WO2008113798A2 - Verfahren und vorrichtung zur zwischenüberhitzung bei solarer direktverdampfung in einem solarthermischen kraftwerk - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur zwischenüberhitzung bei solarer direktverdampfung in einem solarthermischen kraftwerk Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a solar thermal power plant, as well as a solar thermal power plant in which a working fluid circulates in a cycle, with a direct evaporation based solar steam generator and a steam turbine, in which the working fluid is discharged while releasing technical work on a relaxation section , with at least one reheater, which is heated by means of working fluid removed from the circuit upstream of the reheater and which overheats at least one reheater working fluid which flows downstream of the heated removal by an inflow into the expansion section.
  • Solar thermal power plants represent an alternative to conventional power generation.
  • a solar thermal power plant uses solar radiation energy to produce electrical energy. It consists of a solar power plant section for absorption of solar energy and a second mostly conventional power plant section.
  • the solar power plant part includes a solar field, that is, a concentration system with collectors.
  • the concentrating collectors are the main component of the solar power plant part.
  • the more familiar collectors are the parabolic trough collector, the Fresnel collector, the solar tower and the parabolic mirror.
  • Parabolic trough collectors concentrate the sun's rays onto an absorber tube placed in the focal line. There, the solar energy is absorbed and passed as heat to a heat transfer medium.
  • Thermal oil, water, air or molten salt can be used as the heat transfer medium.
  • the conventional power plant part usually comprises a steam turbine and a generator and a condenser, wherein in comparison to the conventional power plant, the heat input is replaced by the boiler by the heat input generated by the solar field.
  • solar thermal power plants are operated with indirect evaporation, i. that heat exchangers are connected between the solar power plant part and the conventional power plant part in order to transfer the energy generated in the solar field from the heat transfer medium of a solar field circuit to a water-steam cycle of the conventional power plant part.
  • a future option is the direct evaporation, in which the solar field circuit of the solar power plant part and the water-steam circuit of the conventional power plant part form a common circuit, wherein the feed water in the solar field preheated, evaporated and superheated and is thus fed to the conventional part ,
  • the solar power plant part is thus a solar steam generator.
  • the conventional power plant part can not be optimally operated.
  • the relaxation of the steam over the largest possible pressure gradient is very limited by the resulting in the relaxation in the turbine moisture.
  • a reheating of the steam is necessary.
  • the intermediate superheating is carried out by means of a heat exchanger in the boiler.
  • the reheat can be carried out in a separate solar field.
  • this type of reheating does not seem appropriate since Overheating in the solar field, a very high pressure drop is expected.
  • the device-related object of the invention is therefore to provide a solar thermal power plant with improved reheat. Another object is the specification of a method for operating such a power plant.
  • the inventive solar thermal power plant includes a working fluid circuit, a direct evaporation based solar steam generator and a steam turbine, for relaxation of the working fluid on a relaxation section under output technical work, with at least one reheater, which is heated by means of upstream of the reheater cycle removable working