage can be assigned to any of the circuits or more of the circuits.
Der Speicherwärmetauscher und/oder der Sekundärwärmespeicher können analog zu den vorstehenden Ausführungen, insbesondere zu dem Primärwärmespeicher, ausgebildet sein, beispielsweise hin- sichtlich der Isolierung, der Sicherheitshülle und/oder dem verwendeten Speichermedium. Insbesondere ist es vorgesehen, das Speichermedium zwischen mehreren Wärmespeichern, also Speicherwärmetauschern oder Sekundärwärmespeichern, auszutauschen. Beispielsweise wird während des Normalbetriebs einem der Wärmespeicher noch nicht oder lediglich teilweise erwärmtes Speichermedium entnommen, mit Wärme aus dem Solarkreislauf erwärmt und anschließend einem anderen der Wärmespeicher zugeführt. Dabei kann das Speichermedium bereits durch einmaliges Erwärmen auf die gewünschte Temperatur gebracht werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Speichermedium mehrfach zwischen den mehreren Wärmespeichern umgewälzt wird, wobei bei jedem Umwälzen die Temperatur des Speicherfluids durch Zufuhr von Wärme aus dem Solarkreislauf oder dem Sekundärspeicherkreislauf erhöht wird. Fällt nun die Sonneneinstrahlung unter die Auslegungssonneneinstrahlung, so wird mithilfe des in dem Sekundärspeicherkreislauf vorhandenen Sekundärspeicherfluids der Speicherbetrieb durchgeführt. Gemäß den vorstehenden Ausführungen wird dabei dem Wärmespeicher beziehungsweise wenigstens einem der Wärme- Speicher erwärmtes Speichermedium entnommen. Die in diesem enthaltene Wärme wird mithilfe eines Wärmetauschers, welcher dem Speicherwärmetauscher beziehungsweise dem Sekundärwärmespeicher zugeordnet ist, entweder dem Sekundärspeicherkreislauf oder unmittelbar dem Arbeitskreislauf zugeführt. Das Speichermedium ist von dem Fluid der an den Speicherwärmetauscher beziehungsweise den Sekundärwärmespeicher angeschlossenen Kreisläufe strömungstechnisch getrennt. Es liegt also keine Fluidverbindung zwischen dem Speicherwärmetauscher oder dem Sekundärwärmespeicher und den Kreisläufen vor, welchen er zugeordnet ist. Prinzipiell kann der Speicherwärmetauscher oder der Sekundärwärmespeicher dazu verwendet werden, in dem Normalbetrieb Wärme aus einem beliebigen der Kreisläufe aufzunehmen und in dem Speicherbetrieb an einen beliebigen der Kreisläufe ab- zugeben. Besonders bevorzugt ist es selbstverständlich, wenn der Speicherwärmetauscher beziehungsweise der Sekundärwärmespeicher während des Normalbetriebs mit Wärme aus dem Solarkreislauf oder dem Sekundärspeicherkreislauf gespeist und somit das in ihm vorliegende Speichermedium erwärmt wird. In dem Speicherbe- trieb soll die mithilfe des Speichermediums gespeicherte Wärme bevorzugt unmittelbar an den Arbeitskreislauf abgegeben werden. The storage heat exchanger and / or the secondary heat storage may be analogous to the above statements, in particular to the primary heat storage, formed, for example, visibly the insulation, the security envelope and / or the storage medium used. In particular, it is provided to exchange the storage medium between a plurality of heat accumulators, that is, storage heat exchangers or secondary heat accumulators. For example, one of the heat storage is not or only partially heated storage medium removed during normal operation, heated with heat from the solar circuit and then fed to another of the heat storage. The storage medium can already be brought to the desired temperature by heating once. However, it may also be provided that the storage medium is circulated several times between the plurality of heat accumulators, wherein with each circulation, the temperature of the storage fluid is increased by supplying heat from the solar circuit or the secondary storage circuit. If the solar radiation now falls under the design sun radiation, the storage operation is carried out with the aid of the secondary storage fluid present in the secondary storage circuit. According to the above embodiments, the storage medium is heated to the heat storage or at least one of the heat storage. The heat contained in this heat is supplied by means of a heat exchanger, which is assigned to the storage heat exchanger or the secondary heat storage, either the secondary storage circuit or directly to the working cycle. The storage medium is fluidically separated from the fluid connected to the storage heat exchanger and the secondary heat storage circuits. So there is no fluid connection between the storage heat exchanger or the secondary heat storage and the circuits, which he assigned. In principle, the storage heat exchanger or the secondary heat accumulator can be used to receive heat from any of the circuits in normal operation and to output it to any of the circuits in the accumulator operation. It is of course particularly preferred if the storage heat exchanger or the secondary heat storage during normal operation with heat from the solar circuit or the secondary storage circuit fed and thus the storage medium in it is heated. In the storage mode, the heat stored with the aid of the storage medium should preferably be delivered directly to the working cycle.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Primärwärmetauscher stromabwärts des Sekundärwärmetauschers in dem Arbeitskreislauf vorliegt. Es kann dabei vorgesehen sein, dass die in das Arbeitsfluid des Arbeitskreislaufs einzubringende Wärmemenge allein mithilfe des Primärwärmetauschers oder allein mithilfe des Sekundärwärmetauschers übertragen wird. Bevorzugt wird jedoch zunächst eine erste Wärmemenge mithilfe des Sekundärwärmetauschers und anschließend eine zweite Wärmemenge mithilfe des Primärwärmetauschers in das Arbeitsfluid eingebracht. In dem ersten Fall arbeitet entweder der Primärwärmetauscher oder der Sekundärwärmetauscher sowohl als Verdampfer als auch als Überhitzer. In letzterem Fall ist bevorzugt der Sekundärwärmetauscher als Verdampfer und der Primärwärmetauscher als Überhitzer ausgebil- det. Besonders vorteilhaft werden dabei der Primärwärmetauscher und der Sekundärwärmetauscher steuernd und/oder regelnd derart eingestellt, dass das Arbeitsfluid in dem Sekundärwärmetauscher lediglich verdampft wird, ohne es zu überhitzen, während das bereits verdampfte Fluid in dem Primärwärmetauscher anschließend überhitzt wird. A development of the invention provides that the primary heat exchanger is present downstream of the secondary heat exchanger in the working cycle. It may be provided that the amount of heat to be introduced into the working fluid of the working cycle is transmitted solely by means of the primary heat exchanger or solely by means of the secondary heat exchanger. Preferably, however, first a first amount of heat by means of the secondary heat exchanger and then a second amount of heat by means of the primary heat exchanger is introduced into the working fluid. In the first case, either the primary heat exchanger or the secondary heat exchanger operates both as an evaporator and as a superheater. In the latter case, the secondary heat exchanger is preferably designed as an evaporator and the primary heat exchanger as a superheater. In this case, the primary heat exchanger and the secondary heat exchanger are particularly advantageously controlled and / or regulated in such a way that the working fluid in the secondary heat exchanger is merely vaporized without overheating it while this is already being done vaporized fluid in the primary heat exchanger is subsequently overheated.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in dem Solarkreislauf ein Bypass zur strömungstechnischen Umgehung des Sonnen- kollektors und/oder ein Bypassrücklauf, der auf seiner einen Seite zwischen dem Primärwärmetauscher und einem Auslass des Primärwärmespeichertanks und auf seiner anderen Seite an einen Ein- lass des Primärwärmespeichertanks angeschlossen ist, vorgesehen sind. Der Bypass zweigt insoweit beispielsweise auf seiner einen Seite zwischen der Fördereinrichtung und dem Solarkollektor ab und mündet auf seiner anderen Seite zwischen dem Einlassschaltventil und dem Primärwärmetauscher ein. Der Bypassrücklauf kann dagegen beispielsweise auf seiner einen Seite zwischen Primärwärmetauscher und Auslassschaltventil abzweigen und auf seiner anderen Seite zwischen dem Einlassschaltventil und dem Primärwärmespeichertank einmünden. Der Bypass dient also dazu, den Sonnenkollektor zu überbrücken, sodass das den Solarkreislauf durchlaufende Solarfluid an dem Sonnenkollektor vorbeigeführt wird. Der Bypassrücklauf ermöglicht dagegen ein Entnehmen des in dem Primärwär- mespeicher vorliegenden Solarfluids in Durchströmungsrichtung des Primärwärmespeichers beziehungsweise des Primärwärmespeichertanks. Zusammen mit dem Bypass wird ein Entnehmen des gespeicherten Solarfluids ermöglicht, ohne dieses nachfolgend durch den Sonnenkollektor führen zu müssen, wobei unter Umständen - bei zu geringer oder nicht vorhandener Sonneneinstrahlung - in dem Solarfluid gespeicherte Wärme an eine Umgebung des Sonnenkollektors abgegeben werden könnte. Insoweit ist durch den Bypass und den Bypassrücklauf eine Aufrechterhaltung der Nennleistung auch bei geringer Sonneneinstrahlung sichergestellt. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in dem Arbeitskreislauf stromabwärts der Expansionsturbine ein Kondensator vorgesehen ist, der mit der Umgebungsluft als Kühlmedium betrieben wird oder zumindest einen Teil der stromabwärts der Expansionsturbine in dem Arbeitsfluid vorliegenden Wärme wenigstens einem Heizkreislauf zuführt. Der Arbeitskreislauf weist in Strömungsrichtung insbesondere die nachfolgend aufgeführten Elemente auf: Den Primärwärmetauscher, die Expansionsturbine, den Kondensator sowie eine Kondensatpumpe, wobei letztere im Wesentlichen eine För- dereinrichtung für das kondensierte Arbeitsfluid ist. In der Expansionsturbine wird das zuvor unter hohem Druck und bei hoher Temperatur vorliegende Arbeitsfluid entspannt und abgekühlt. Dabei beginnt das Arbeitsfluid, von seinem vor der Expansionsturbine vorliegenden gasförmigen Zustand in einen flüssigen Zustand überzuge- hen. A development of the invention provides that in the solar circuit a bypass for fluidic bypass of the solar collector and / or a bypass return, on its one side between the primary heat exchanger and an outlet of the primary heat storage tank and on its other side to an inlet of the Primary heat storage tanks is connected, are provided. In this respect, the bypass branches, for example, on its one side between the conveyor and the solar collector and opens on its other side between the inlet switching valve and the primary heat exchanger. By contrast, the bypass return can, for example, branch off on one side between the primary heat exchanger and the outlet switching valve and open on its other side between the inlet switching valve and the primary heat storage tank. The bypass thus serves to bridge the solar collector, so that the solar fluid passing through the solar fluid is guided past the solar collector. By contrast, the bypass return makes it possible to remove the solar fluid present in the primary heat store in the direction of flow through the primary heat store or the primary heat storage tank. Together with the bypass, removal of the stored solar fluid is made possible without having to subsequently guide it through the solar collector, whereby under certain circumstances - if the solar radiation is too low or too small - heat stored in the solar fluid could be released to an environment of the solar collector. In that regard, maintaining the rated power even at low solar radiation is ensured by the bypass and the bypass return. A development of the invention provides that in the working circuit downstream of the expansion turbine, a condenser is provided, which is operated with the ambient air as the cooling medium or at least a portion of the downstream of the expansion turbine in the working fluid present heat at least one heating circuit supplies. In the flow direction, the working circuit has in particular the elements listed below: the primary heat exchanger, the expansion turbine, the condenser, and a condensate pump, the latter being essentially a conveying device for the condensed working fluid. In the expansion turbine, the previously under high pressure and high temperature working fluid is expanded and cooled. At the same time, the working fluid begins to change from its gaseous state present in front of the expansion turbine into a liquid state.
Bei der Expansion ist darauf zu achten, dass der am Ausgang der Expansionsturbine vorliegende Dampfgehalt beziehungsweise Dampfmassenanteil immer noch ausreichend hoch ist, um einen zuverlässigen Betrieb der Expansionsturbine zu gewährleisten. Strom- abwärts der Expansionsturbine liegt also vorzugsweise noch ein Großteil des Arbeitsfluids als Dampf vor. Um den dampfförmigen Teil des Arbeitsfluids wieder in den flüssigen Zustand zu überführen, um ihn erneut dem Primärwärmetauscher und/oder dem Sekundärwärmetauscher zum Erhitzen beziehungsweise Verdampfen zuführen zu können, muss das Arbeitsfluid demnach weiter abgekühlt werden. Zu diesem Zweck ist der Kondensator vorgesehen, in welchem das Abkühlen und entsprechend ein Überführen in den flüssigen Zustand erfolgt. Der Kondensator ist im Wesentlichen ein Wärmetauscher, welcher beispielsweise mit Umgebungsluft als Kühlmedium betrie- ben wird. Das bedeutet, dass dem Kondensator sowohl das Ar- beitsfluid als auch die Umgebungsluft in getrennten Fluidströmen zugeführt wird, um die Umgebungsluft zu erwärmen und entsprechend das Arbeitsfluid abzukühlen und zu kondensieren. Durch die Verwendung der Umgebungsluft als Kühlmedium entfallen aufwendige Vorrichtungen, welche bei anderen Kühlmedien teilweise erforderlich sind. During the expansion, care must be taken that the vapor content or vapor mass fraction present at the outlet of the expansion turbine is still sufficiently high to ensure reliable operation of the expansion turbine. Downstream of the expansion turbine so preferably still a majority of the working fluid is present as steam. In order to convert the vaporous part of the working fluid back into the liquid state in order to be able to feed it again to the primary heat exchanger and / or the secondary heat exchanger for heating or vaporizing, the working fluid must therefore be further cooled. For this purpose, the condenser is provided, in which the cooling and, accordingly, a transfer to the liquid state takes place. The condenser is essentially a heat exchanger which operates, for example, with ambient air as the cooling medium. ben will. That is, both the working fluid and the ambient air are supplied to the condenser in separate fluid streams to heat the ambient air and, correspondingly, to cool and condense the working fluid. The use of the ambient air as a cooling medium eliminates expensive devices, which are sometimes required for other cooling media.
Alternativ kann der Kondensator auch als Wärmetauscher zwischen dem in dem Arbeitskreislauf vorliegenden Arbeitsfluid und dem Heizkreislauf verwendet werden. Dabei wird insoweit wenigstens ein Teil der noch in dem Arbeitsfluid vorliegenden Wärme auf den Heizkreislauf beziehungsweise das in diesem vorliegenden Heizkreislauffluid übertragen. Über den Heizkreislauf kann die Wärme nachfolgend beliebigen Zwecken zugeführt werden. Alternatively, the condenser can also be used as a heat exchanger between the working fluid present in the working cycle and the heating circuit. In this respect, at least part of the heat still present in the working fluid is transferred to the heating circuit or the heating circuit fluid present in the latter. The heat can subsequently be supplied for any purpose via the heating circuit.
Beispielsweise ist es vorgesehen, dass der Heizkreislauf eine Son- nenkollektorheizung, wenigstens einen Heizkörper eines Wohnraums und/oder einen Kühler aufweist, wobei ein in dem Heizkreislauf verwendetes Heizfluid mittels des Kühlers kühlbar oder der Heizkreislauf über den, insbesondere eine Wärmepumpe mit ausbildenden, Kühler an einen weiteren Heizkreislauf angeschlossen ist. Insbesondere bei niedrigen Umgebungstemperaturen in der Umgebung des solarthermischen Kraftwerks kann es vorkommen, dass nach einem Zeitraum mit wenig oder gänzlich ohne Sonneneinstrahlung der Sonnenkollektor mit kondensiertem Wasser beziehungsweise sogar Eis bedeckt ist, sodass erst nach einer vergleichsweise langen Zeitdauer mit Sonneneinstrahlung eine Betriebsfähigkeit des solarthermischen Kraftwerks hergestellt ist. Aus diesem Grund ist die Sonnenkollektorheizung vorgesehen, mit welcher dem Sonnenkollektor ansonsten nicht benötigte Wärme zugeführt werden kann. So kann das auf dem Sonnenkollektor vorliegende kondensierte Wasser beziehungsweise Eis rasch beseitigt und die Betriebsbereitschaft des solarthermischen Kraftwerks hergestellt beziehungsweise aufrechterhalten werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Heizkreislauf den Heizkörper des Wohnraums umfassen, sodass der Heizkreislauf zum Beheizen des Wohnraums (oder eines anderen Raums) verwendet wird. Ebenso kann es vorgesehen sein, dass der Heizkreislauf den Kühler aufweist. In diesem Fall ist der Heizkreislauf beziehungsweise das darin verwendete Heizfluid mittels des Kühlers auf eine niedrigere Temperatur bringbar, beispielsweise wenn die in dem Heizkreislauf vorliegende Temperatur zu hoch ist, jedoch keine Wärme für das Betreiben der Sonnenkollektorheizung oder des Heizkörpers aufgewandt werden muss. For example, it is provided that the heating circuit comprises a sun collector heating, at least one radiator of a living space and / or a cooler, wherein a heating fluid used in the heating circuit by means of the radiator cooled or the heating circuit via the, in particular a heat pump with training, cooler on another heating circuit is connected. Especially at low ambient temperatures in the vicinity of the solar thermal power plant, it may happen that after a period of little or no sunlight, the solar panel is covered with condensed water or even ice, so only after a comparatively long period of time with solar irradiation made an operability of solar thermal power plant is. For this reason, the solar panel heater is provided with which the solar panel otherwise not required heat can be supplied. Thus, the condensed water or ice present on the solar collector can be eliminated quickly and the operational readiness of the solar thermal power plant can be established or maintained. Alternatively or additionally, the heating circuit may comprise the radiator of the living space, so that the heating circuit is used for heating the living space (or another room). Likewise, it may be provided that the heating circuit has the radiator. In this case, the heating circuit or the heating fluid used therein can be brought to a lower temperature by means of the cooler, for example if the temperature present in the heating circuit is too high, but no heat has to be expended for operating the solar collector heater or the radiator.
Alternativ kann der Kühler eine Wärmeübertragungsverbindung zwischen dem Heizkreislauf und einem weiteren Heizkreislauf darstellen. Somit ist die weitere Verzweigung der ursprünglich an dem Kondensator des Arbeitskreislaufs angefallenen Wärme möglich. Der Kühler kann in einer weiteren Ausführungsform die Wärmepumpe mit ausbilden, also einen Teil derselben darstellen. Auf diese Weise ist der weitere Heizkreislauf bei einer höheren maximalen Temperatur betreibbar als der Heizkreislauf selbst. Alternatively, the radiator may constitute a heat transfer connection between the heating circuit and another heating circuit. Thus, the further branching of the heat originally incurred at the condenser of the working cycle is possible. The cooler may in a further embodiment, the heat pump with form, so represent a part of the same. In this way, the further heating circuit is operable at a higher maximum temperature than the heating circuit itself.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die kritische Temperatur in dem kritischen Punkt des Solarfluids wenigstens um den Faktor 1 ,5, bevorzugt um wenigstens den Faktor 2, 2,5 oder 3, größer ist als die kritische Temperatur in dem kritischen Punkt des Ar- beitsfluids, oder dass das Solarfluid ein Thermoöl ist und die kriti- sehe Temperatur des Arbeitsfluids höchstens 160°C beträgt. Das bedeutet, dass der Solarkreislauf stets unterkritisch betrieben werden kann, das Solarfluid also nie seine kritische Temperatur und/oder seinen kritischen Druck, welche in dem kritischen Punkt vorliegen, überschreitet. Dennoch reicht auch in dem unterkritischen Betrieb des Solarkreislaufs die Temperatur des Solarfluids aus, um das Arbeitsfluid, dessen kritische Temperatur deutlich niedriger ist, zu verdampfen und unter Umständen auch zu überhitzen. Auch bei niedrigen Temperaturen des Solarfluids nach dem Sonnenkollektor und/oder des Sekundärspeicherfluids in dem Sekundärspeicherkreislauf ist damit die in diesem enthaltene Enthalpie, insbesondere die innere Energie, ausreichend, um das Arbeitsfluid in dem Primärwärmetauscher und/oder Sekundärwärmetauscher zu verdampfen und/oder zu überhitzen und so in der Expansionsturbine nutzbar zu machen. Die verfügbare Enthalpie des Solarfluids und/oder des Sekundärspeicherfluids ist entsprechend größer als die zur Verdampfung notwendige Verdampfungsenthalpie des Arbeitsfluids, welche notwendig ist, um dieses von einem flüssigen in einen gasförmigen Zustand zu überführen. Je deutlicher die kritische Temperatur des Solarfluids die kritische Temperatur des Arbeitsfluids übersteigt, umso effizienter arbeitet das erfindungsgemäße solarthermische Kraftwerk. Dabei ist jedoch darauf zu achten, dass das Arbeitsfluid Eigenschaften aufweist, welche einen Einsatz in dem Arbeitskreislauf erlauben, ohne dass bei- spielsweise unrealistisch hohe Drücke vor beziehungsweise in dem Primärwärmetauscher beziehungsweise Sekundärwärmetauscher notwendig sind. Das hier vorgestellte solarthermische Kraftwerk eignet sich für beliebige Nennleistungsbereiche, die durch entsprechende Auslegung abgebildet werden können. Die Nennleistung wird vorzugsweise in Form von elektrischem Strom bereitgestellt, allerdings sind auch andere Energieformen, beispielsweise mechanische Arbeit, realisierbar. A development of the invention provides that the critical temperature in the critical point of the solar fluid at least by a factor of 1, 5, preferably by at least a factor of 2, 2.5 or 3, is greater than the critical temperature in the critical point of Ar - Beitsfluids, or that the solar fluid is a thermal oil and the critical see temperature of the working fluid is at most 160 ° C. This means that the solar circuit can always be operated subcritically, that is, the solar fluid never exceeds its critical temperature and / or its critical pressure, which are in the critical point. Nevertheless, even in the subcritical operation of the solar circuit, the temperature of the solar fluid is sufficient to vaporize and possibly overheat the working fluid whose critical temperature is significantly lower. Even at low temperatures of the solar fluid after the solar collector and / or the Sekundärspeicherfluids in the secondary storage cycle so that contained in this enthalpy, in particular the internal energy sufficient to evaporate the working fluid in the primary heat exchanger and / or secondary heat exchanger and / or overheat and so in the expansion turbine usable. The available enthalpy of the solar fluid and / or the secondary storage fluid is correspondingly greater than the evaporation enthalpy of the working fluid necessary for the evaporation, which is necessary in order to convert it from a liquid to a gaseous state. The more clearly the critical temperature of the solar fluid exceeds the critical temperature of the working fluid, the more efficient the solar thermal power plant according to the invention operates. However, care must be taken to ensure that the working fluid has properties which permit its use in the working cycle without, for example, unrealistically high pressures being required before or in the primary heat exchanger or secondary heat exchanger. The solar thermal power plant presented here is suitable for any nominal power range, which can be represented by appropriate design. The rated power is preferably provided in the form of electric current, but other forms of energy, such as mechanical work, can be realized.
Die genannten Faktoren beziehen sich auf die kritischen Temperatu- ren mit der Einheit Grad Celsius. In anderen Einheiten können sich entsprechend andere Faktoren ergeben, die jedoch aus den genannten Werten bestimmbar sind. In der Einheit Kelvin beträgt der Faktor beispielsweise wenigstens 1 ,5; 1 ,6; 1 ,75 oder 2,0. Alternativ oder zusätzlich ist die Siedepunkttemperatur des Solarfluids in der Einheit Kelvin um einen Faktor von wenigstens 1 ,3, beispielsweise wenigstens 1 ,4; wenigstens 1 ,5 oder wenigstens 1 ,6, größer als die Siedepunkttemperatur des Arbeitsfluids. The factors mentioned refer to the critical temperatures with the unit degrees Celsius. In other units correspondingly other factors may arise, but these can be determined from the stated values. For example, in the unit Kelvin, the factor is at least 1.5; 1, 6; 1, 75 or 2.0. Alternatively or additionally, the boiling point temperature of the solar fluid in the unit Kelvin by a factor of at least 1, 3, for example at least 1.4; at least 1, 5 or at least 1, 6, greater than the boiling point temperature of the working fluid.
Aufgrund des Unterschiedes zwischen den kritischen Temperaturen des Solarfluids und des Arbeitsfluids beziehungsweise der niedrigen kritischen Temperatur des Arbeitsfluids kann der Arbeitskreislauf bei im Vergleich zu bekannten Kraftwerken niedrigeren Temperaturen betrieben werden. Beispielsweise wird das Arbeitsfluid in dem Primärwärmetauscher und/oder dem Sekundärwärmetauscher bei einem Druck von 60 bar auf etwa 130°C erwärmt, verdampft bezie- hungsweise überhitzt, und anschließend der Expansionsturbine zugeführt. Auch bei einem starken Temperaturabfall in dem Solarkreislauf durch verringerte Sonneneinstrahlung oder in dem Sekundärspeicherkreislauf durch Entnahme einer großen Wärmemenge ist es somit ohne Unterschreiten einer Nennleistung des solarthermischen Kraftwerks möglich, mittels der Expansionsturbine weiter mechanische Energie und entsprechend elektrischen Strom zu erzeugen. Bei ausreichender Sonneneinstrahlung wird dabei Strom entsprechend der Nennleistung erzeugt. Verfahrensbedingt ist üblicherweise eine minimale Temperatur von ungefähr 10 K zwischen dem Solarfluid beziehungsweise Sekundärspeicherfluid und dem Arbeitsfluid in dem Primärwärmetauscher beziehungsweise dem Sekundärwärmetauscher notwendig, um eine ausreichend große Wärmemenge von dem Solarfluid beziehungsweise dem Sekundärspeicherfluid auf das Arbeitsfluid übertragen zu können und im Betrieb der Expansionsturbine sicherzustellen. Selbstverständlich kann unter Umständen jedoch ein Betrieb auch bei einer geringeren Temperaturdifferenz durchgeführt werden. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass das Solarfluid ein Thermoöl ist und die kritische Temperatur des Arbeitsfluids höchstens 160°C beträgt. Anstelle des Begriffs„Thermoöl" kann auch die Bezeichnung„Thermalöl" verwendet werden. Die vorstehenden Ausführungen, insbesondere hinsichtlich des strukturellen Aufbaus des solarthermischen Kraftwerks, behalten grundsätzlich ihre Gültigkeit. Das Thermoöl kann beispielsweise ein Mineralöl oder ein Synthetiköl sein. Ersteres ist ein Kohlenwasserstoff und wird aus Erdöl hergestellt. Letzteres ist ein synthetisch hergestelltes Öl, beispielsweise aus der Gruppe der Siloxane, wobei insbesondere polymere Siloxa- ne Verwendung finden. Beispiele für Synthetiköle sind Silikonöle, welche beispielsweise als Methylsiloxane oder Phenylsiloxane vorliegen. Häufig kann für Thermoöl kein kritischer Punkt festgelegt werden. Insbesondere tritt bei vielen Thermoölen ab einer bestimmten Temperatur thermisches Cracken auf, bei welchem das Thermo- öl beziehungsweise darin enthaltene langkettige Kohlenwasserstoffe in Kohlenwasserstoffe mit kürzerer Kettenlänge gespalten werden. Um dennoch die vorstehend beschriebenen Vorteile zu erzielen, ist es nun vorgesehen, die kritische Temperatur des Arbeitsfluids absolut anzugeben. Diese soll höchstens 160°C betragen, kann jedoch selbstverständlich auch geringer sein. Insbesondere beträgt die kritische Temperatur des Arbeitsfluids höchstens 150°C, 140°C, 120°C, 100°C, 80°C oder 40°C. Due to the difference between the critical temperatures of the solar fluid and the working fluid or the low critical temperature of the working fluid of the working cycle can be operated at lower compared to known power plants temperatures. For example, the working fluid in the primary heat exchanger and / or the secondary heat exchanger is heated at a pressure of 60 bar to about 130 ° C, vaporized or superheated, and then fed to the expansion turbine. Even with a sharp drop in temperature in the solar circuit due to reduced solar radiation or in the secondary storage cycle by removing a large amount of heat, it is thus possible without falling below a rated power of the solar thermal power plant to produce further mechanical energy and corresponding electric current by means of the expansion turbine. With sufficient solar radiation, electricity is generated according to the nominal power. Due to the process is usually a minimum temperature of about 10 K between the solar fluid and the secondary storage fluid and the working fluid in the primary heat exchanger or the secondary heat exchanger necessary to transfer a sufficiently large amount of heat from the solar fluid or the secondary storage fluid to the working fluid and ensure during operation of the expansion turbine. Of course, under certain circumstances, however, an operation can also be carried out at a lower temperature difference. Alternatively, it can also be provided that the solar fluid is a thermal oil and the critical temperature of the working fluid is at most 160 ° C. Instead of the term "thermal oil", the term "thermal oil" can also be used. The above statements, in particular with regard to the structural design of the solar thermal power plant, remain valid in principle. The thermal oil may be, for example, a mineral oil or a synthetic oil. The former is a hydrocarbon and is made from petroleum. The latter is a synthetically produced oil, for example from the group of siloxanes, wherein in particular polymeric siloxanes are used. Examples of synthetic oils are silicone oils which are present, for example, as methylsiloxanes or phenylsiloxanes. Often, no critical point can be specified for thermal oil. In particular, thermal cracking occurs at many thermal oils above a certain temperature, at which the thermal oil or long-chain hydrocarbons contained therein are split into hydrocarbons with a shorter chain length. Nevertheless, to achieve the advantages described above, it is now provided to indicate the critical temperature of the working fluid absolute. This should not exceed 160 ° C, but can Of course, be less. In particular, the critical temperature of the working fluid is at most 150 ° C, 140 ° C, 120 ° C, 100 ° C, 80 ° C or 40 ° C.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das in dem Solar- kreislauf vorliegende Solarfluid und/der das in den Sekundärspeicherkreislauf vorliegende Sekundärspeicherfluid Wasser oder ein Thermoöl und/oder das in dem Arbeitskreislauf vorliegende Ar- beitsfluid Wasser oder ein Kohlenwasserstoff, insbesondere ein Al- kan, vorzugsweise Propan oder Butan, oder Kohlenstoffdioxid, Am- moniak oder ein Gemisch aus diesen Stoffen ist. Prinzipiell können das Solarfluid, das Arbeitsfluid und das Sekundärspeicherfluid beliebig gewählt sein. Besonders bevorzugt ist das Solarfluid bei realisierbaren Drücken, beispielsweise bei etwa 75 bar bis 100 bar, und den in dem Solarkreislauf vorliegenden Temperaturen flüssig. Ein Phasenwechsel des Solarfluids in dem Solarkreislauf von flüssigem in gasförmigen Zustand ist nachteilig, weil unter Umständen der gesamte Solarkreislauf destabilisiert wird. In flüssigem Zustand kann dagegen mittels des Solarfluids die maximale Wärmemenge von dem Sonnenkollektor zu dem Primärwärmetauscher und/oder Se- kundärwärmetauscher transportiert werden, sodass der Wirkungsgrad des solarthermischen Kraftwerks in diesem Bereich optimal bleibt. A further development of the invention provides that the solar fluid present in the solar cycle and / or the secondary storage fluid present in the secondary storage circuit is water or a thermal oil and / or the working fluid present in the working cycle is water or a hydrocarbon, in particular an alkane , preferably propane or butane, or carbon dioxide, ammonia or a mixture of these substances. In principle, the solar fluid, the working fluid and the secondary storage fluid can be chosen arbitrarily. Particularly preferably, the solar fluid is liquid at realizable pressures, for example at about 75 to 100 bar, and the temperatures present in the solar circuit. A phase change of the solar fluid in the solar cycle from liquid to gaseous state is disadvantageous because under some circumstances the entire solar cycle is destabilized. In the liquid state, by contrast, the maximum amount of heat can be transported from the solar collector to the primary heat exchanger and / or secondary heat exchanger by means of the solar fluid, so that the efficiency of the solar thermal power plant remains optimal in this area.
Gleichzeitig soll das in dem Arbeitskreislauf vorliegende Arbeitsfluid, wie bereits vorstehend beschrieben, eine derart niedrige kritische Temperatur aufweisen, dass auch bei geringen Temperaturen in dem Solarkreislauf beziehungsweise dem Sekundärspeicherkreislauf ein zuverlässiger Betrieb des Arbeitskreislaufs sichergestellt ist. Geeignete Fluide finden sich beispielsweise in der Stoffgruppe der Koh- lenwasserstoffe, insbesondere der Alkane. Vorzugsweise ist das Ar- beitsfluid Propan oder Butan. Alternativ kann jedoch auch Kohlenstoffdioxid, Ammoniak oder ein Gemisch aus den genannten Stoffen als Arbeitsfluid verwendet werden. Selbstredend können sowohl in dem Solarfluid als auch in dem Arbeitsfluid Verunreinigungen und dergleichen vorhanden sein, welche jedoch die wesentlichen Eigenschaften nicht oder lediglich geringfügig beeinflussen. Der kritische Punkt von Wasser wird bei einer kritischen Temperatur Tc = 374,12°C und einem kritischen Druck pc = 22,12 MPa erreicht. Die kritischen Punkte von Propan, Butan, Kohlenstoffdioxid und Ammoniak liegen bei Tc = 96,9°C und pc = 4,2 MPa; Tc= 152,01 °C und pc = 3,796 MPa; Tc = 31 °C und pc = 7,38 MPa und Tc = 132.4X und pc = 11 ,3 MPa. Es wird deutlich, dass die kritischen Temperaturen der für das Arbeitsfluid angegebenen Stoffe wenigstens um den Faktor 1 ,5, teilweise jedoch um deutlich mehr, größer sind als die kritische Temperatur des Wassers. Beispielsweise liegt ein Faktor von 2; 2,5; 3 oder mehr vor. At the same time, the working fluid present in the working cycle, as already described above, should have such a low critical temperature that reliable operation of the working cycle is ensured even at low temperatures in the solar circuit or the secondary storage circuit. Suitable fluids can be found, for example, in the substance group of the Koh Hydrocarbons, especially the alkanes. Preferably, the working fluid is propane or butane. Alternatively, however, carbon dioxide, ammonia or a mixture of the substances mentioned can be used as the working fluid. Of course, both in the solar fluid and in the working fluid impurities and the like may be present, which, however, not or only slightly affect the essential properties. The critical point of water is reached at a critical temperature T c = 374.12 ° C and a critical pressure p c = 22.12 MPa. The critical points of propane, butane, carbon dioxide and ammonia are at T c = 96.9 ° C and p c = 4.2 MPa; T c = 152.01 ° C and p c = 3.776 MPa; T c = 31 ° C and p c = 7.38 MPa and T c = 132.4X and p c = 11, 3 MPa. It becomes clear that the critical temperatures of the substances specified for the working fluid are at least a factor of 1.5, but in some cases considerably more, than the critical temperature of the water. For example, a factor of 2; 2.5; 3 or more ago.
Die kritische Temperatur des Arbeitsfluids beträgt insbesondere höchstens 40°C, 80°C, 100°C, 120°C, 140°C, 150°C oder 160°C (diese Werte und alle dazwischen liegenden Werte sowie die vorstehend genannten Temperaturen für die konkreten Stoffe ausdrücklich einschließend). Die kritische Temperatur des Solarfluids liegt dagegen beispielsweise bei mindestens 150°C, 200°C, 250°C, 300°C, 350°C oder 375°C, wiederum diese, die dazwischen liegenden Wer- te sowie die genannten kritischen Temperaturen für die konkreten Stoffe einschließend. Dabei soll bevorzugt wenigstens der genannte Faktor zwischen den kritischen Temperaturen der beiden Fluide vorliegen. Zusätzlich kann das Arbeitsfluid eine Beimischung aufweisen, die beispielsweise eine höhere Kondensationstemperatur und/oder einen höheren Kondensationsdruck aufweist. Auf diese Weise können die genannten Werte des Arbeitsfluids in Richtung einer höheren Temperatur beziehungsweise eines höheren Drucks beeinflusst werden. Somit wird es möglich, die Temperatur und/oder den Druck vor der Expansionsturbine zu erhöhen und dennoch nach dem Entspannen in dieser einen Zustand im Nassdampfgebiet, insbesondere auf der Taulinie, zu erreichen. Entsprechend liegt bei ansonsten un- verändertem Aufbau des Kraftwerks nach der Expansionsturbine ebenfalls eine höhere Temperatur beziehungsweise ein höherer Druck vor. Dies erhöht die zu diesem Zeitpunkt vorliegende Restwärme, die über den Kondensator weiteren Bestimmungsorten zugeführt werden kann. Beispielsweise kann die so verfügbare Wärme in der eingangs beschriebenen Meerwasserentsalzungsanlage zum Verdampfen und so zum Entsalzen von Meerwasser eingesetzt werden. Der ebenfalls erzeugte elektrische Strom kann dem Betreiben weiterer Einrichtungen der Meerwasserentsalzungsanlage dienen, zum Beispiel von Pumpen, Steuerungseinrichtungen und derglei- chen. Die Beimischung ist vorzugsweise ebenfalls ein Alkan, insbesondere Ethan. Specifically, the critical temperature of the working fluid is at most 40 ° C, 80 ° C, 100 ° C, 120 ° C, 140 ° C, 150 ° C or 160 ° C (these values and all values therebetween as well as the above temperatures for the specifically including specific substances). By contrast, the critical temperature of the solar fluid is, for example, at least 150 ° C., 200 ° C., 250 ° C., 300 ° C., 350 ° C. or 375 ° C., again these, the values lying between them and the critical temperatures mentioned for the including concrete substances. In this case, preferably at least said factor between the critical temperatures of the two fluids should be present. Additionally, the working fluid may include an admixture having, for example, a higher condensation temperature and / or a higher condensation pressure. In this way, the stated values of the working fluid can be influenced in the direction of a higher temperature or a higher pressure. Thus, it becomes possible to increase the temperature and / or the pressure upstream of the expansion turbine and still achieve after relaxing in this one state in the wet steam region, in particular on the dew line. Accordingly, if the structure of the power plant is otherwise unchanged after the expansion turbine, there is likewise a higher temperature or a higher pressure. This increases the residual heat present at this time, which can be supplied via the capacitor to other destinations. For example, the heat thus available in the seawater desalination plant described above can be used for evaporation and thus for desalinating seawater. The electrical power also generated may serve to operate other facilities of the seawater desalination plant, for example, pumps, controllers, and the like. The admixture is preferably also an alkane, especially ethane.
Das solarthermische Kraftwerk weist die sich um den genannten Faktor unterscheidenden Fluide zusätzlich oder alternativ zu dem Primärwärmespeicher auf. Sie sind insoweit ein weiteres Alleinstel- lungsmerkmal des hier vorgestellten solarthermischen Kraftwerks, welches deutliche Vorteile gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Kraftwerken bedeutet. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines solarthermischen Kraftwerks, insbesondere eines Kraftwerks gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei das solarthermische Kraftwerk über wenigstens einen Sonnenkollektor eines Solarkreislaufs und eine einem Arbeitskreislauf zugeordnete Expansionsturbine verfügt, wobei der Solarkreislauf und der Arbeitskreislauf über wenigstens einen Primärwärmetauscher miteinander gekoppelt sind und in dem Solarkreislauf ein Solarfluid und in dem Arbeitskreislauf ein Ar- beitsfluid verwendet wird. Dabei ist vorgesehen, dass dem Solar- kreislauf ein Primärwärmespeicher zugeordnet wird, der wenigstens einen, insbesondere parallel zu dem Primärwärmetauscher angeschlossenen, Primärwärmespeichertank für das Solarfluid des Solarkreislaufs aufweist. The solar thermal power plant has the fluids differing by the named factor additionally or alternatively to the primary heat store. To this extent, they are a further unique feature of the solar thermal power plant presented here, which means significant advantages over the power plants known from the prior art. The invention further relates to a method for operating a solar thermal power plant, in particular a power plant according to the foregoing, wherein the solar thermal power plant has at least one solar collector of a solar circuit and an expansion turbine associated with a working cycle, wherein the solar circuit and the working circuit coupled together via at least one primary heat exchanger and in the solar circuit a solar fluid and in the working cycle a working fluid is used. It is provided that the solar cycle a primary heat accumulator is assigned, which has at least one, in particular parallel to the primary heat exchanger connected, primary heat storage tank for the solar fluid of the solar circuit.
Zum Betreiben des solarthermischen Kraftwerks werden das So- larfluid in dem Solarkreislauf und das Arbeitsfluid in dem Arbeitskreislauf umgewälzt, wozu in dem Solarkreislauf insbesondere das Fördermittel und in dem Arbeitskreislauf die Kondensatpumpe vorgesehen sind. In dem Primärwärmetauscher wird die in dem Solarfluid nach dem Sonnenkollektor vorliegende Wärme beziehungs- weise Enthalpie verwendet, um das Arbeitsfluid durch Einbringen von wenigstens der Verdampfungsenthalpie zu verdampfen und/oder insbesondere durch das Zuführen zusätzlicher Wärme zu überhitzen. Das hierbei verwendete solarthermische Kraftwerk kann gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zumindest ein Sekundärwärmetauscher vorgesehen ist, über welchen der Arbeitskreislauf und/oder der Solarkreislauf mit wenigstens einem ein Se- kundärspeicherfluid aufweisenden Sekundärspeicherkreislauf ge- koppelt wird, wobei bei einer einer Auslegungssonneneinstrahlung entsprechenden oder diese übersteigenden Sonneneinstrahlung ein Normalbetrieb und bei einer Sonneneinstrahlung, die kleiner als die Auslegungssonneneinstrahlung ist, ein Speicherbetrieb durchgeführt wird, wobei in dem Normalbetrieb das Arbeitsfluid des Arbeitskreislaufs nur mit dem Sekundärwärmetauscher verdampft und überhitzt und in dem Speicherbetrieb mit dem Sekundärwärmetauscher nur verdampft und mit dem Primärwärmetauscher nur überhitzt wird. Neben dem vorstehend bereits beschriebenen Primärwärmetauscher ist also der Sekundärwärmetauscher vorgesehen, welcher eine thermische Koppelung mit dem Sekundärspeicherkreislauf sicherstellt. For operating the solar thermal power plant, the solar fluid in the solar circuit and the working fluid are circulated in the working circuit, for which purpose the pump and in the working circuit the condensate pump are provided in the solar circuit. In the primary heat exchanger, the heat or enthalpy present in the solar fluid after the solar collector is used to evaporate the working fluid by introducing at least the evaporation enthalpy and / or in particular to overheat by supplying additional heat. The solar thermal power plant used in this case can be developed according to the above statements. A development of the invention provides that at least one secondary heat exchanger is provided, via which the working cycle and / or the solar circuit with at least one secondary storage circuit having a secondary storage fluid can be disposed. In normal operation, and at a solar radiation which is smaller than the design sun radiation, a storage operation is performed, wherein in normal operation, the working fluid of the working circuit evaporated and superheated only with the secondary heat exchanger and in the Storage operation with the secondary heat exchanger only evaporated and with the primary heat exchanger only superheated. In addition to the primary heat exchanger already described above so the secondary heat exchanger is provided, which ensures a thermal coupling with the secondary storage circuit.
Das solarthermische Kraftwerk beziehungsweise der Primärwärmetauscher und der Sekundärwärmetauscher werden nun in Abhängigkeit von der momentanen Sonneneinstrahlung betrieben. In dem Normalbetrieb wird der Sekundärwärmetauscher beziehungsweise die ihm zugeführte Menge des Sekundärspeicherfluids derart eingestellt, dass die auf das Arbeitsfluid übertragene Wärmemenge ausreichend ist, um dieses zu verdampfen und anschließend zu überhitzen. In dem Normalbetrieb dient der Sekundärwärmetauscher demnach als kombinierter Verdampfer und Überhitzer. Dagegen wird der Primärwärmetauscher nicht oder nur geringfügig mit dem Solarfluid des Solarkreislaufs beaufschlagt, sodass dem Arbeitsfluid in ihm keine weitere Wärme zugeführt wird. Der Arbeitskreislauf wird insoweit ausschließlich mit Wärme aus dem Sekundärspeicherkreislauf betrieben. Dabei kann es jedoch durchaus vorgesehen sein, dass der Sekundärspeicherkreislauf an den Solarkreislauf strömungstechnisch angeschlossen ist beziehungsweise Bestandteil von diesem ist. Soll das solarthermische Kraftwerk in dem Speicherbetrieb betrieben werden, so wird der Sekundärwärmetauscher beziehungsweise der ihm zugeführte Durchsatz des Sekundärspeicherfluids derart eingestellt, dass die auf das Arbeitsfluid übertragene Wärme dieses nur verdampft. In dem Speicherbetrieb soll also in dem Sekundärwärmetauscher kein Überhitzen des Arbeitsfluids erfolgen. Dies ist in dem Primärwärmetauscher vorgesehen, welcher in dem Arbeitskreislauf stromabwärts des Sekundärwärmetauschers vorliegt. Der Primärwärmetauscher beziehungsweise der ihm zugeführte Durchsatz des Solarfluids wird demnach derart eingestellt, dass das ihm zugeführte bereits verdampfte Arbeitsfluid überhitzt wird. The solar thermal power plant or the primary heat exchanger and the secondary heat exchanger are now operated depending on the instantaneous solar radiation. In the normal operation, the secondary heat exchanger or the amount of secondary storage fluid supplied to it is adjusted such that the amount of heat transferred to the working fluid is sufficient to vaporize it and subsequently to overheat it. In normal operation, the secondary heat exchanger therefore serves as a combined evaporator and superheater. In contrast, the primary heat exchanger is not or only slightly acted upon by the solar fluid of the solar circuit, so that the working fluid in it no further heat is supplied. The working cycle is operated in this respect only with heat from the secondary storage circuit. However, it may well be provided that the secondary storage circuit is connected fluidically to the solar circuit or is part of this. If the solar thermal power plant is to be operated in the storage mode, then the secondary heat exchanger or the throughput of the secondary storage fluid supplied to it is set in such a way that the heat transferred to the working fluid only evaporates it. In the storage operation, therefore, no overheating of the working fluid should take place in the secondary heat exchanger. This is provided in the primary heat exchanger, which is present in the working circuit downstream of the secondary heat exchanger. The primary heat exchanger or the throughput of the solar fluid supplied to it is accordingly set in such a way that the already evaporated working fluid supplied to it is overheated.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in dem Normalbetrieb der Solarkreislauf ausschließlich zum Aufladen des ersten Primärwärmespeichers betrieben wird. Gemäß den vorstehenden Aus- führungen soll das Verdampfen und Überhitzen des Arbeitsfluids in dem Normalbetrieb ausschließlich mithilfe des Sekundärwärmetauschers erfolgen. Entsprechend wird die in dem Solarkreislauf vorliegende Wärme - sofern der Solarkreislauf und der Sekundärspeicherkreislauf strömungstechnisch nicht verbunden sind - nicht für das Verdampfen und/oder Überhitzen des Arbeitsfluids benötigt. Entsprechend wird sie dem Primärwärmespeicher zugeführt beziehungsweise zu dessen Aufladen verwendet. Auf diese Weise kann in dem Normalbetrieb ein besonders schnelles Aufladen des ersten Wärmespeichers gewährleistet werden, sodass dieser bei einem auf den Normalbetrieb folgenden Speicherbetrieb vorzugsweise vollständig aufgeladen ist. A further development of the invention provides that in normal operation the solar circuit is operated exclusively for charging the first primary heat accumulator. According to the above explanations, the evaporation and overheating of the working fluid in normal operation should be carried out exclusively by means of the secondary heat exchanger. Accordingly, if the solar circuit and the secondary storage circuit are not fluidly connected, the heat present in the solar circuit is not required for the evaporation and / or overheating of the working fluid. Accordingly, it is fed to the primary heat storage or used to charge it. In this way, in the normal operation, a particularly fast charging of the first heat accumulator can be ensured, so that it is preferably fully charged in a storage operation following the normal operation.
Bei dem beschriebenen Verfahren kann analog zu dem solarthermischen Kraftwerk gemäß den vorstehenden Ausführungen vorgese- hen sein, dass die kritische Temperatur in dem kritischen Punkt des Solarfluids wenigstens um den Faktor 1 ,5, bevorzugt um wenigstens den Faktor 3, größer ist als die kritische Temperatur in dem kritischen Punkt des Arbeitsfluids, oder dass als Solarfluid ein Thermoöl verwendet wird und die kritische Temperatur des Arbeitsfluids mindestens 160°C beträgt. In the method described can analogously to the solar thermal power plant according to the above explanations provided hen that the critical temperature in the critical point of the solar fluid at least by a factor of 1, 5, preferably by at least a factor of 3, is greater than the critical temperature in the critical point of the working fluid, or that as a solar fluid, a thermal oil is used and the critical temperature of the working fluid is at least 160 ° C.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das solarthermische Kraftwerk derart eingestellt wird, dass das in dem Solarkreislauf verwendete Solarfluid eine Maximaltemperatur aufweist, insbesonde- re in oder unmittelbar nach dem Sonnenkollektor, die geringer ist als seine kritische Temperatur, und/oder dass das in dem Arbeitskreislauf verwendete Arbeitsfluid eine Maximaltemperatur aufweist, insbesondere in oder unmittelbar nach dem Primärwärmetauscher und/oder Sekundärwärmetauscher, die größer ist als seine kritische Temperatur. Das Einstellen des solarthermischen Kraftwerks erfolgt insbesondere durch das Einstellen des jeweiligen Fluiddurchsatzes an dem Fördermittel des Solarkreislaufs und/oder an der Kondensatpumpe des Arbeitskreislaufs und/oder einem Fördermittel des Sekundärspeicherkreislaufs sowie des Einlassschaltventils und des Auslassschaltventils. Das Einstellen kann dabei steuernd und/oder regelnd erfolgen. Die Maximaltemperatur des Solarfluids liegt üblicherweise in oder unmittelbar nach dem Sonnenkollektor vor, in welchem die solare Wärmeenergie in das Solarfluid eingebracht wird. Diese Maximaltemperatur soll stets unterhalb der kritischen Tempe- ratur des Solarfluids liegen, sodass das Solarfluid stets in flüssiger Form vorliegt. Das bedeutet selbstverständlich, dass der Druck des Solarfluids in dem Solarkreislauf entsprechend hoch gewählt sein muss. Beispielsweise ist die Maximaltemperatur des Solarfluids um wenigstens 10% bis 30%, beispielsweise etwa 15% bis 20%, gerin- ger als die kritische Temperatur, wobei die angegebenen Werte auf letztere bezogen sind. A development of the invention provides that the solar thermal power plant is adjusted such that the solar fluid used in the solar cycle has a maximum temperature, in particular in or immediately after the solar collector, which is lower than its critical temperature, and / or that in Working fluid used in the working cycle has a maximum temperature, in particular in or immediately after the primary heat exchanger and / or secondary heat exchanger, which is greater than its critical temperature. The setting of the solar thermal power plant takes place in particular by adjusting the respective fluid flow rate at the conveying means of the solar circuit and / or at the condensate pump of the working circuit and / or a conveying means of the secondary storage circuit and the inlet switching valve and the Auslassschaltventils. The setting can be done controlling and / or regulating. The maximum temperature of the solar fluid is usually in or immediately after the solar collector, in which the solar thermal energy is introduced into the solar fluid. This maximum temperature should always be below the critical temperature of the solar fluid so that the solar fluid is always in liquid form. This means, of course, that the pressure of the solar fluid in the solar circuit must be selected to be correspondingly high. For example, the maximum temperature of the solar fluid is at least 10% to 30%, for example about 15% to 20%, low. ger as the critical temperature, the indicated values are based on the latter.
Das Arbeitsfluid, welches in dem Arbeitskreislauf vorliegt, weist seine Maximaltemperatur üblicherweise in oder unmittelbar nach dem Pri- märwärmetauscher und/oder dem Sekundärwärmetauscher auf, in welchem Wärme aus dem Solarfluid beziehungsweise dem Sekun- därspeicherfluid an das Arbeitsfluid übertragen wird. Dies soll dabei derart erfolgen, dass das Arbeitsfluid eine Maximaltemperatur aufweist, welche größer ist als die kritische Temperatur des Arbeitsflu- ids. Insoweit soll insbesondere in dem Primärwärmetauscher ein Überhitzen des Arbeitsfluids vorgenommen werden. Wie bereits vorstehend für das Solarfluid ausgeführt, muss dabei selbstredend der Druck des Arbeitsfluids derart gewählt sein, dass dieser ebenfalls größer oder gleich dem kritischen Druck ist. Es kann also entsprechend auch vorgesehen sein, dass zusätzlich das solarthermische Kraftwerk derart eingestellt wird, dass das in dem Solarkreislauf verwendete Solarfluid unter einem Druck vorliegt, der geringer ist als der kritische Druck seines kritischen Punkts, und/oder dass das in dem Arbeitskreislauf verwendete Arbeitsfluid unter einem Druck vorliegt, der größer ist als der kritische Druck seines kritischen Punkts. The working fluid present in the working cycle usually has its maximum temperature in or immediately after the primary heat exchanger and / or the secondary heat exchanger, in which heat is transferred from the solar fluid or the secondary storage fluid to the working fluid. This should be done in such a way that the working fluid has a maximum temperature which is greater than the critical temperature of the working fluid. In that regard, in particular in the primary heat exchanger overheating of the working fluid should be made. As already stated above for the solar fluid, of course, the pressure of the working fluid must be selected such that it is also greater than or equal to the critical pressure. Accordingly, it can also be provided correspondingly that the solar thermal power plant is additionally adjusted in such a way that the solar fluid used in the solar circuit is present under a pressure which is less than the critical pressure of its critical point, and / or the working fluid used in the working cycle under a pressure greater than the critical pressure of its critical point.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Maximaltemperatur und der Druck des Solarfluids so gewählt werden, dass sie auf der Siedelinie des Solarfluids liegen. Zu- mindest soll jedoch kein Wechsel des Aggregatzustands erfolgen. Das Solarfluid liegt insoweit stets vollständig in flüssiger Form und nicht, auch nicht teilweise, als Gas vor. Wenn der Zustand, also Temperatur und Druck, des Solarfluids auf oder zumindest nahe der Siedelinie angeordnet ist, kann dieses in dem Sonnenkollektor eine maximale Wärmemenge aufnehmen und in Richtung des Wärmetauschers transportieren. Insofern ist bei einer solchen Wahl von Maximaltemperatur und Druck in dem Solarkreislauf ein optimaler Wirkungsgrad realisiert. In a particular embodiment of the invention, it is provided that the maximum temperature and the pressure of the solar fluid are selected so that they lie on the boiling line of the solar fluid. At least, however, no change of state of aggregation should take place. The solar fluid is so far always completely in liquid form and not, not even partially, as a gas. If the condition, then Temperature and pressure, the solar fluid is disposed on or at least near the boiling line, this can absorb a maximum amount of heat in the solar collector and transport in the direction of the heat exchanger. In this respect, optimal efficiency is realized with such a choice of maximum temperature and pressure in the solar circuit.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Maximaltemperatur des Arbeitsfluids so gewählt wird, dass das Arbeitsfluid nach der Expansionsturbine einen Zustand in seinem Nassdampfgebiet einnimmt und mindestens einen bestimmten Dampfgehalt, insbesondere zwischen 0,75 und 1 ,0, aufweist. Der Dampfgehalt kann auch als Dampfmassenanteil bezeichnet werden und gibt die Aufteilung des Fluids in dem Nassdampfgebiet auf seine flüssige und seine gasförmige Phase an. Bei einem Dampfgehalt von 0 bezie- hungsweise 0% liegt das Arbeitsfluid entsprechend nur in flüssiger Form, bei einem Dampfgehalt von 1 beziehungsweise 100% ausschließlich in gasförmiger Form vor. Um ein effektives Arbeiten des solarthermischen Kraftwerks beziehungsweise dessen Arbeitskreislaufs zu gewährleisten, muss der Zustand des Arbeitsfluids nach der Expansionsturbine in dem Nassdampfgebiet des Arbeitsfluids liegen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der maximale Anteil der in dem Arbeitsfluid enthaltenen thermischen Energie in mechanische Energie in der Expansionsturbine umgesetzt wird. A development of the invention provides that the maximum temperature of the working fluid is chosen so that the working fluid after the expansion turbine occupies a state in its wet steam region and at least a certain vapor content, in particular between 0.75 and 1, 0, has. The vapor content may also be referred to as the vapor mass fraction and indicates the distribution of the fluid in the wet steam region to its liquid and gaseous phases. At a vapor content of 0 or 0%, the working fluid is accordingly present only in liquid form, with a vapor content of 1 or 100% exclusively in gaseous form. To ensure effective operation of the solar thermal power plant or its working cycle, the state of the working fluid after the expansion turbine must be in the wet steam region of the working fluid. In this way it is ensured that the maximum proportion of the thermal energy contained in the working fluid is converted into mechanical energy in the expansion turbine.
Unmittelbar vor der Expansionsturbine liegt das Arbeitsfluid aus- schließlich in gasförmigem Zustand vor; der Zustand liegt also insoweit auf der Taulinie des Arbeitsfluids oder sogar, wenn das Arbeitsfluid in dem Wärmetauscher überhitzt wurde, bei höherer Temperatur und/oder höherem Druck vor. Während des Entspannens des Arbeitsfluids in der Expansionsturbine verlagert sich der momentane Zustand in Richtung der Taulinie beziehungsweise in das Nassdampfgebiet hinein. Um einen hohen Wirkungsgrad der Expansionsturbine zu gewährleisten, darf der Dampfgehalt jedoch nicht zu stark absinken. Insbesondere soll der Dampfgehalt stets größer als der bestimmte Dampfgehalt sein, wobei dieser beispielsweise zwischen 0,75 und 1 ,0 (diese Werte einschließen) liegt. Vorzugsweise ist der bestimmte Dampfgehalt größer oder gleich 0,9, also kleiner als 1 ,0. Immediately before the expansion turbine, the working fluid is exclusively in the gaseous state; the state is therefore so far on the dew point of the working fluid or even when the working fluid was overheated in the heat exchanger, at higher temperature and / or higher pressure. While relaxing of the working fluid in the expansion turbine, the instantaneous state shifts in the direction of the dew-line or into the wet-steam area. However, in order to ensure a high efficiency of the expansion turbine, the steam content must not drop too much. In particular, the steam content should always be greater than the specific steam content, this being, for example, between 0.75 and 1.0 (including these values). Preferably, the determined vapor content is greater than or equal to 0.9, that is less than 1.0.
Schließlich kann zusätzlich oder alternativ vorgesehen sein, dass ein Einlassschaltventil und ein Auslassschaltventil des Primärwärmespeichers des Solarkreislaufs derart eingestellt werden, dass die Temperatur des Arbeitsfluids unmittelbar nach dem Primärwärmetauscher unabhängig von einer Sonneneinstrahlung auf den Sonnenkollektor zumindest über einen bestimmten Zeitraum konstant bleibt. Das Einstellen kann dabei steuernd und/oder regelnd erfolgen. Auf das Einlassschaltventil und das Auslassschaltventil sowie den Primärwärmespeicher wurde bereits vorstehend eingegangen. Der Primärwärmespeicher verfügt über den strömungstechnisch mit dem Solarkreislauf verbundenen Primärwärmespeichertank. Bei aus- reichender Sonneneinstrahlung auf den Sonnenkollektor (mindestens der Auslegungssonneneinstrahlung entsprechend) wird das in dem Primärwärmespeichertank vorliegende Solarfluid erwärmt. Liegt die Sonneneinstrahlung unter der Auslegungssonneneinstrahlung beziehungsweise entfällt vollständig, so wird das in dem Primärwär- mespeicher vorliegende, bereits erwärmte Solarfluid entnommen, zum Betreiben des Solarkreislaufs auf das Arbeitsfluid übertragen und so zum konstanten Abgeben der Nennleistung herangezogen. Zusätzlich kann auch die in dem Sekundärspeicherkreislauf vorliegende Wärme genutzt werden. Dabei wird insbesondere keine ex- terne Energie, beispielsweise fossile Energie, zugeführt, um das Betreiben des Arbeitskreislaufs und das Abgeben der Nennleistung sicherzustellen. Finally, it may additionally or alternatively be provided that an inlet switching valve and an outlet switching valve of the primary heat accumulator of the solar circuit are adjusted so that the temperature of the working fluid remains constant immediately after the primary heat exchanger regardless of solar radiation to the solar collector at least over a certain period. The setting can be done controlling and / or regulating. On the inlet switching valve and the outlet switching valve and the primary heat storage has already been discussed above. The primary heat accumulator has the primary heat storage tank connected fluidically to the solar circuit. If there is sufficient solar irradiation on the solar collector (at least the design solar irradiation correspondingly), the solar fluid present in the primary heat storage tank is heated. If the solar radiation is below the design solar irradiation or is completely eliminated, the already heated solar fluid present in the primary heat accumulator is removed, transferred to the working fluid for operating the solar circuit and thus used for the constant delivery of the rated output. In addition, the heat present in the secondary storage circuit can also be used. In particular, no ex- Energy, such as fossil energy supplied to ensure the operation of the work cycle and the output of the rated power.
Der Arbeitskreislauf kann also ausschließlich mit der in dem Primär- Wärmespeicher gespeicherten Wärme beziehungsweise dem darin vorliegenden Solarfluid und/oder dem Sekundärspeicherkreislauf zumindest über den bestimmten Zeitraum - der auch als Auslegungszeitraum bezeichnet werden kann - unter Abgabe der konstanten Nennleistung betrieben werden, wobei das Arbeitsfluid nach dem Primärwärmetauscher und/oder dem Sekundärwärmetauscher stets zumindest näherungsweise dieselbe Temperatur aufweist beziehungsweise diese nicht unterschreitet. Zu diesem Zweck sollen das Einlassschaltventil und das Auslassschaltventil, welche das Einströmen und das Ausströmen des Solarfluids aus dem Primärwär- mespeicher bestimmen, derart eingestellt werden, dass das aus dem Primärwärmetauscher austretende Arbeitsfluid eine im Wesentlichen gleichbleibende Temperatur aufweist, unabhängig von der momentanen Sonneneinstrahlung auf den Sonnenkollektor, also sowohl im Normalbetrieb als auch im Speicherbetrieb. Das derartige Betreiben des Arbeitskreislaufs und das konstante Abgeben der Nennleistung werden insbesondere durch den Primärwärmespeicher, mithilfe des Sekundärspeicherkreislaufs und/oder durch das Verhältnis der kritischen Temperatur und des Solarfluids und des Arbeitsfluids zueinander ermöglicht. Weist der Primärwärmespeicher mehrere Primärwärmespeichertanks auf, kann das solarthermische Kraftwerk in dem Speicherbetrieb besonders vorteilhaft betrieben werden. Dabei ist es vorgesehen, dass lediglich wenigstens einer der Primärwärmespeichertanks zum Speichern des während des Normalbetriebs erwärmten So- larfluids dient. Dieser Primärwärmespeichertank wird im Folgenden als Quelltank bezeichnet. Wenigstens ein weiterer der Primärwärmespeichertanks wird dagegen während des Normalbetriebs geleert oder liegt bereits in leerer Form vor, sodass er zu Beginn des Betriebs wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig, leer ist. Dieser Primärwärmespeichertank wird nachfolgend als Zieltank oder als Auslagerungstank („swap tank") bezeichnet. Idealerweise sind genauso viele Quelltanks wie Zieltanks vorhanden. Um nur dem Quelltank das Solarfluid zu entnehmen und nur dem Zieltank zuzuführen, weist der Primärwärmespeicher entsprechende Stellorgane, insbesondere Stellventile, auf. Mittels diesen kann das dem Primärwärmespeicher zugeführte Solarfluid gezielt auf die Primärwärmespeichertanks aufgeteilt, also insbesondere einen be- stimmten der Primärwärmespeichertanks zugeführt werden. Ebenso kann das dem Primärwärmespeicher entnommene Solarfluid aus einem bestimmten der Primärwärmespeichertanks herausgeführt werden. The working cycle can thus be operated with the stored heat in the primary heat storage or the solar fluid and / or the secondary storage circuit at least over the specific period of time - which can also be referred to as design period - under delivery of constant rated power, wherein the working fluid after the primary heat exchanger and / or the secondary heat exchanger always at least approximately the same temperature has or does not fall below. For this purpose, the inlet switching valve and the outlet switching valve, which determine the inflow and outflow of the solar fluid from the primary heat storage are to be adjusted such that the exiting from the primary heat exchanger working fluid has a substantially constant temperature, regardless of the current solar radiation on the Solar collector, ie both in normal operation and in storage operation. Such operation of the working cycle and the constant output of the rated power are made possible in particular by the primary heat accumulator, by means of the secondary accumulator circuit and / or by the ratio of the critical temperature and the solar fluid and the working fluid to each other. If the primary heat store has a plurality of primary heat storage tanks, the solar thermal power plant can be operated particularly advantageously in the storage operation. It is provided that only at least one of the primary heat storage tanks serves to store the heated during normal operation solar fluid. This primary heat storage tank is referred to below as a source tank. At least one of the primary heat storage tanks, however, is emptied during normal operation or is already in an empty form, so that it is at least partially, preferably completely, empty at the beginning of operation. This primary heat storage tank is referred to below as a target tank or "swap tank." Ideally, there are just as many source tanks as target tanks, to remove only the source tank of solar fluid and only to the target tank, the primary heat storage corresponding actuators, in particular control valves on By means of the latter, the solar fluid supplied to the primary heat accumulator can be distributed in a targeted manner to the primary heat storage tanks, thus in particular fed to a specific one of the primary heat storage tanks.
Zu Beginn des Speicherbetriebs ist also der Quelltank mit erwärmten Solarfluid gefüllt, während der Zieltank leer ist. Während des Speicherbetriebs wird nun dem Quelltank das Solarfluid zum Betreiben des Arbeitskreislaufs unter Aufrechterhaltung der konstanten Nennleistung herangezogen. Anschließend wird das Solarfluid jedoch nicht mehr in den Quelltank zurückgeführt, sondern vielmehr in den Zieltank eingebracht. Somit wird ein Abkühlen des in dem Quelltank noch vorhandenen Solarfluids durch das zurückgeführte Solarfluid vermieden. Entsprechend steht stets Solarfluid mit hoher Temperatur, nämlich im Idealfall nahezu der während des Normalbetriebs erreichten Temperatur, zur Verfügung. Selbstverständlich kann sich durch das Zwischenspeichern und die während diesem auftretenden Wärmeverluste ein geringfügiger Temperaturabfall in dem Quelltank ergeben. Dieser ist jedoch deutlich geringer als ein durch das Zu- rückführen des Solarfluids in den Quelltank verursachter Temperaturabfall. At the beginning of the storage operation so the source tank is filled with heated solar fluid while the target tank is empty. During the storage operation, the source tank is now used to use the solar fluid to operate the working cycle while maintaining the constant rated power. Subsequently, however, the solar fluid is no longer returned to the source tank, but rather introduced into the target tank. Thus, cooling of the still existing in the source tank solar fluid is avoided by the recycled solar fluid. Accordingly, there is always solar fluid at high temperature, namely almost ideally during normal operation reached temperature, available. Of course, the temporary storage and the heat losses occurring during this process can result in a slight temperature drop in the source tank. However, this is significantly lower than a temperature drop caused by the return of the solar fluid into the source tank.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn während des Normalbetriebs das Solarfluid dem (nach dem Speicherbetrieb gefüllten) Zieltank entnommen und nach dem Erwärmen in dem Sonnenkollektor dem (nach dem Speicherbetrieb leeren) Quelltank zugeführt wird. Auf diese Weise liegt in dem Quelltank ausschließlich bereits erwärmtes Solarfluid bei entsprechend hoher Temperatur vor. Dies ermöglicht in einem unmittelbar auf den Normalbetrieb folgenden Speicherbetrieb die Verwendung von Solarfluid mit der hohen Temperatur und ent- sprechend eine äußerst effiziente Erwärmung des Arbeitsfluids in dem Primärwärmetauscher. Bei der beschriebenen Vorgehensweise werden die in dem ersten Normalbetrieb oder Speicherbetrieb als Quelltanks verwendeten Primärwärmespeichertanks in dem darauffolgenden Speicherbetrieb beziehungsweise Normalbetrieb als Ziel- tank und umgekehrt verwendet. Es liegt insoweit eine alternierende Nutzung der Primärwärmespeichertanks als Quelltank und als Zieltank vor. Entsprechend werden alle Primärwärmespeichertanks zumindest zeitweise als Auslagerungstanks beziehungsweise „swap tanks" genutzt. Weil durch ein Leeren des Quelltanks ein Druckabfall und durch ein Füllen des Zieltanks ein Druckanstieg auftritt, weisen diese Primärwärmespeichertanks bevorzugt ein Druckausgleichsmittel auf. Mit diesem wird die Volumenänderung des Solarfluids in dem jeweiligen Primärwärmespeichertank ausgeglichen, sodass der Druck im Wesentlichen konstant gehalten werden kann. Beispielsweise sind jeweils mindestens ein Quelltank und zumindest ein Zieltank über wenigstens eine Druckausgleichsleitung beziehungsweise Pendellei- tung miteinander strömungstechnisch verbunden. Dabei ist bevorzugt das jeweils nicht mit dem Solarfluid gefüllte Volumen in dem Quelltank und/oder dem Zieltank mit einem Füllmittel aufgefüllt. Zum Beispiel kann als Füllmittel ein unter den in dem Solarkreislauf vorliegenden Bedingungen gasförmiges Mittel verwendet werden, wel- ches gegenüber dem Solarfluid vorteilhafterweise im Wesentlichen inert ist. Insbesondere wird Stickstoff als Füllmittel verwendet. Die Druckausgleichsleitung ist nun so an den Quelltank und den Zieltank angeschlossen, dass lediglich das Füllmittel, nicht jedoch das Solarfluid, zwischen diesem zum Druckausgleich ausgetauscht werden kann. Alternativ kann auch das Innenvolumen des jeweiligen Primärwärmespeichertanks variabel sein. It is particularly advantageous if, during normal operation, the solar fluid is taken from the target tank (filled after storage operation) and, after heating in the solar collector, is supplied to the source tank (empty after storage operation). In this way, only already heated solar fluid at a correspondingly high temperature is present in the source tank. In a storage operation immediately following normal operation, this makes it possible to use high-temperature solar fluid and correspondingly extremely efficient heating of the working fluid in the primary heat exchanger. In the described procedure, the primary heat storage tanks used as source tanks in the first normal operation or storage operation are used in the subsequent storage operation or normal operation as destination tank and vice versa. In that regard, there is an alternating use of the primary heat storage tanks as a source tank and as a target tank. Accordingly, all of the primary heat storage tanks are at least temporarily used as swap tanks or swap tanks because emptying the swelling tank causes a pressure drop and a filling of the target tank causes a pressure increase, these primary heat storage tanks preferably have a pressure equalizing means respective Primary heat storage tank balanced, so that the pressure can be kept substantially constant. For example, in each case at least one source tank and at least one target tank via at least one pressure equalization line or Pendellei- direction fluidly connected to each other. In this case, the respective volume not filled with the solar fluid in the source tank and / or the target tank is preferably filled with a filler. For example, as the filler, a gaseous agent which is advantageously substantially inert to the solar fluid can be used under the conditions prevailing in the solar cycle. In particular, nitrogen is used as the filler. The pressure equalization line is now connected to the source tank and the target tank, that only the filler, but not the solar fluid, can be exchanged between it for pressure equalization. Alternatively, the internal volume of the respective primary heat storage tank can be variable.
Es soll darauf hingewiesen werden, dass die hier beschriebene Aufteilung in Quelltank und Zieltank im Wesentlichen nur aufgrund der vorstehend beschriebenen, im Vergleich zum Stand der Technik deutlichen Reduzierung der notwendigen Speichervolumina des Primärwärmespeichers möglich ist. Für die bekannten Kraftwerke ist eine solche Vorgehensweise kaum realisierbar, weil der Platzbedarf für den entsprechenden Wärmespeicher schlichtweg zu groß wäre. It should be pointed out that the division into source tank and target tank described here is essentially possible only on the basis of the above-described reduction of the necessary storage volumes of the primary heat store, which is significant in comparison with the prior art. For the known power plants, such an approach is hardly feasible because the space required for the corresponding heat storage would simply be too large.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung darge- stellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung eines solarthermischen Kraftwerks in einer ersten Ausführungsform, The invention will be explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments illustrated in the drawing, without the invention being restricted. Show it: 1 shows a schematic representation of a solar thermal power plant in a first embodiment,
Figur 2 das solarthermische Kraftwerk in einer zweiten Ausführungsform, wobei neben einem Solarkreislauf und einem Arbeitskreislauf ein Heizkreislauf vorgesehen ist, 2 shows the solar thermal power plant in a second embodiment, wherein a heating circuit is provided in addition to a solar circuit and a working cycle,
Figur 3 eine schematische Detaildarstellung des Heizkreislaufs, der insbesondere eine Sonnenkollektorheizung 31 aufweist, FIG. 3 shows a schematic detail of the heating circuit, which in particular has a solar panel heater 31,
Figur 4 das solarthermische Kraftwerk in einer dritten Ausführungsform, bei welcher ein Sekundärspeicherkreislauf vorgesehen ist, 4 shows the solar thermal power plant in a third embodiment, in which a secondary storage circuit is provided,
Figur 5 das solarthermische Kraftwerk in einer vierten Ausführungsform, die ebenfalls den Sekundärspeicherkreislauf aufweist, und Figure 5 shows the solar thermal power plant in a fourth embodiment, which also has the secondary storage circuit, and
Figur 6 das solarthermische Kraftwerk in einer fünften Ausführungsform. Figure 6 shows the solar thermal power plant in a fifth embodiment.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines solarthermischen Kraftwerks 1 in einer ersten Ausführungsform, welches im Wesentlichen einen Solarkreislauf 2 und einen Arbeitskreislauf 3 aufweist. Der Solarkreislauf 2 umfasst wenigstens einen Sonnenkollektor 4, ein Einlassschaltventil 5, einen Primärwärmetauscher 6, ein Auslassschaltventil 7 und eine Fördereinrichtung 8 (in einer während eines Normalbetriebs des solarthermischen Kraftwerks 1 vorliegenden Hauptströmungsrichtung gesehen). Zusätzlich ist dem Solarkreislauf 2 ein Primärwärmespeicher 9 mit wenigstens einem Pri- märwärmespeichertank 10 zugeordnet. Zwischen den einzelnen Elementen sind Leitungsabschnitte 11 bis 17 vorgesehen, um jeweils eine Strömungsverbindung herzustellen. Zusätzlich liegen ein Bypass 18 und ein Bypassrücklauf 19 vor. An das Einlassschaltventil 5 sind der Sonnenkollektor 4, der Primärwärmetauscher 6 und der Primärwärmespeichertank 10 über den jeweiligen Leitungsabschnitt 11 , 12 und 16 angeschlossen. An das Auslassschaltventil 7 sind dagegen der Primärwärmetauscher 6, die Fördereinrichtung 8 und ebenfalls der Primärwärmespeichertank 10 über die Leitungsabschnitte 13, 14 und 17 strömungstechnisch angeschlossen. Auf der dem Auslassschaltventil 7 abgewandten Seite der Fördereinrichtung 8 ist über den Leitungsabschnitt 15 der Sonnenkollektor 4 strömungstechnisch angebunden. Somit ist der Primärwärmespeicher 9 im Wesentlichen parallel zu dem Primärwärme- tauscher 6 in dem Solarkreislauf 2 angeordnet. Der Primärwärmespeichertank 10 beziehungsweise dessen Speichervolumen ist strömungstechnisch unmittelbar mit dem Solarkreislauf 2 verbunden. Er dient insoweit zur Zwischenspeicherung zumindest eines Teils des in dem Solarkreislauf 2 vorliegenden Solarfluids. Bevorzugt kann der Primärwärmespeichertank 10 ein Volumen des Solarfluids aufnehmen, welches einem Mehrfachen des in den weiteren Bereichen des Solarkreislaufs 2 vorliegenden Volumens des Solarfluids entspricht. FIG. 1 shows a schematic representation of a solar thermal power plant 1 in a first embodiment, which essentially has a solar circuit 2 and a working circuit 3. The solar circuit 2 comprises at least one solar collector 4, an inlet switching valve 5, a primary heat exchanger 6, an outlet switching valve 7 and a conveyor 8 (seen in a main flow direction during normal operation of the solar thermal power plant 1). In addition, the solar circuit 2 is a primary heat accumulator 9 with at least one primary märwärmespeichertank 10 assigned. Between the individual elements line sections 11 to 17 are provided to produce a respective flow connection. In addition, there are a bypass 18 and a bypass return 19. To the inlet switching valve 5, the solar collector 4, the primary heat exchanger 6 and the primary heat storage tank 10 via the respective line section 11, 12 and 16 are connected. On the outlet switching valve 7, however, the primary heat exchanger 6, the conveyor 8 and also the primary heat storage tank 10 via the line sections 13, 14 and 17 are fluidly connected. On the outlet switching valve 7 side facing away from the conveyor 8 is connected via the line section 15 of the solar collector 4 fluidically. Thus, the primary heat accumulator 9 is arranged substantially parallel to the primary heat exchanger 6 in the solar circuit 2. The primary heat storage tank 10 or its storage volume is fluidically connected directly to the solar circuit 2. In that regard, it serves for the intermediate storage of at least part of the solar fluid present in the solar circuit 2. Preferably, the primary heat storage tank 10 can accommodate a volume of the solar fluid, which corresponds to a multiple of the present in the other areas of the solar circuit 2 volume of the solar fluid.
Der Arbeitskreislauf 3 besteht aus dem Primärwärmetauscher 6, einer Expansionsturbine 20, einem Kondensator 21 und einer Kon- densatpumpe 22. Diese Elemente sind wiederum über Leitungsabschnitte 23 bis 26 strömungstechnisch miteinander verbunden. Die Expansionsturbine 20 beziehungsweise eine Abtriebswelle 27 der Expansionsturbine 20 ist beispielsweise an einen Generator 28 zur Erzeugung von elektrischem Strom angeschlossen. Die Expansionsturbine 20 ist bevorzugt als Dampfturbine ausgebildet. Sie kann einstufig oder mehrstufig unter Hintereinanderschaltung mehrerer Expansionsturbinenstufen ausgebildet sein. Die stromaufwärts - also in Strömungsrichtung vorne - liegende Expansionsturbinenstufe ist insoweit beispielsweise als Hochdruckturbinenstufe, die stromabwärts folgenden als Mitteldruckturbinenstufe und als Niederdruckturbinenstufe ausgelegt. Selbstredend kann dabei jedoch die Mitteldruckturbinenstufe entfallen, sodass lediglich die Hochdruckturbinenstufe und die Niederdruckturbinenstufe vorliegen. Ebenso können mehrere Hochdruckturbinenstufen und/oder mehrere Mitteldruckturbinenstu- fen und/oder mehrere Niederdruckturbinenstufen vorliegen. Die jeweilige Strömungsrichtung ist in der Figur 1 in dem jeweiligen Leitungsabschnitt 11 bis 17 beziehungsweise 23 bis 26 jeweils durch einen Pfeil gekennzeichnet. The working cycle 3 consists of the primary heat exchanger 6, an expansion turbine 20, a condenser 21 and a condensate pump 22. These elements are in turn fluidly connected to each other via line sections 23 to 26. The expansion turbine 20 and an output shaft 27 of the expansion turbine 20 is, for example, to a generator 28 for Generation of electricity connected. The expansion turbine 20 is preferably designed as a steam turbine. It can be formed in one or more stages with the series connection of several expansion turbine stages. The upstream - so upstream in the flow direction - expansion turbine stage is so far, for example, as a high-pressure turbine stage, the downstream downstream designed as a medium-pressure turbine stage and a low-pressure turbine stage. Needless to say, however, the medium-pressure turbine stage can be omitted, so that only the high-pressure turbine stage and the low-pressure turbine stage are present. Likewise, there may be a plurality of high-pressure turbine stages and / or a plurality of intermediate-pressure turbine stages and / or a plurality of low-pressure turbine stages. The respective flow direction is indicated in FIG. 1 in the respective line section 11 to 17 or 23 to 26, in each case by an arrow.
Die hier dargestellte Ausführung ist auf solarthermische Kraftwerke 1 mit einer beliebigen Nennleistung gerichtet. Insbesondere können sowohl kleine Nennleistungen bis 2 MW, mittlere Nennleistungen von 2 MW bis 5 MW, als auch große Nennleistungen von mehr als 5 MW realisiert sein. Sie besteht aus den zwei thermisch miteinander gekoppelten Kreisläufen, nämlich dem Solarkreislauf 2, in welchem das Solarfluid vorliegt, und dem Arbeitskreislauf 3, der mit einem Arbeitsfluid arbeitet. Mithilfe der beiden Kreisläufe 2 und 3 wird die solarthermische Wärme des Sonnenkollektors 4, welcher insbeson- dere Bestandteil eines Solarfelds ist, in einem Absorberrohr von dem Solarfluid des Solarkreislaufs 2 aufgenommen und erhitzt und entweder dem in den Solarkreislauf 2 eingebundenen Primärwärmespeicher 9 oder dem Primärwärmetauscher 6 zugeführt, in dem das Solarfluid des Solarkreislaufs 2 mit dem Arbeitsfluid des Arbeitskreis- laufs 3 thermisch gekoppelt ist. Das Absorberrohr ist beispielsweise Bestandteil einer Parabolrinne des Sonnenkollektors 4 beziehungsweise durchläuft diese in oder im Bereich ihrer Brennlinie. Das Solarfeld weist zumindest den Sonnenkollektor 4, bevorzugt jedoch meh- rere Sonnenkollektoren 4 auf. Deren Absorberrohre können entweder strömungstechnisch parallel- oder hintereinandergeschaltet sein. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass einige der Sonnenkollektoren 4 parallel- und wieder andere der Sonnenkollektoren 4 hintereinandergeschaltet sind. Aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen dem Solarfluid in dem Primärwärmetauscher 6 wird in diesem Wärme von dem Solarfluid an das Arbeitsfluid zu dessen Verdampfung und bevorzugt Überhitzung übertragen. Anschließend wird das verdampfte und insbesondere überhitzte Arbeitsfluid der Expansionsturbine 20 zwecks Ent- Spannung zugeführt, wobei mechanische Energie frei wird, die sodann in dem Generator 28 in elektrische Energie, beispielsweise zur Einspeisung in ein Stromnetz, umgewandelt wird. Das entspannte, wenigstens teilweise gasförmige Arbeitsfluid wird in einem beispielsweise luft- oder wassergekühlten Kondensator 21 kondensiert und von der Kondensatpumpe 22 dem Primärwärmetauscher 6 auf der Seite des Arbeitskreislaufs 3 erneut zugeführt. Sodann beginnt der Verdampfungs- und bevorzugt Überhitzungsprozess des Arbeitsflu- ids erneut. The embodiment shown here is directed to solar thermal power plants 1 with any nominal power. In particular, both small rated power up to 2 MW, average rated power of 2 MW to 5 MW, as well as large power ratings of more than 5 MW can be realized. It consists of the two thermally coupled circuits, namely the solar circuit 2, in which the solar fluid is present, and the working circuit 3, which operates with a working fluid. With the aid of the two circuits 2 and 3, the solar thermal heat of the solar collector 4, which is in particular part of a solar field, received in an absorber tube of the solar fluid of the solar circuit 2 and heated and either the integrated into the solar circuit 2 primary heat accumulator 9 or the primary heat exchanger. 6 supplied in which the solar fluid of the solar circuit 2 with the working fluid of the working group run 3 is thermally coupled. The absorber tube is for example part of a parabolic trough of the solar collector 4 or passes through it in or in the region of its focal line. The solar field has at least the solar collector 4, but preferably has a plurality of solar panels 4. Their absorber tubes can either be connected in parallel flow or in series. Of course, it is also possible that some of the solar panels 4 parallel and again other of the solar panels 4 are connected in series. Due to the temperature difference between the solar fluid in the primary heat exchanger 6 is transferred in this heat from the solar fluid to the working fluid to its evaporation and preferably overheating. Subsequently, the vaporized and in particular superheated working fluid is supplied to the expansion turbine 20 for the purposes of stress relief, wherein mechanical energy is released, which is then converted in the generator 28 into electrical energy, for example for feeding into a power grid. The relaxed, at least partially gaseous working fluid is condensed in a, for example, air or water cooled condenser 21 and supplied again by the condensate pump 22 to the primary heat exchanger 6 on the side of the working cycle 3. Then the evaporation and preferably overheating process of the working fluid begins again.
Das sich bei der Wärmeabgabe an das Arbeitsfluid abkühlende So- larfluid des Solarkreislaufs 2 wird über die Fördereinrichtung 8, insbesondere eine Pumpe, dem Sonnenkollektor 4 beziehungsweise dessen Absorberrohr zur erneuten Aufnahme solarer Wärme wieder zugeführt. Das hier vorgestellte solarthermische Kraftwerk ist dabei sowohl für die unmittelbare Stromerzeugung tagsüber, also bei ausreichender Sonneneinstrahlung (welche größer oder gleich einer Auslegungssonneneinstrahlung ist) auf den Sonnenkollektor 4, als auch für die Speicherung der tagsüber erzeugten Wärme für einen Nachtbetrieb beziehungsweise Speicherbetrieb mittels des Primärwärmespeichers 9 ausgelegt. The solar fluid of the solar circuit 2 which cools down when heat is released to the working fluid is fed back via the conveying device 8, in particular a pump, to the solar collector 4 or its absorber tube for renewed absorption of solar heat. The presented here solar thermal power plant is here both for the direct power generation during the day, so with sufficient sunlight (which is greater than or equal to a design sun radiation) on the solar panel 4, as well as for the storage of heat generated during the day for night operation or storage operation by means of the primary heat accumulator 9.
Bei dem hier vorgestellten solarthermischen Kraftwerk 1 werden beispielsweise in dem Solarkreislauf 2 und dem Arbeitskreislauf 3 Fluide, nämlich Solarfluid und Arbeitsfluid, eingesetzt, die ihren jeweili- gen Siedepunkt bei unterschiedlichen Temperaturen und Drücken erreichen. Der Solarkreislauf 2 und der Primärspeicher 9 arbeiten beispielsweise mit Wasser oder Thermoöl als Solarfluid, dessen Temperatur nach dem Sonnenkollektor 4 290°C bei etwa 75 bar beträgt. Damit liegt der Zustand des Solarfluids unterhalb von dessen kritischen Punkt (Tc = 374,12°C und pc = 22,12 MPa für Wasser). Vorzugsweise liegt das Solarfluid nach dem Sonnenkollektor 4 in einem Zustand vor, der auf der Siedelinie des Solarfluids liegt. In diesem Zustand kann das Solarfluid seine größtmögliche Wärmemenge aufnehmen. Aus diesem Grund kann es gleichzeitig auch als Speicherfluid in dem Primärwärmespeicher 9 eingesetzt werden. Anstelle des Wassers kann, wie bereits ausgeführt, auch Thermoöl als Solarfluid verwendet werden. In the solar thermal power plant 1 presented here, for example, in the solar circuit 2 and the working circuit 3, fluids, namely solar fluid and working fluid, are used which reach their respective boiling point at different temperatures and pressures. The solar circuit 2 and the primary storage 9, for example, work with water or thermal oil as a solar fluid whose temperature is after the solar collector 4 290 ° C at about 75 bar. Thus, the state of the solar fluid is below its critical point (T c = 374.12 ° C and p c = 22.12 MPa for water). Preferably, the solar fluid after the solar collector 4 is in a state that lies on the boiling line of the solar fluid. In this state, the solar fluid can absorb its maximum amount of heat. For this reason, it can also be used simultaneously as storage fluid in the primary heat accumulator 9. As already stated, thermal oil can also be used as the solar fluid instead of the water.
Der Arbeitskreislauf 3 arbeitet beispielsweise mit einem Alkan, zum Beispiel Propan, als Arbeitsfluid, das durch Wärmezufuhr und bevor- zugt Überhitzung in dem Primärwärmetauscher 6 zum Beispiel bei einer Temperatur von 130°C und einem Druck von 60 bar, also insbesondere in überkritischem Zustand, der Expansionsturbine 20 zugeführt wird. Aufgrund der beträchtlichen Temperaturdifferenz zwi- sehen den Fluiden der beiden Kreisläufe 2 und 3 von 160 K wird ein fortlaufender Wärmetransfer von dem Solarfluid des Solarkreislaufs 2 an das Arbeitsfluid des Arbeitskreislaufs 3 bewirkt, der sich auch bei verminderter Sonneneinstrahlung mit einhergehendem Tempera- turabfall an dem Sonnenkollektor 4 als weitgehend stabil erweist. The working cycle 3 operates, for example, with an alkane, for example propane, as the working fluid which is heated by heat supply and preferably overheating in the primary heat exchanger 6, for example at a temperature of 130 ° C. and a pressure of 60 bar, ie in particular in a supercritical state. the expansion turbine 20 is supplied. Due to the considerable temperature difference between see the fluids of the two circuits 2 and 3 of 160 K is a continuous heat transfer from the solar fluid of the solar circuit 2 causes the working fluid of the working circuit 3, which turns out to be largely stable even with reduced solar radiation with concomitant drop in temperature at the solar collector 4.
Die Leistung des solarthermischen Kraftwerks 1 wird so ausgelegt, dass tagsüber in dem Normalbetrieb sowohl die Wärme für die unmittelbare Stromerzeugung mittels der Expansionsturbine 20, als auch die notwendige solare Wärmemenge für den Nachtbetrieb, bei welchem die Sonneneinstrahlung unterhalb der Auslegungssonneneinstrahlung liegt, aufgenommen wird. Die Wärme wird durch das in dem Solarkreislauf 2 bei Drücken von cirka 75 bar bis etwa 125 bar zirkulierende Solarfluid in dem Sonnenkollektor 4 aufgenommen, wobei es sich auf etwa 290°C erwärmt. Während des Normalbe- triebs, also insbesondere tagsüber, wird die so aufgenommene Wärmemenge zu einem bestimmten Teil (beispielsweise zu einem Drittel) auf den mit dem Arbeitsfluid arbeitenden Arbeitskreislauf 3 zur unmittelbaren Erzeugung von mechanischer Energie mit anschließender Umwandlung in elektrische Energie übertragen. Der restliche Teil der von dem Sonnenkollektor 4 aufgenommenen Wärmemenge wird bei dem gegebenen Druck des Solarfluids in dem Primärwärmespeicher 9 für einen Betrieb bei geringer Sonneneinstrahlung, also einem Speicherbetrieb, insbesondere Nachtbetrieb, gespeichert. Das Solarfluid in dem Solarkreislauf 2 einschließlich des darin eingebundenen Primärwärmespeichers 9 nimmt bei vorgenanntem Druck und vorgenannter Temperatur die thermisch höchstmögliche speicherbare Wärmemenge auf, die wesentlich größer ist als jene Wärmemenge, die zur Verdampfung und Überhitzung des Arbeitsfluids in dem Arbeitskreislauf 3 während des Speicherbetriebs bei geringer Sonneneinstrahlung zur Aufrechterhaltung der Leistung des solarthermischen Kraftwerks 1 notwendig ist. Fällt die Sonnenein- Strahlung unter die Auslegungssonneneinstrahlung, so wird von dem Normalbetrieb auf den Speicherbetrieb umgeschaltet. Die zur Aufrechterhaltung der (Nenn-)Leistung des solarthermischen Kraftwerks 1 notwendige Wärme wird nun dem Primärwärmespeicher 9 entnommen, wobei das entnommene Solarfluid zu Beginn (bei zuvor vollständig aufgeladenem Primärwärmespeicher 9) eine Temperatur von etwa 290°C aufweist. The performance of the solar thermal power plant 1 is designed so that both the heat for direct power generation by means of the expansion turbine 20, as well as the required amount of solar heat for night operation, in which the solar radiation is below the design sun radiation is taken during the day in normal operation. The heat is absorbed by the circulating in the solar circuit 2 at pressures of about 75 bar to about 125 bar solar fluid in the solar collector 4, wherein it heats up to about 290 ° C. During normal operation, ie in particular during the daytime, the amount of heat absorbed in this way is transferred to a specific part (for example to one third) on the working cycle 3 working with the working fluid for direct generation of mechanical energy with subsequent conversion into electrical energy. The remaining part of the amount of heat absorbed by the solar collector 4 is stored at the given pressure of the solar fluid in the primary heat accumulator 9 for operation at low solar radiation, ie a storage operation, in particular night operation. The solar fluid in the solar circuit 2 including the primary heat accumulator 9 incorporated therein absorbs at the aforementioned pressure and the aforementioned temperature the highest thermal storable amount of heat that is substantially greater than that Amount of heat required to evaporate and overheat the working fluid in the working cycle 3 during low sunshine storage operation to maintain the performance of the solar thermal power plant 1. If the solar radiation falls below the design sun radiation, the system switches from normal operation to storage operation. The heat required to maintain the (rated) power of the solar thermal power plant 1 is now taken from the primary heat accumulator 9, wherein the extracted solar fluid at the beginning (at previously fully charged primary heat accumulator 9) has a temperature of about 290 ° C.
Das entnommene Solarfluid wird dem Primärwärmetauscher 6 zur Verdampfung und vorzugsweise Überhitzung des Arbeitsfluids auf weiterhin etwa 130°C zugeführt. Das verdampfte beziehungsweise überhitzte Arbeitsfluid wird in gasförmigem Zustand der Expansionsturbine 20 bei überkritischem Druck und überkritischer Temperatur zugeführt. Wie vorstehend bereits beschrieben, wird die dabei erzeugte mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt. Die während des Speicherbetriebs bei geringer Sonneneinstrahlung aus dem Primärwärmespeicher 9 auf den Arbeitskreislauf 3 übertragene Wärmemenge hat zwar - bedingt durch die Abkühlung des in dem Solarkreislaufs 2 enthaltenen Solarfluids - eine stetige Verringerung der für die Wärmeübertragung notwendigen Temperaturdifferenz zwischen Primärwärmespeicher 9 und Arbeitskreislauf 3 zur Folge. Jedoch werden aus dem Primärwärmespeicher 9 während des Betriebs bei geringer Sonneneinstrahlung bei voller Kraftwerksleistung nur etwa 80% der bei der Anfangstemperaturdifferenz von beispielsweise 160 K verfügbaren und nutzbaren Wärmemenge auf den Arbeitskreislauf 3 transferiert, sodass die verfahrensbedingt notwendige Mindesttemperaturdifferenz von etwa 10 K zwischen dem Solarfluid des Primärwärmespeichers 9 und dem verdampften beziehungsweise überhitzten Arbeitsfluid auch bei Aufrechterhaltung der vollen Kraftwerksnennleistung nicht unterschritten wird. Auf diese Weise sind sowohl ein Tagbetrieb beziehungsweise Normalbetrieb als auch ein Nachtbetrieb beziehungsweise Speicherbetrieb ohne Zuführung externer Wärme auch zwischen Sonnenuntergang an einem ersten Tag und Sonnenaufgang an einem auf den ersten Tag folgenden zweiten Tag, also über einen Zeitraum von beispielsweise mehr als acht Stunden, gewährleistet. Der Zeitraum, welcher mit dem Speicherbetrieb überbrückbar sein soll, kann als Auslegungszeitraum bezeichnet werden. The extracted solar fluid is fed to the primary heat exchanger 6 for evaporation and preferably overheating of the working fluid to further about 130 ° C. The vaporized or superheated working fluid is supplied in a gaseous state to the expansion turbine 20 at supercritical pressure and supercritical temperature. As already described above, the mechanical energy generated is converted into electrical energy. The amount of heat transferred from the primary heat accumulator 9 to the working cycle 3 during the storage operation at low solar irradiation has - due to the cooling of the solar fluid contained in the solar circuit 2 - a steady reduction in the temperature difference between the primary heat accumulator 9 and working cycle 3 necessary for the heat transfer. However, only about 80% of the available at the initial temperature difference of, for example 160 K and usable amount of heat transferred to the working cycle 3 during operation at low solar radiation at full power plant performance, so that the process-related necessary minimum temperature difference of about 10 K between the solar fluid of the primary heat accumulator 9 and the vaporized or superheated working fluid is not exceeded even while maintaining full power plant rated power. In this way, both a daytime operation or normal operation and a nighttime operation or storage operation without supply of external heat between sunset on a first day and sunrise on a second day following the first day, ie over a period of, for example, more than eight hours guaranteed , The period of time which should be bridgeable with the memory operation can be referred to as the design period.
Dies bedeutet, dass das solarthermische Kraftwerk 1 g rund lastfähig ist und nicht, wie bekannte Kraftwerke, die auf erneuerbaren Ener- gien aufsetzen, lediglich zur Abdeckung von Spitzenlasten geeignet ist. Durch den Speicherbetrieb wird auch ohne Zufuhr von externer Energie sichergestellt, dass über den Auslegungszeitraum - auf welchen insbesondere der Primärwärmespeicher 9 beziehungsweise dessen Speichervolumen abgestimmt ist - konstant die Nennleistung des solarthermischen Kraftwerks 1 erzielt wird. Entsprechend ist das hier vorgestellte solarthermische Kraftwerk 1 weitgehend witterungsunabhängig, was eine gute Planbarkeit der erzeugten elektrischen Leistung und entsprechend das Vorliegen der Grundlastfähigkeit bedeutet. Bei Bewölkung und damit einhergehender verminderter Sonneneinstrahlung fällt die Temperatur des Solarfluids in dem Solarkreislauf 2 ab. Dadurch verringert sich die Temperaturdifferenz zu dem Ar- beitsfluid in dem Arbeitskreislauf 3, dessen Temperatur verfahrensbedingt zur Aufrechterhaltung des Verdampf ungs- und insbesondere des Überhitzungsprozesses bei etwa 130°C konstant gehalten werden soll. Die Höhe des Abfalls der Temperatur in dem Solarkreislauf 2 entspricht der Verringerung der Temperaturdifferenz zum Arbeitskreislauf 3. Sobald sich die Anfangstemperaturdifferenz von 160 K (in dem Normalbetrieb, also bei einer Sonneneinstrahlung, die größer oder gleich der Auslegungssonneneinstrahlung ist) um mehr als 150 K reduziert, was eine Unterschreitung der verfahrensbedingt notwendigen Mindesttemperaturdifferenz von etwa 10 K zur Folge hätte, schaltet das solarthermische Kraftwerk zur Aufrechterhaltung der Stromerzeugung mit voller Kraftwerksnennleistung auf den Speicherbetrieb, also einen Betrieb unter Entnahme von in dem Primärwärmespeicher 9 gespeichertem Solarfluid, um. Alternativ kann selbstverständlich die Umschaltung auf den Speicherbetrieb bereits bei einer geringeren Reduzierung der Temperaturdifferenz, also bereits bei höherer Temperatur des Solarfluids, oder erst bei einer stärkeren Reduzierung erfolgen. This means that the solar thermal power plant is about 1 g load capacity and not, as well known power plants, which rely on renewable energies, is only suitable for covering peak loads. By the storage operation is ensured even without supply of external energy that over the design period - on which in particular the primary heat accumulator 9 or its storage volume is tuned - constant, the rated power of the solar thermal power plant 1 is achieved. Accordingly, the solar thermal power plant 1 presented here is largely weather-independent, which means a good predictability of the electrical power generated and, accordingly, the presence of the base load capacity. When cloudy and associated reduced solar radiation, the temperature of the solar fluid in the solar circuit 2 drops. This reduces the temperature difference to the ar- Beitsfluid in the working cycle 3, the temperature of the process for maintaining the evaporation ungs and especially the overheating process at about 130 ° C should be kept constant. The height of the drop in temperature in the solar circuit 2 corresponds to the reduction of the temperature difference to the working cycle 3. As soon as the initial temperature difference of 160 K (in normal operation, ie at a solar radiation that is greater than or equal to the design sun radiation) is reduced by more than 150 K. , which would be below the procedural necessary minimum temperature difference of about 10 K result, the solar thermal power plant to maintain power generation with full rated power to the storage operation, ie an operation taking out stored in the primary heat storage 9 solar fluid to. Alternatively, of course, the switching to the memory operation already at a lower reduction of the temperature difference, ie already at a higher temperature of the solar fluid, or take place only at a greater reduction.
Bei dem Betreiben des solarthermischen Kraftwerks 1 wird dieses bevorzugt derart eingestellt, dass das in dem Solarkreislauf 2 verwendete Solarfluid eine Maximaltemperatur aufweist, die geringer ist als seine kritische Temperatur. Alternativ oder zusätzlich kann das Einstellen derart erfolgen, dass das in dem Arbeitskreislauf 3 verwendete Arbeitsfluid eine Maximaltemperatur aufweist, die größer ist als seine kritische Temperatur. Entsprechendes gilt hinsichtlich des kritischen Drucks der beiden Fluide. Besonders bevorzugt sollen die Maximaltemperatur und der Druck des Solarfluids auf der Siedelinie des Solarfluids liegen. Das Einstellen des solarthermischen Kraftwerks 1 erfolgt derart, dass unabhängig von einer Sonneneinstrah- lung auf den Sonnenkollektor 4 die Temperatur des Arbeitsfluids unmittelbar nach dem Durchlaufen des Primärwärmetauschers 6 zumindest über einen bestimmten Zeitraum, den Auslegungszeitraum, konstant bleibt. Kann dies nicht gewährleistet werden, so soll die Temperatur des Solarfluids stets - auch bei Entnehmen von So- larfluid aus dem Primärwärmespeicher 9 - zumindest so hoch sein, dass ein Verdampfen und/oder Überhitzen des Arbeitsfluids in dem Primärwärmetauscher 6 und somit ein Betreiben des Arbeitskreislaufs 3 beziehungsweise dessen Expansionsturbine 20 stets, also unabhängig von der Sonneneinstrahlung auf den Sonnenkollektor 4, insbesondere unter Aufrechterhaltung der Nennleistung des solarthermischen Kraftwerks 1 , möglich ist. In the operation of the solar thermal power plant 1, this is preferably set such that the solar fluid used in the solar circuit 2 has a maximum temperature which is lower than its critical temperature. Alternatively or additionally, the adjustment can be made such that the working fluid used in the working cycle 3 has a maximum temperature that is greater than its critical temperature. The same applies with regard to the critical pressure of the two fluids. Particularly preferably, the maximum temperature and the pressure of the solar fluid should lie on the boiling line of the solar fluid. The solar thermal power plant 1 is set in such a way that, independently of a solar irradiation tion on the solar collector 4, the temperature of the working fluid immediately after passing through the primary heat exchanger 6 at least over a certain period of time, the design period remains constant. If this can not be ensured, the temperature of the solar fluid should always be at least high enough, even when solar fluid is removed from the primary heat accumulator 9, that evaporation and / or overheating of the working fluid in the primary heat exchanger 6 and thus operation of the working cycle 3 or its expansion turbine 20 always, so regardless of the solar radiation to the solar collector 4, in particular while maintaining the rated power of the solar thermal power plant 1, is possible.
Es soll abschließend darauf hingewiesen werden, dass das solar- thermische Kraftwerk 1 trotz der vorstehend rein beispielhaft ge- nannten Temperaturen, grundsätzlich für einen Betrieb bei jeder geeigneten Temperatur ausgelegt werden kann. Der Solarkreislauf 2 kann also auch bei einer von 290°C abweichenden Temperatur (bei dann entsprechend angepasstem Druck) und der Arbeitskreislauf 3 bei einer von 130°C abweichenden Temperatur betrieben werden. Wie erläutert ist bei dem hier vorgestellten solarthermischen Kraftwerk 1 während des Auslegungszeitraums die Zuführung externer Energie nicht notwendig. Aufgrund der vorstehenden Ausführungen wird deutlich, dass die Überbrückung des Auslegungszeitraums auch insbesondere aufgrund des Primärwärmespeichers 9 möglich ist, welcher zur unmittelbaren Zwischenspeicherung des Solarfluids dient. In dem Primärwärmespeicher 9 ist also kein Wärmetauscher enthalten, welcher während des Normalbetriebs Wärme aus dem Solarfluid auf ein (Wärme-) Speichermedium transferiert bezie- hungsweise zur Durchführung des Speicherbetriebs dem Speichermedium Wärme entnimmt und dem Solarfluid zuführt. Vielmehr kann das gesamte Speichervolumen des Primärwärmespeichers 9 beziehungsweise von dessen Primärwärmespeichertank 10 von dem So- larfluid durchströmt sein. Der Primärwärmespeicher 9 weist dabei ein Speichervolumen auf, welches ausreichend groß ist und insbesondere auf den Auslegungszeitraum abgestimmt ist. In conclusion, it should be pointed out that the solar thermal power plant 1 can, in principle, be designed for operation at any suitable temperature, in spite of the temperatures given above purely by way of example. The solar circuit 2 can therefore also be operated at a different temperature of 290 ° C (at then correspondingly adapted pressure) and the working cycle 3 at a temperature deviating from 130 ° C temperature. As explained, in the solar thermal power plant 1 presented here during the design period, the supply of external energy is not necessary. On the basis of the above explanations, it becomes clear that the bridging over of the design period is also possible in particular because of the primary heat accumulator 9, which serves for the direct intermediate storage of the solar fluid. In the primary heat storage 9, therefore, no heat exchanger is included, which transfers heat from the solar fluid to a (heat) storage medium during normal operation. The heat is removed from the storage medium and supplied to the solar fluid for carrying out the storage operation. Rather, the entire storage volume of the primary heat store 9 or its primary heat storage tank 10 can be flowed through by the solar fluid. The primary heat accumulator 9 in this case has a storage volume which is sufficiently large and is tuned in particular to the design period.
Die durch den Primärwärmespeicher 9 erzielten Vorteile können durch die entsprechende Wahl von Solarfluid und Arbeitsfluid noch verbessert werden. Dabei soll insbesondere die kritische Temperatur in dem kritischen Punkt des Solarfluids - in Grad Celsius - wenigstens um den Faktor 1 ,5 größer sein als die kritische Temperatur in dem kritischen Punkt des Arbeitsfluids. Bevorzugt ist die kritische Temperatur des Solarfluids jedoch deutlich größer, beispielsweise um wenigstens den Faktor 3, als die kritische Temperatur des Arbeitsfluids. In einer absoluten Skala mit der Einheit Kelvin ergeben sich Faktoren von wenigstens 1 ,5; beispielsweise wenigstens 1 ,6; wenigstens 1 ,75 oder wenigstens 2,0. Alternativ oder zusätzlich unterscheiden sich die Siedepunkttemperaturen der beiden Fluide - auf einer absoluten Skala mit der Einheit Kelvin - um Faktoren von wenigstens 1 ,3; beispielsweise wenigstens 1 ,4; wenigstens 1 ,5 oder wenigstens 1 ,6. Dabei liegt die Siedepunkttemperatur des Arbeitsfluids zum Beispiel um zumindest 100 K niedriger als die des Solarfluids. Die Figur 2 zeigt eine zweite Ausführungsform des solarthermischen Kraftwerks 1. Dieses entspricht grundsätzlich der bereits anhand der Figur 1 vorgestellten Ausführungsform, sodass insoweit auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen sei. Ergänzend zu dem bereits beschriebenen solarthermischen Kraftwerk 1 ist hier ein Heizkreislauf 29 vorgesehen, in welchem ein Heizfluid Verwendung findet. Das Heizfluid durchläuft den Kondensator 21 und dient als Kühlmittel für das Arbeitsfluid. In dem Kondensator 21 wird insoweit stromab- wärts der Expansionsturbine 20 noch in dem Arbeitsfluid enthaltene Wärme auf das Heizfluid des Heizkreislaufs 29 übertragen und mithin das Arbeitsfluid abgekühlt. Der Heizkreislauf 29 verfügt über eine Umwälzpumpe 30, mit welcher das Heizfluid durch den Heizkreislauf 29 zirkuliert wird. Der Heizkreislauf 29 umfasst beispielsweise eine Sonnenkollektor- heizung 31. Die Sonnenkollektorheizung 31 dient dem Erwärmen des Sonnenkollektors 4 beziehungsweise eines Reflektors (nicht dargestellt) des Sonnenkollektors 4. Der die Sonnenkollektorheizung 31 durchströmende Massenstrom des Heizfluids kann mithilfe eines Querschnittsverstellglieds 32 steuernd und/oder regelnd eingestellt werden. Parallel zu der Sonnenkollektorheizung 31 und dem Querschnittsverstellglied 32 liegt in dem Heizkreislauf 29 ein Kühler 33 vor, dessen Massendurchsatz mithilfe eines weiteren Querschnittsverstellglieds 34 ebenfalls einstellbar ist. Das Querschnittsverstell- glied 34 ist dabei vorzugsweise selbsttätig ausgebildet, öffnet sich also bei Vorliegen eines bestimmten Drucks in dem Kondensator 21. Auf diese Weise kann die Aufteilung des Heizfluids auf die Sonnenkollektorheizung 31 und den Kühler 33 allein mittels des Querschnittsverstellglieds 32 eingestellt werden. Soll ein großer Massen- ström die Sonnenkollektorheizung 31 durchströmen, so wird das Querschnittsverstellglied 32 geöffnet, wobei sich gleichzeitig das Querschnittsverstellglied 34 automatisch schließt. Bei einem Schließen des Querschnittsverstellglieds 32 öffnet sich dagegen das Quer- schnittsverstellglied 34, weil durch die Umwälzpumpe 30 der in dem Kondensator 21 vorliegende Druck ansteigt. The advantages achieved by the primary heat accumulator 9 can be further improved by the appropriate choice of solar fluid and working fluid. In particular, the critical temperature in the critical point of the solar fluid - in degrees Celsius - at least by a factor of 1, 5 should be greater than the critical temperature in the critical point of the working fluid. However, the critical temperature of the solar fluid is preferably significantly greater, for example by at least a factor of 3, than the critical temperature of the working fluid. On an absolute scale with the unit Kelvin, factors of at least 1.5 exist; for example, at least 1, 6; at least 1, 75 or at least 2.0. Alternatively or additionally, the boiling point temperatures of the two fluids differ - on an absolute scale with the unit Kelvin - by factors of at least 1.3; for example, at least 1, 4; at least 1, 5 or at least 1, 6. The boiling point temperature of the working fluid is, for example, at least 100 K lower than that of the solar fluid. 2 shows a second embodiment of the solar thermal power plant 1. This corresponds in principle to the already presented with reference to FIG 1 embodiment, so far reference is made to the above statements. In addition to that already described solar thermal power plant 1 here is a heating circuit 29 is provided, in which a heating fluid is used. The heating fluid passes through the condenser 21 and serves as a coolant for the working fluid. In the condenser 21, in this respect downstream of the expansion turbine 20, heat still contained in the working fluid is transferred to the heating fluid of the heating circuit 29, and thus the working fluid is cooled. The heating circuit 29 has a circulating pump 30 with which the heating fluid is circulated through the heating circuit 29. The heating circuit 29 comprises, for example, a solar collector heater 31. The solar collector heater 31 serves to heat the solar collector 4 or a reflector (not shown) of the solar collector 4. The mass flow of the heating fluid flowing through the solar collector heater 31 can be controlled and / or regulated by means of a cross section adjustment member 32 become. Parallel to the solar panel heater 31 and the Querschnittsverstellglied 32 is in the heating circuit 29, a radiator 33, the mass flow rate by means of a further Querschnittsverstellglieds 34 is also adjustable. The Querschnittsverstell- member 34 is preferably formed automatically, so opens when there is a certain pressure in the condenser 21. In this way, the distribution of the heating fluid to the solar panel heater 31 and the radiator 33 can be adjusted solely by means of Querschnittsverstellglieds 32. If a large mass flow is to flow through the solar collector heater 31, the cross-section adjustment member 32 is opened, with the cross-section adjustment member 34 automatically closing at the same time. When the cross-section adjustment member 32 is closed, on the other hand, the transverse opening Schnittverstellglied 34, because by the circulation pump 30, the pressure present in the condenser 21 increases.
Die Figur 3 zeigt eine schematische Detailansicht des Heizkreislaufs 29. Im Gegensatz zu dem anhand der Figur 2 beschriebenen Heiz- kreislauf 29, auf dessen Beschreibung grundsätzlich verwiesen wird, ist der Kühler 33 als Verdampfer in einem Wärmetauscher ausgebildet, deren weiterer Bestandteil ein Verdichter 36 und ein Kondensator 37 sind. Mithilfe der Wärmepumpe wird Wärme aus dem Heizkreislauf 29 auf einen weiteren Heizkreislauf 35 übertragen, wobei die Temperatur nach der Wärmepumpe in dem weiteren Heizkreislauf 35 höher sein kann als die Temperatur in dem Heizkreislauf 29. Der Durchsatz durch die Wärmepumpe kann über ein Drosselelement 38 einstellbar oder konstant gewählt sein. Der weitere Heizkreislauf 35 weist eine Vorlaufseite 39 und eine Rücklaufseite 40 auf, wobei das Fluid des weiteren Heizkreislaufs 35 beziehungsweise dessen Vorlaufseite beispielsweise einem Heizkörper eines Wohnraums zugeführt wird. Nachfolgend gelangt das Fluid auf die Rücklaufseite 40 und wird entsprechend erneut dem Kondensator 37 der Wärmepumpe zugeführt. Das Fluid kann prinzipiell beliebig gewählt sein. Besonders bevorzugt wird jedoch Wasser verwendet. FIG. 3 shows a schematic detail view of the heating circuit 29. In contrast to the heating circuit 29 described with reference to FIG. 2, to the description of which reference is made in principle, the cooler 33 is designed as an evaporator in a heat exchanger whose further constituent is a compressor 36 and a capacitor 37 are. By means of the heat pump, heat is transferred from the heating circuit 29 to a further heating circuit 35, wherein the temperature after the heat pump in the further heating circuit 35 may be higher than the temperature in the heating circuit 29. The throughput through the heat pump can be adjusted via a throttle element 38 or be constantly elected. The further heating circuit 35 has a flow side 39 and a return side 40, wherein the fluid of the further heating circuit 35 and the flow side thereof, for example, a radiator of a living room is supplied. Subsequently, the fluid reaches the return side 40 and is correspondingly re-supplied to the condenser 37 of the heat pump. The fluid can in principle be chosen arbitrarily. However, water is particularly preferably used.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen des solarthermischen Kraftwerks 1 kann es selbstverständlich vorgesehen sein, dass zusätzlich zu dem Primärwärmespeicher 9 oder anstelle dieses Primärwärmespeichers 9 ein Speicherkreislauf mit einem Speicherfluid vorliegt, der strömungstechnisch von dem Solarkreislauf 2 und dem Arbeitskreislauf 3 getrennt ist. Zusätzlich oder alternativ kann auch ein weiterer Wärmespeichertank vorgesehen sein, der ein Speichermedium enthält, das bevorzugt von dem Solarfluid, dem Arbeitsfluid und/oder dem Speicherfluid verschieden ist. In the embodiments of the solar thermal power plant 1 described above, it may of course be provided that in addition to the primary heat accumulator 9 or instead of this primary heat accumulator 9 there is a storage circuit with a storage fluid, which is fluidly separated from the solar circuit 2 and the working circuit 3. Additionally or alternatively, a further heat storage tank may be provided, containing a storage medium, which is preferably different from the solar fluid, the working fluid and / or the storage fluid.
Die Figur 4 zeigt eine dritte Ausführungsform des solarthermischen Kraftwerks 1. Diese entspricht in wesentlichen Teilen der anhand der Figur 1 beschriebenen Ausführungsform, sodass insoweit auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen sei. Das solarthermische Kraftwerk 1 verfügt in der hier beschriebenen Ausführungsform über einen Sekundärwärmetauscher 41 , der in dem Arbeitskreislauf 3 strömungstechnisch vor dem Primärwärmetauscher 6 vorliegt. Gleichzeitig ist er üblicherweise stromabwärts der Kondensatpumpe 22 angeordnet, also mithin in Strömungsrichtung des Arbeitskreislaufs 3 zwischen der Kondensatpumpe 22 und dem Primärwärmetauscher 6. Über den Sekundärwärmetauscher 41 ist ein Sekundärspeicherkreislauf 42 wärmeübertragend mit dem Arbeitskreislauf 3 gekoppelt. Es liegt jedoch weder eine Strömungsverbindung zwischen dem Sekundärspeicherkreislauf 42 und dem Solarkreislauf 2 noch dem Sekundärspeicherkreislauf 42 und dem Arbeitskreislauf 3 vor. 4 shows a third embodiment of the solar thermal power plant 1. This corresponds in essential parts of the embodiment described with reference to FIG 1, so reference is made in this respect to the above statements. The solar thermal power plant 1 has in the embodiment described here via a secondary heat exchanger 41, which is present in the working circuit 3 in terms of flow in front of the primary heat exchanger 6. At the same time, it is usually arranged downstream of the condensate pump 22, that is to say therefore in the flow direction of the working cycle 3 between the condensate pump 22 and the primary heat exchanger 6. Via the secondary heat exchanger 41, a secondary storage cycle 42 is coupled to the working cycle 3 to transfer heat. However, there is neither a flow connection between the secondary storage circuit 42 and the solar circuit 2 nor the secondary storage circuit 42 and the working circuit 3 before.
In dem Sekundärspeicherkreislauf 42 ist ein Sekundärspeicherfluid vorgesehen, welches mittels einer Fördereinrichtung 43 umwälzbar ist. Dem Sekundärspeicherkreislauf 42 ist zudem ein Sonnenkollektor 44 zugeordnet. Dabei kann es sich um einen von dem Sonnenkollektor 4 verschiedenen Sonnenkollektor 44 handeln, welcher demselben oder einem anderen Solarfeld als der Sonnenkollektor 4 zugeordnet ist. Es kann jedoch alternativ auch vorgesehen sein, dass die Sonnenkollektoren 4 und 44 denselben Sonnenkollektor 4/44 darstellen. In diesem Fall weist beispielsweise der Sonnenkollektor 4/44 mehrere Absorberleitungen auf, wobei wenigstens eine der Absorberleitungen dem Solarkreislauf 2 und wenigstens eine weitere der Absorberleitungen dem Sekundärspeicherkreislauf 42 zugeordnet ist. Wenn im Folgenden von den Sonnenkollektoren 4 und 44 die Rede ist, so ist damit sowohl die getrennte Ausführung der Sonnenkollektoren als auch die entsprechende Absorberleitung des Sonnenkollektors 4/44 gemeint. In the secondary storage circuit 42, a secondary storage fluid is provided, which is circulated by means of a conveyor 43. The secondary storage circuit 42 also has a solar collector 44 associated therewith. It may be a different from the solar panel 4 solar collector 44, which is assigned to the same or a different solar field than the solar panel 4. However, it may alternatively be provided that the solar panels 4 and 44 represent the same solar collector 4/44. In this case, for example, the solar collector 4/44 a plurality of absorber lines, wherein at least one the absorber lines to the solar circuit 2 and at least one further of the absorber lines is assigned to the secondary storage circuit 42. If in the following of the solar panels 4 and 44 is mentioned, so that both the separate design of the solar panels and the corresponding absorber line of the solar panel 4/44 is meant.
Es ist ohne Weiteres ersichtlich, dass das Sekundärspeicherfluid des Sekundärspeicherkreislaufs 42 mithilfe der Sonneneinstrahlung erwärmbar ist, also bei ausreichender Sonneneinstrahlung solare Wär- me in dem Sonnenkollektor 44 aufnimmt. Strömungstechnisch dem Sonnenkollektor 44 nachfolgend wird das Sekundärspeicherfluid dem Sekundärwärmetauscher 41 zugeführt. Entsprechend kann - bei ausreichend großer Temperaturdifferenz zwischen dem Sekundärspeicherfluid und dem Arbeitsfluid - Wärme von dem Sekun- därspeicherfluid auf das Arbeitsfluid übertragen werden. Das auf diese Weise in dem Sekundärwärmetauscher 41 bereits erwärmte Arbeitsfluid durchströmt nachfolgend den Primärwärmetauscher 6 und kann in diesem bei entsprechender Ansteuerung des solarthermischen Kraftwerks 1 weiter erwärmt werden. Besonders bevorzugt ist der Sekundärwärmetauscher 41 als Speicherwärmetauscher ausgebildet. Das bedeutet, dass der Sekundärwärmetauscher 41 nicht nur dem Übertragen von Wärme aus dem Sekundärspeicherkreislauf 42 in den Arbeitskreislauf 3 dient, sondern dass zusätzlich eine Zwischenspeicherung von Wärme beab- sichtigt ist. Diese soll ausreichen, um den Arbeitskreislauf 3 zumindest über einen bestimmten Zeitraum, insbesondere den Auslegungszeitraum, weiterzubetreiben, während dem das solarthermische Kraftwerk 1 weiterhin seine Nennleistung erreicht. Prinzipiell weist der als Speicherwärmetauscher vorliegende Sekundärwärmetauscher 41 zwei integrierte Wärmetauscher vor. Mithilfe eines ersten der Wärmetauscher kann Wärme aus dem Sekundärspeicherkreislauf 42 auf ein in dem Sekundärwärmetauscher 41 vorgesehe- nes Speichermedium transferiert werden. Der zweite der Wärmetauscher dient dazu, dem Speichermedium Wärme zu entnehmen und dem Arbeitskreislauf 3 zuzuführen. Die thermische Kopplung von Sekundärspeicherkreislauf 42 und Arbeitskreislauf 3 wird insoweit lediglich mittelbar über das Speichermedium erreicht. Das Speichermedium kann prinzipiell beliebig gewählt sein. Beispielsweise ist es ein Salz, insbesondere ein Flüssigsalz beziehungsweise ein Flüssigsalzgemisch. Letzteres setzt sich bevorzugt aus Natriumnitrat und Kaliumnitrat zusammen. Es können jedoch auch andere geeignete Stoffe, beispielsweise ein Latentwärmespei- cherstoff, als Speichermedium Verwendung finden. Der Sekundärwärmetauscher 41 liegt beispielsweise als Wärmespeichertankanordnung mit wenigstens einem Wärmespeichertank vor. In dem Wärmespeichertank ist das Speichermedium angeordnet. Die Größe des Sekundärwärmetauschers 41 beziehungsweise die Menge des Spei- chermediums ist insbesondere von der Länge des Auslegungszeitraums und der Nennleistung abhängig. Je länger erstere ist, umso mehr Speichermedium muss aufgewandt werden, um die zum vollständigen Überbrücken benötigte Wärmemenge in dem Sekundärwärmetauscher 41 Zwischenspeichern zu können. Alternativ kann der Sekundärwärmetauscher 41 auch als normaler Wärmetauscher zwischen dem Sekundärspeicherkreislauf 42 und dem Arbeitskreislauf 3 dienen, also über keine oder lediglich geringe Wärmespeicherkapazität verfügen. In diesem Fall ist bevorzugt in dem Sekundärspeicherkreislauf 42 ein Sekundärwärmespeicher vorgesehen, welcher beispielsweise strömungstechnisch zwischen dem Sonnenkollektor 44 und dem Sekundärwärmetauscher 41 vorliegt. Der Sekundärwärmespeicher verfügt analog zu den vorstehenden Ausführungen hinsichtlich des Speicherwärmetauschers über das Speichermedium, in welchem eine bestimmte Wärmemenge zwischenspeicherbar ist. Selbstverständlich ist jedoch auch ein Sekundärspeicherkreislauf 42 ohne dedizierten Wärmespeicher realisierbar, sodass er lediglich über eine geringe Wärmekapazität zur Zwi- schenspeicherung von solarer Wärme verfügt. It can readily be seen that the secondary storage fluid of the secondary storage circuit 42 can be heated by means of the solar radiation, that is to say that solar heat is absorbed in the solar collector 44 when there is sufficient solar radiation. In terms of flow, following the solar collector 44, the secondary storage fluid is supplied to the secondary heat exchanger 41. Accordingly, with a sufficiently large temperature difference between the secondary storage fluid and the working fluid, heat can be transferred from the secondary storage fluid to the working fluid. The thus already heated in the secondary heat exchanger 41 working fluid then flows through the primary heat exchanger 6 and can be further heated in this with appropriate control of the solar thermal power plant 1. Particularly preferably, the secondary heat exchanger 41 is designed as a storage heat exchanger. This means that the secondary heat exchanger 41 not only serves to transfer heat from the secondary storage circuit 42 into the working circuit 3, but additionally intends to store heat temporarily. This should be sufficient to continue the working cycle 3 at least over a certain period, in particular the design period, during which the solar thermal power plant 1 continues to reach its rated power. in principle For example, the secondary heat exchanger 41 present as a storage heat exchanger has two integrated heat exchangers. With the aid of a first one of the heat exchangers, heat can be transferred from the secondary storage circuit 42 to a storage medium provided in the secondary heat exchanger 41. The second of the heat exchangers serves to remove heat from the storage medium and to supply the working cycle 3. The thermal coupling of secondary storage circuit 42 and working cycle 3 is achieved only indirectly via the storage medium. The storage medium can in principle be chosen arbitrarily. For example, it is a salt, in particular a liquid salt or a liquid salt mixture. The latter is preferably composed of sodium nitrate and potassium nitrate. However, it is also possible to use other suitable substances, for example a latent heat storage material, as the storage medium. The secondary heat exchanger 41 is present for example as a heat storage tank arrangement with at least one heat storage tank. In the heat storage tank, the storage medium is arranged. The size of the secondary heat exchanger 41 or the amount of the storage medium is particularly dependent on the length of the design period and the rated power. The longer the former is, the more storage medium has to be expended in order to be able to temporarily store the quantity of heat required for complete bridging in the secondary heat exchanger 41. Alternatively, the secondary heat exchanger 41 can also serve as a normal heat exchanger between the secondary storage circuit 42 and the working cycle 3, ie have no or only low heat storage capacity. In this case is preferred in the secondary storage circuit 42, a secondary heat accumulator provided, which is present for example fluidically between the solar collector 44 and the secondary heat exchanger 41. The secondary heat storage has analogous to the above statements regarding the storage heat exchanger on the storage medium, in which a certain amount of heat is cacheable. Of course, however, a secondary storage circuit 42 without dedicated heat storage can be realized, so that it has only a small heat capacity for intermediate storage of solar heat.
Wie bereits vorstehend ausgeführt, soll bei einer Sonneneinstrahlung, welche der Auslegungssonneneinstrahlung entspricht oder diese übersteigt, ein Normalbetrieb und bei einer Sonneneinstrahlung, die kleiner als die Auslegungssonneneinstrahlung ist, ein Speicher- betrieb durchgeführt werden. Grundsätzlich sind nun zwei verschiedene Betriebsarten des solarthermischen Kraftwerks 1 realisierbar. As already stated above, in the case of solar radiation which corresponds to or exceeds the design solar irradiation, normal operation should be carried out and, with solar radiation which is smaller than the design solar irradiation, a storage operation should be carried out. In principle, two different operating modes of the solar thermal power plant 1 can now be realized.
In einer ersten Betriebsart wird in dem Normalbetrieb das Arbeitsfluid des Arbeitskreislaufs 3 ausschließlich mit dem Sekundärwärmetauscher 41 verdampft und auch überhitzt, wozu die über den Sonnen- kollektor 44 aufgenommene solare Wärme aufgewandt wird. Über den Primärwärmetauscher 9 wird dem Arbeitsfluid keine zusätzliche Wärme zugeführt. Entsprechend wird der Primärwärmetauscher 6 nicht oder lediglich geringfügig mit Solarfluid beaufschlagt, wozu beispielsweise das Einlassschaltventil 5 und das Auslassschaltventil 7 entsprechend eingestellt werden. Der Solarkreislauf 2 wird ausschließlich betrieben, um den Primärwärmespeicher 9 aufzuladen, sodass dieser vorzugsweise vollständig aufgeladen ist, wenn aus dem Normalbetrieb in den Speicherbetrieb gewechselt wird bezie- hungsweise gewechselt werden muss. Das bedeutet, dass der Sonnenkollektor 44 derart ausgelegt sein muss, dass die über ihn aufgenommene solare Wärme ausreicht, um das Arbeitsfluid bei gewünschtem Durchsatz sowohl zu verdampfen als auch zu überhit- zen. Entsprechend ist der Sekundärwärmetauscher 41 in dem Normalbetrieb als Verdampfer/Überhitzer konfiguriert. In a first operating mode, the working fluid of the working cycle 3 is vaporized exclusively in the normal operation with the secondary heat exchanger 41 and also superheated, for which purpose the solar heat absorbed via the solar collector 44 is expended. Via the primary heat exchanger 9, no additional heat is supplied to the working fluid. Accordingly, the primary heat exchanger 6 is not or only slightly acted upon by solar fluid, for which purpose, for example, the inlet switching valve 5 and the outlet switching valve 7 are set accordingly. The solar circuit 2 is operated exclusively to charge the primary heat accumulator 9 so that it is preferably fully charged when switching from normal operation to storage operation. must be changed. This means that the solar collector 44 must be designed such that the solar heat absorbed by it is sufficient to both vaporize and overheat the working fluid at the desired throughput. Accordingly, the secondary heat exchanger 41 is configured in the normal operation as an evaporator / superheater.
In dem Speicherbetrieb soll dagegen das solarthermische Kraftwerk 1 derart eingestellt werden, dass das Arbeitsfluid mithilfe des Sekundärwärmetauschers 41 nur verdampft und in dem diesem strö- mungstechnisch nachfolgenden Primärwärmetauscher 6 nur überhitzt wird. Entsprechend arbeitet der Sekundärwärmetauscher 41 nur als Verdampfer und der Primärwärmetauscher 6 nur als Überhitzer, welcher das bereits verdampfte Fluid aus dem Sekundärwärmetauscher 41 entgegennimmt, überhitzt und anschließend der Expansi- onsturbine 20 bereitstellt. In the storage operation, by contrast, the solar thermal power plant 1 is to be set such that the working fluid only evaporates with the aid of the secondary heat exchanger 41 and is only superheated in the primary heat exchanger 6 following this flow technology. Accordingly, the secondary heat exchanger 41 operates only as an evaporator and the primary heat exchanger 6 only as a superheater, which receives the already evaporated fluid from the secondary heat exchanger 41, superheated and then the expansion turbine 20 provides.
Insbesondere bei dieser Betriebsart kann es vorkommen, dass die in dem Arbeitskreislauf nach dem Primärwärmetauscher 6 erreichte Temperatur des Arbeitsfluids und damit der Druck in dem Speicherbetrieb niedriger sind als während des Normalbetriebs. Dies ist bei entsprechender Auslegung des solarthermischen Kraftwerks 1 jedoch unproblematisch. Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Expansionsturbine 20 - wie vorstehend beschrieben - mehrere Expansionsturbinenstufen aufweist, die aufgrund ihrer strömungstechnischen Hintereinanderschaltung für unterschiedliche Eingangsdrü- cke ausgelegt sind. Dabei entspricht üblicherweise der Ausgangsdruck der stromaufwärts liegenden Expansionsturbinenstufe dem Eingangsdruck der in Strömungsrichtung unmittelbar folgenden Expansionsturbinenstufe. Liegen nun während des Normalbetriebs und des Speicherbetriebs unterschiedliche Drücke des Arbeitsfluids nach dem Primärwärmetauscher 6 und damit vor der Expansionsturbine 20 vor, so wird das Arbeitsfluid jeweils unmittelbar derjenigen Expansionsturbinenstufe zugeführt, die ausweislich ihres Eingangs- drucks für den Druck des Arbeitsfluids ausgelegt ist. In particular, in this mode, it may happen that the reached in the working cycle after the primary heat exchanger 6 temperature of the working fluid and thus the pressure in the storage operation are lower than during normal operation. However, this is unproblematic with an appropriate design of the solar thermal power plant 1. In particular, it is provided that the expansion turbine 20 - as described above - has several expansion turbine stages, which are designed for different input pressures due to their fluidic series connection. In this case, the output pressure of the upstream expansion turbine stage usually corresponds to the inlet pressure of the expansion turbine stage immediately following in the direction of flow. Lie now during normal operation and the storage operation different pressures of the working fluid after the primary heat exchanger 6 and thus before the expansion turbine 20 before, the working fluid is respectively fed directly to that expansion turbine stage, which is evidently designed for the pressure of the working fluid its input pressure.
Bei einem hohen ersten Druck, der während des Normalbetriebs vorliegt, wird also das Arbeitsfluid der ersten Expansionsturbinenstufe zugeführt, die für den höchsten Eingangsdruck ausgelegt ist. Dabei wird die Nennleistung üblicherweise übertroffen. Bei einem zweiten Druck, der niedriger als der erste Druck ist und beispielsweise während des Speicherbetriebs vorliegt, wird dagegen das Arbeitsfluid einer der ersten Expansionsturbinenstufe strömungstechnisch nachgeordneten Expansionsturbinenstufe zugeführt. Diese Expansionsturbinenstufe wird dabei derart gewählt, dass ihr Auslegungsein- gangsdruck im Wesentlichen dem vorliegenden Druck des Arbeitsfluids entspricht. Somit kann auch bei geringerem Druck des Arbeitsfluids das solarthermische Kraftwerk 1 bei seiner Nennleistung betrieben werden. Es ist dabei weiterhin keine Zufuhr von externer Energie notwendig. Alternativ können selbstverständlich für Normalbetrieb und Speicherbetrieb unterschiedlich ausgelegte Expansionsturbinen 20 verwendet werden. Beispielsweise wird das Arbeitsfluid während des Normalbetriebs einer Hochdruckexpansionsturbine und während des Speicherbetriebs einer Niederdruckexpansionsturbine zugeführt, wo- bei letztere den Betrieb des solarthermischen Kraftwerks 1 bei seiner Nennleistung ermöglicht. In dem Normalbetrieb wird dagegen - wie bereits vorstehend erwähnt - die Nennleistung üblicherweise sogar übertroffen. In einer zweiten Betriebsart kann es vorgesehen sein, dass sowohl im Normalbetrieb als auch im Speicherbetrieb der Sekundärwärmetauscher 41 nur zum Verdampfen und der Primärwärmetauscher 6 nur zum Überhitzen des Arbeitsfluids verwendet wird. Entsprechend muss in dieser zweiten Betriebsart in dem Normalbetrieb das So- larfluid nicht nur zum Aufladen des Primärwärmespeichers 9, sondern auch zum Betreiben des Primärwärmetauschers 6 aufgewandt werden. At a high first pressure, which is present during normal operation, so the working fluid of the first expansion turbine stage is supplied, which is designed for the highest input pressure. The rated output is usually exceeded. At a second pressure, which is lower than the first pressure and, for example, during the storage operation is present, however, the working fluid is fed to one of the first expansion turbine stage fluidly downstream expansion turbine stage. In this case, this expansion turbine stage is selected such that its design inlet pressure essentially corresponds to the prevailing pressure of the working fluid. Thus, even at lower pressure of the working fluid, the solar thermal power plant 1 can be operated at its rated power. It is still no supply of external energy necessary. Alternatively, of course, differently designed expansion turbines 20 can be used for normal operation and storage operation. For example, during normal operation, the working fluid is supplied to a high-pressure expansion turbine and during the storage operation to a low-pressure expansion turbine, the latter permitting operation of the solar thermal power plant 1 at its rated power. In normal operation, on the other hand, as already mentioned above, the nominal power is usually even exceeded. In a second mode of operation, it may be provided that the secondary heat exchanger 41 is used only for evaporation and the primary heat exchanger 6 only for overheating of the working fluid both in normal operation and during storage operation. Accordingly, in this second operating mode in normal operation, the solar fluid must be used not only for charging the primary heat accumulator 9, but also for operating the primary heat exchanger 6.
Die Figur 5 zeigt eine vierte Ausführungsform des solarthermischen Kraftwerks 1. Auch hier sei zunächst auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen. Im Unterschied zu der anhand der Figur 4 beschriebenen Ausführungsform des solarthermischen Kraftwerks 1 ist es nun vorgesehen, dass der Sekundärspeicherkreislauf 42 und mithin der Sekundärwärmetauscher 41 strömungstechnisch an den So- larkreislauf 2 angeschlossen sind. Das Sekundärspeicherfluid entspricht also dem Solarfluid. Um das Solarfluid auf den Primärwärmetauscher 6 und den Sekundärwärmetauscher 41 aufzuteilen, sind Schaltventile 45 und 46 vorgesehen. Ein Ausgang des Schaltventils 45 und des Schaltventils 46 ist jeweils an den Primärwärmetauscher 6 und den Sekundärwärmetauscher 41 angeschlossen. Weitere Anschlüsse der Schaltventile 45 und 46 sind an weitere Bereiche des Solarkreislaufs 2 angeschlossen, beispielsweise das Schaltventil 45 an den Leitungsabschnitt 12 und das Schaltventil 46 an den Leitungsabschnitt 13. Mithilfe der Schaltventile 45 und 46 kann entspre- chend der Massenstrom des Solarfluids durch den Primärwärmetauscher 6 und den Sekundärwärmetauscher 41 aufgeteilt werden. FIG. 5 shows a fourth embodiment of the solar thermal power plant 1. Here too, reference should firstly be made to the above explanations. In contrast to the embodiment of the solar thermal power plant 1 described with reference to FIG. 4, it is now provided that the secondary storage circuit 42 and hence the secondary heat exchanger 41 are fluidically connected to the solar circuit 2. The secondary storage fluid thus corresponds to the solar fluid. In order to divide the solar fluid to the primary heat exchanger 6 and the secondary heat exchanger 41, switching valves 45 and 46 are provided. An output of the switching valve 45 and the switching valve 46 is connected to the primary heat exchanger 6 and the secondary heat exchanger 41, respectively. Further connections of the switching valves 45 and 46 are connected to further regions of the solar circuit 2, for example the switching valve 45 to the line section 12 and the switching valve 46 to the line section 13. By means of the switching valves 45 and 46, accordingly, the mass flow of the solar fluid through the primary heat exchanger 6 and the secondary heat exchanger 41 are divided.
Diese Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Sekundärwärmetauscher 41 als Speicherwärmetauscher gemäß den vorstehenden Ausführungen ausgebildet ist. In diesem Fall kann während des Normalbetriebs das in dem Sonnenkollektor 4 beziehungsweise 44 erwärmte Solarfluid zum Aufladen des Primärwärmespeichers 9, zum Betreiben des Primärwärmetauschers 6 und/oder zum Betreiben des Sekundärwärmetauschers 41 herangezogen werden. Bevorzugt weist dabei der Primärwärmetauscher 6 eine geringere Wärmekapazität auf als der beispielsweise als Speicherwärmetauscher vorliegende Sekundärwärmetauscher 41. Insoweit kann auch während eines Aufladens des Sekundärwärmtauschers 41 , während welchem möglicherweise die auf das Arbeitsfluid übertragene Wärme nicht ausreichend ist, um dieses vollständig zu verdampfen beziehungsweise zu überhitzen, das Solarfluid derart zwischen dem Primärwärmetauscher 6 und dem Sekundärwärmetauscher 41 aufgeteilt werden, dass mithilfe des Primärwärmetauschers 6 die noch zum vollständigen Verdampfen beziehungsweise Überhitzen notwendige Wärme dem Arbeitsfluid zugeführt werden kann. This embodiment is particularly advantageous when the secondary heat exchanger 41 as a storage heat exchanger according to the above embodiments is formed. In this case, during normal operation, the solar fluid heated in the solar collector 4 or 44 can be used for charging the primary heat accumulator 9, for operating the primary heat exchanger 6 and / or for operating the secondary heat exchanger 41. Preferably, the primary heat exchanger 6 has a lower heat capacity than the secondary heat exchanger 41 present, for example, as a storage heat exchanger. In that regard, even during a charging of the secondary heat exchanger 41 during which possibly the heat transferred to the working fluid is insufficient to evaporate it completely or to overheat it in that the solar fluid is divided between the primary heat exchanger 6 and the secondary heat exchanger 41 in such a way that the heat required for complete evaporation or superheating can be supplied to the working fluid by means of the primary heat exchanger 6.
Die Aufteilung des Solarfluids auf den Primärwärmetauscher 6 und den Sekundärwärmetauscher 41 wird vorzugsweise steuernd und/oder regelnd eingestellt. Die Aufteilung ist dabei insbesondere abhängig von dem Ladezustand des Sekundärwärmetauschers 41. Zu Beginn des Aufladens des Sekundärwärmetauschers 41 wird demnach mithilfe des Primärwärmetauschers 6 eine vergleichsweise große Wärmemenge dem Arbeitsfluid zugeführt. Bis zum Erreichen eines quasistationären Zustands, in welchem während des Normal- betriebe dem Sekundärwärmetauscher 41 ebensoviel Wärme zugeführt wird wie er an das Arbeitsfluid abgibt, wird die von dem Primärwärmetauscher 6 an das Arbeitsfluid abgegebene Wärmemenge stetig reduziert. Der Sekundärwärmetauscher 41 ist in der hier dargestellten Ausführungsform vorzugsweise derart ausgelegt, dass die in ihm gespeicherte Wärme während des Speicherbetriebs über den gesamten Auslegungszeitraum ausreichend ist, um das ihm zugeführte Ar- beitsfluid des Arbeitskreislaufs 3 vollständig zu verdampfen, ohne dass ihm Solarfluid des Solarkreislaufs 2 zugeführt wird. In dem Speicherbetrieb werden die Schaltventile 45 und 46 also derart eingestellt, dass das gesamte umgewälzte und insbesondere dem Primärwärmespeicher 9 entnommene Solarfluid dem Primärwärmetau- scher 6 zugeführt wird. Der Primärwärmespeicher 9 ist also derart ausgelegt, dass er in dem Speicherbetrieb über den gesamten Auslegungszeitraum Wärme liefern kann, welche ausreichend ist, um mithilfe des Primärwärmetauschers 6 das diesem zugeführte, durch den Sekundärwärmetauscher 41 verdampfte Arbeitsfluid zu überhit- zen. The division of the solar fluid to the primary heat exchanger 6 and the secondary heat exchanger 41 is preferably set controlling and / or regulating. The division is in particular dependent on the state of charge of the secondary heat exchanger 41. At the beginning of the charging of the secondary heat exchanger 41, therefore, a comparatively large amount of heat is supplied to the working fluid by means of the primary heat exchanger 6. Until a quasi-stationary state in which as much heat is supplied to the secondary heat exchanger 41 during normal operation as it delivers to the working fluid, the amount of heat released from the primary heat exchanger 6 to the working fluid is steadily reduced. In the embodiment shown here, the secondary heat exchanger 41 is preferably designed such that the heat stored in it during the storage operation over the entire design period is sufficient to completely vaporize the working fluid of the working cycle 3 supplied to it without solar fluid of the solar circuit 2 being there is supplied. In the storage operation, the switching valves 45 and 46 are thus adjusted so that the entire circulated and in particular the primary heat accumulator 9 taken solar fluid is the primary heat exchanger 6 is supplied. The primary heat accumulator 9 is thus designed so that it can supply heat in the accumulator operation over the entire design period, which is sufficient to overheat the supplied by the secondary heat exchanger 41 working fluid by means of the primary heat exchanger 6.
Die Figur 6 zeigt eine fünfte Ausführungsform des solarthermischen Kraftwerks, welche grundsätzlich an die anhand der Figur 4 beschriebene angelehnt ist. Insoweit sei auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen. Hier ist nun deutlich zu erkennen, dass der Se- kundärwärmetauscher 41 aus zwei Wärmetauschern 47 und 48 besteht, welche in einem Wärmespeichertank 49 angeordnet sind. In dem Wärmespeichertank 49 befindet sich das Speichermedium, welches über den Wärmetauscher 47 in Wärmeübertragungsverbindung mit dem Sekundärspeicherkreislauf 42 und über den Wärme- tauscher 48 in Wärmeübertragungsverbindung mit dem Arbeitskreislauf 3 steht. FIG. 6 shows a fifth embodiment of the solar thermal power plant, which is basically based on that described with reference to FIG. In that regard, reference is made to the above statements. Here it can be clearly seen that the secondary heat exchanger 41 consists of two heat exchangers 47 and 48, which are arranged in a heat storage tank 49. In the heat storage tank 49 is the storage medium, which is in heat transfer communication with the secondary storage circuit 42 and the heat exchanger 48 in heat transfer communication with the working circuit 3 via the heat exchanger 47.
Der Unterschied der hier dargestellten Ausführungsform im Vergleich zu der anhand der Figur 4 beschriebenen liegt in der strömungs- technischen Verschaltung des Solarkreislaufs 2, für welche Leitungsabschnitte 50 bis 61 verwendet werden. Das Einlassschaltventil 5 steht über den Leitungsabschnitt 50 in Strömungsverbindung mit dem Sonnenkollektor 4 und über den Leitungsabschnitt 51 mit einem Schaltventil 62. Über den Leitungsabschnitt 58 ist zudem eine Strömungsverbindung zu dem Primärwärmespeicher 9 beziehungsweise dem Primärwärmespeichertank 10 hergestellt. Das Schaltventil 62 ist über den Leitungsabschnitt 52 mit dem Primärwärmetauscher 6 verbunden, der wiederum auf der dem Schaltventil 62 abgewandten Seite über den Leitungsabschnitt 53 in Strömungsverbindung mit einem Schaltventil 63 steht. The difference between the embodiment shown here and that described with reference to FIG. technical interconnection of the solar circuit 2, for which line sections 50 to 61 are used. The inlet switching valve 5 is in fluid communication with the solar collector 4 via the line section 50 and via the line section 51 with a switching valve 62. In addition, a flow connection to the primary heat accumulator 9 or the primary heat storage tank 10 is established via the line section 58. The switching valve 62 is connected via the line section 52 with the primary heat exchanger 6, which in turn is on the side facing away from the switching valve 62 via the line section 53 in flow communication with a switching valve 63.
Über den Leitungsabschnitt 57 sind die Schaltventile 61 und 62 unmittelbar, also nicht über den Primärwärmetauscher 6, miteinander verbunden. Über den Leitungsabschnitt 54 ist das Schaltventil 63 an die Fördereinrichtung 8 angeschlossen, welche wiederum über den Leitungsabschnitt 55 mit einem Schaltventil 64 verbunden ist. Das Schaltventil 64 steht über den Leitungsabschnitt 56 mit dem Sonnenkollektor 4 und über den Leitungsabschnitt 61 mit dem Auslassschaltventil 7 in Strömungsverbindung. In einigen der Leitungsab- schnitte 50 bis 61 sind Drosselelemente 65 vorgesehen, welche jedoch optional sind. Die Schaltventile 62 bis 64 können ebenso wie das Einlassschaltventil 5 und das Auslassschaltventil 7 zum stufenlosen Einstellen des durch sie strömenden Massenstroms vorgesehen sein. Entsprechend kann das Solarfluid jeweils mit dem ge- wünschten Massenstrom in den an das jeweilige Schaltventil angeschlossenen Leitungsabschnitt geführt sein. About the line section 57, the switching valves 61 and 62 directly, so not via the primary heat exchanger 6, connected to each other. Via the line section 54, the switching valve 63 is connected to the conveyor 8, which in turn is connected via the line section 55 with a switching valve 64. The switching valve 64 is in fluid communication with the solar collector 4 via the line section 56 and with the outlet switching valve 7 via the line section 61. Throttle elements 65 are provided in some of the pipe sections 50 to 61, but these are optional. The switching valves 62 to 64 may be provided as well as the inlet switching valve 5 and the outlet switching valve 7 for continuously adjusting the mass flow flowing therethrough. Accordingly, the solar fluid can be guided in each case with the desired mass flow into the line section connected to the respective switching valve.
Während des Normalbetriebs des solarthermischen Kraftwerks 1 strömt das Solarfluid von dem Sonnenkollektor 4 durch die Leitungs- abschnitte 51 und 52 zu dem Primärwärmetauscher 6, weiter durch die Leitungsabschnitte 53 und 54 zu der Fördereinrichtung 8 und schließlich durch die Leitungsabschnitte 55 und 56 wieder zu dem Sonnenkollektor 4. Zusätzlich kann es zum Aufladen des Primär- Wärmespeichers 9 vorgesehen sein, einen Teil des erwärmten Solarfluids, welcher insbesondere mittels des Einlassschaltventils 5 einstellbar ist, durch den Leitungsabschnitt 58 zu dem Primärwärmespeicher 9 zu führen. Eine entsprechende Menge noch nicht erwärmten Solarfluids wird dem Primärwärmespeicher 9 entnommen und durch die Leitungsabschnitte 59 und 60 zu dem Schaltventil 63 geführt, von wo es wiederum durch den Leitungsabschnitt 54 zu der Fördereinrichtung 8 gelangt. During normal operation of the solar thermal power plant 1, the solar fluid flows from the solar collector 4 through the pipeline. sections 51 and 52 to the primary heat exchanger 6, further through the line sections 53 and 54 to the conveyor 8 and finally through the line sections 55 and 56 again to the solar collector 4. In addition, it may be provided for charging the primary heat accumulator 9, a part of heated solar fluid, which is adjustable in particular by means of the inlet switching valve 5, to lead through the line section 58 to the primary heat accumulator 9. A corresponding amount of not yet heated solar fluid is removed from the primary heat accumulator 9 and passed through the line sections 59 and 60 to the switching valve 63, from where it in turn passes through the line section 54 to the conveyor 8.
Während des Speicherbetriebs ist es vorgesehen, den Sonnenkollektor 4 zusammen mit den Leitungsabschnitten 50 und 56 stillzule- gen, sodass er nicht mehr von dem Solarfluid durchströmt wird. Vielmehr soll das Solarfluid dem Primärwärmespeicher 9 über den Leitungsabschnitt 58 entnommen werden und über das Einlassschaltventil und die Leitungsabschnitte 51 und 52 dem Primärwärmetauscher 6 zugeführt werden. Anschließend strömt das Solarfluid durch die Leitungsabschnitte 53 und 54 zu der Fördereinrichtung 8, von welcher es durch die Leitungsabschnitte 55, 61 und 59 wiederum in den Primärwärmespeicher 9 gelangt. Sowohl in dem Normalbetrieb als auch in dem Speicherbetrieb kann es selbstverständlich vorgesehen sein, wenigstens einen Teil des Solarfluids durch den Lei- tungsabschnitt 65 an dem Primärwärmetauscher 6 vorbeizuführen. Selbstredend kann auch bei der hier beschriebenen Ausführungsform des solarthermischen Kraftwerks 1 der Sekundärwärmetauscher 41 strömungstechnisch an den Solarkreislauf 2 angeschlossen sein, wie anhand der Figur 5 beschrieben. Dabei ist er vorzugsweise parallel zu dem Primärwärmetauscher 6 in dem Solarkreislauf 2 vorgesehen. During the storage operation, it is provided to shut down the solar collector 4 together with the line sections 50 and 56, so that it is no longer permeated by the solar fluid. Rather, the solar fluid should be taken from the primary heat accumulator 9 via the line section 58 and fed via the inlet switching valve and the line sections 51 and 52 to the primary heat exchanger 6. Subsequently, the solar fluid flows through the line sections 53 and 54 to the conveyor 8, from which it passes through the line sections 55, 61 and 59 in turn into the primary heat accumulator 9. Of course, both in the normal operation and in the storage operation, it can be provided to pass at least part of the solar fluid through the line section 65 past the primary heat exchanger 6. Of course, in the embodiment of the solar thermal power plant 1 described here, the secondary heat exchanger 41 can also be fluidly connected to the solar circuit 2, as described with reference to FIG. He is preferably provided parallel to the primary heat exchanger 6 in the solar circuit 2.
Insbesondere bei den anhand der Figuren 4 bis 6 beschriebenen Ausführungsformen des solarthermischen Kraftwerks 1 ist es vorge- sehen, dass als Solarfluid und als Arbeitsfluid Wasser verwendet wird. Liegt der Sekundärspeicherkreislauf 42 strömungstechnisch getrennt von dem Solarkreislauf 2 und dem Arbeitskreislauf 3 vor, so kann in ihm Thermoöl als Sekundärspeicherfluid oder alternativ ebenfalls Wasser verwendet werden. Auch die Ausführungsformen der Figuren 4 bis 6 des solarthermischen Kraftwerks 1 lassen sich selbstverständlich mit dem Heizkreislauf 29 gemäß den Figuren 2 und 3 ausrüsten, auch wenn dies hier nicht ausdrücklich dargestellt ist. Particularly in the embodiments of the solar thermal power plant 1 described with reference to FIGS. 4 to 6, it is provided that water is used as the solar fluid and as the working fluid. If the secondary storage circuit 42 is fluidly separated from the solar circuit 2 and the working circuit 3, thermal oil can be used as secondary storage fluid or, alternatively, also water. The embodiments of Figures 4 to 6 of the solar thermal power plant 1 can of course be equipped with the heating circuit 29 according to Figures 2 and 3, even if this is not explicitly shown.

Claims

Ansprüche claims
1 . Solarthermisches Kraftwerk (1 ), mit wenigstens einem Sonnenkollektor (4) eines Solarkreislaufs (2) und einer einem Arbeitskreislauf (3) zugeordneten Expansionsturbine (20), wobei der Solar- kreislauf (2) und der Arbeitskreislauf (3) über wenigstens einen Primärwärmetauscher (6) miteinander gekoppelt sind und der Solarkreislauf (2) ein Solarfluid und der Arbeitskreislauf ein Arbeitsfluid aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Solarkreislauf (2) ein Primärwärmespeicher (9) zugeordnet ist, der wenigstens einen, ins- besondere parallel zu dem Primärwärmetauscher (6) angeschlossenen, Primärwärmespeichertank (10) für das Solarfluid des Solarkreislaufs (2) aufweist. 1 . Solar thermal power plant (1), comprising at least one solar collector (4) of a solar circuit (2) and an expansion turbine (20) associated with a working circuit (3), wherein the solar circuit (2) and the working circuit (3) via at least one primary heat exchanger ( 6) are coupled together and the solar circuit (2) comprises a solar fluid and the working circuit a working fluid, characterized in that the solar circuit (2) is associated with a primary heat accumulator (9), the at least one, in particular parallel to the primary heat exchanger (6 ), primary heat storage tank (10) for the solar fluid of the solar circuit (2).
2. Solarthermisches Kraftwerk nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sekundärwärmetauscher (41 ) vorgesehen ist, über welchen der Arbeitskreislauf (3) und/oder der Solarkreislauf (2) mit wenigstens einem ein Sekundärspeicherfluid aufweisenden Sekundärspeicherkreislauf (42) gekoppelt ist. 2. Solar thermal power plant according to claim 1, characterized in that at least one secondary heat exchanger (41) is provided, via which the working circuit (3) and / or the solar circuit (2) with at least one secondary storage fluid having a secondary storage circuit (42) is coupled.
3. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärspeicher- kreislauf (42) strömungstechnisch von dem Solarkreislauf (2) und dem Arbeitskreislauf (3) getrennt vorliegt oder strömungstechnisch an den Solarkreislauf (2) angeschlossen ist. 3. Solar thermal power plant according to one of the preceding claims, characterized in that the secondary storage circuit (42) is fluidically separated from the solar circuit (2) and the working circuit (3) or fluidly connected to the solar circuit (2).
4. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärspeicher- kreislauf (42) an den Sonnenkollektor (4) des Solarkreislaufs (2) oder wenigstens einen weiteren Sonnenkollektor (44) angeschlossen ist. 4. Solar thermal power plant according to one of the preceding claims, characterized in that the secondary storage circuit (42) to the solar collector (4) of the solar circuit (2) or at least one further solar collector (44) is connected.
5. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärwärmetauscher (41) ein Speicherwärmetauscher ist und/oder der Sekundärspeicherkreislauf (42) einen Sekundärwärmespeicher aufweist. 5. Solar thermal power plant according to one of the preceding claims, characterized in that the secondary heat exchanger (41) is a storage heat exchanger and / or the secondary storage circuit (42) has a secondary heat storage.
6. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärwärmetauscher (6) stromabwärts des Sekundärwärmetauschers (41) in dem Arbeitskreislauf (3) vorliegt. 6. Solar thermal power plant according to one of the preceding claims, characterized in that the primary heat exchanger (6) downstream of the secondary heat exchanger (41) in the working circuit (3) is present.
7. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Solarkreislauf7. Solar thermal power plant according to one of the preceding claims, characterized in that in the solar circuit
(2) ein Bypass (18) zur strömungstechnischen Umgehung des Sonnenkollektors (4) und/oder ein Bypassrücklauf (19), der auf seiner einen Seite zwischen dem Primärwärmetauscher (6) und einem Aus- lass des Primärwärmespeichertanks (10) und auf seiner anderen Seite an einen Einlass des Primärwärmespeichertanks (10) angeschlossen ist, vorgesehen sind. (2) a bypass (18) for fluidic bypass of the solar collector (4) and / or a bypass return (19) on one side between the primary heat exchanger (6) and an outlet of the primary heat storage tank (10) and on its other Side is connected to an inlet of the primary heat storage tank (10) are provided.
8. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Arbeitskreislauf8. Solar thermal power plant according to one of the preceding claims, characterized in that in the working cycle
(3) stromabwärts der Expansionsturbine (20) ein Kondensator (21) vorgesehen ist, der mit der Umgebungsluft als Kühlmedium betrieben wird oder zumindest einen Teil der stromabwärts der Expansionsturbine (20) in dem Arbeitsfluid vorliegenden Wärme wenigstens einem Heizkreislauf (35) zuführt. (3) downstream of the expansion turbine (20) there is provided a condenser (21) which is operated with the ambient air as the cooling medium or at least supplies a portion of the heat present in the working fluid downstream of the expansion turbine (20) to at least one heating circuit (35).
9. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kritische Temperatur in dem kritischen Punkts des Solarfluids wenigstens um den Faktor 1 ,5, bevorzugt um wenigstens den Faktor 2, 2,5 oder 3, größer ist als die kritische Temperatur in dem kritischen Punkt des Arbeitsflu- ids, oder dass das Solarfluid ein Thermoöl ist und die kritische Temperatur des Arbeitsfluids höchstens 160°C beträgt. 9. Solar thermal power plant according to one of the preceding claims, characterized in that the critical temperature in the critical point of the solar fluid at least by a factor of 1, 5, preferably by at least a factor of 2, 2.5 or 3, is greater as the critical temperature at the critical point of the working fluid or that the solar fluid is a thermal oil and the critical temperature of the working fluid is at most 160 ° C.
10. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das in dem Solarkreislauf (2) vorliegende Solarfluid und/oder das in dem Sekundärspeicherkreislauf (42) vorliegende Sekundärspeicherfluid Wasser oder ein Thermoöl und/oder das in dem Arbeitskreislauf (3) vorliegende Arbeitsfluid Wasser oder ein Kohlenwasserstoff, insbesondere ein Alkan, vorzugsweise Propan oder Butan, oder Kohlenstoffdioxid, Ammoniak oder ein Gemisch aus diesen Stoffen ist. 10. Solar thermal power plant according to one of the preceding claims, characterized in that in the solar circuit (2) present solar fluid and / or in the secondary storage circuit (42) present secondary storage fluid water or a thermal oil and / or present in the working cycle (3) Working fluid is water or a hydrocarbon, in particular an alkane, preferably propane or butane, or carbon dioxide, ammonia or a mixture of these substances.
11. Verfahren zum Betreiben eines solarthermischen Kraftwerks (1), insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei das solarthermische Kraftwerk (1 ) über wenigs- tens einen Sonnenkollektor (4) eines Solarkreislaufs (2) und eine einem Arbeitskreislauf (3) zugeordnete Expansionsturbine (20) verfügt, wobei der Solarkreislauf (2) und der Arbeitskreislauf (3) über wenigstens einen Primärwärmetauscher (6) miteinander gekoppelt sind und in dem Solarkreislauf (2) ein Solarfluid und in dem Arbeits- kreislauf (3) ein Arbeitsfluid verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Solarkreislauf (2) ein Primärwärmespeicher (9) zugeordnet wird, der wenigstens einen, insbesondere parallel zu dem Primärwärmetauscher (6) angeschlossenen, Primärwärmespeichertank (10) für das Solarfluid des Solarkreislaufs (2) aufweist. 11. A method for operating a solar thermal power plant (1), in particular according to one or more of the preceding claims, wherein the solar thermal power plant (1) at least one solar collector (4) of a solar circuit (2) and a working cycle (3) associated Expansion turbine (20), wherein the solar circuit (2) and the working circuit (3) via at least one primary heat exchanger (6) are coupled together and in the solar circuit (2) a solar fluid and in the working circuit (3) a working fluid is used , In that the solar circuit (2) a primary heat accumulator (9) is associated with at least one, in particular parallel to the primary heat exchanger (6) connected primary heat storage tank (10) for the solar fluid of the solar circuit (2).
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sekundärwärmetauscher (41) vorgesehen ist, über welchen der Arbeitskreislauf (3) und/oder der Solarkreislauf (2) mit wenigstens einem ein Sekundärspeicherfluid aufweisenden Sekundärspeicherkreislauf (42) gekoppelt wird, wobei bei einer einer Auslegungssonneneinstrahlung entsprechenden oder diese übersteigenden Sonneneinstrahlung ein Normalbetrieb und bei einer Sonneneinstrahlung, die kleiner als die Auslegungssonneneinstrahlung ist, ein Speicherbetrieb durchgeführt wird, wobei in dem Normalbetrieb das Arbeitsfluid des Arbeitskreislaufs (3) nur mit dem Sekundärwärmetauscher (41) verdampft und überhitzt und in dem Speicherbetrieb mit dem Sekundärwärmetauscher (42) nur ver- dampft und mit dem Primärwärmetauscher (6) nur überhitzt wird. 12. The method according to claim 11, characterized in that at least one secondary heat exchanger (41) is provided, via which the working circuit (3) and / or the solar circuit (2) is coupled to at least one secondary storage fluid having a secondary storage fluid (42), wherein at a design sun radiation corresponding or exceeding solar radiation normal operation and at a solar radiation that is smaller than the design sun radiation, a storage operation is performed, wherein in normal operation, the working fluid of the working cycle (3) evaporated and superheated only with the secondary heat exchanger (41) and only evaporated in the storage operation with the secondary heat exchanger (42) and only superheated with the primary heat exchanger (6).
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Normalbetrieb der Solarkreislauf (2) ausschließlich zum Aufladen des Primärwärmespeichers (9) betrieben wird. 13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the normal operation of the solar circuit (2) is operated exclusively for charging the primary heat accumulator (9).
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das solarthermische Kraftwerk (1) derart eingestellt wird, dass das in dem Solarkreislauf (2) verwendete Solarfluid eine Maximaltemperatur aufweist, insbesondere in oder unmittelbar nach dem Sonnenkollektor (4), die geringer ist als seine kritische Temperatur, und/oder dass das in dem Arbeitskreislauf (3) verwendete Arbeitsfluid eine Maximaltemperatur aufweist, insbesondere in oder unmittelbar nach dem Primärwärmetauscher (6) und/oder dem Sekundärwärmetauscher (41), die größer ist als seine kritische Temperatur. 14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the solar thermal power plant (1) is set such that the solar fluid used in the solar circuit (2) has a maximum temperature, in particular in or immediately after the solar collector (4), the lower is as its critical temperature, and / or that the working fluid used in the working circuit (3) has a maximum temperature, in particular in or immediately after the primary heat exchanger (6) and / or the secondary heat exchanger (41), which is greater than its critical temperature.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maximaltemperatur des Arbeitsflu- ids so gewählt wird, dass das Arbeitsfluid nach der Expansionsturbi- ne (20) einen Zustand in seinem Nassdampfgebiet einnimmt und mindestens einen bestimmten Dampfgehalt, insbesondere zwischen 0,75 und 1 ,0, aufweist. 15. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the maximum temperature of the Arbeitsflu- ids is chosen so that the working fluid after the expansion turbine ne (20) assumes a state in its wet steam region and has at least one specific vapor content, in particular between 0.75 and 1.0.
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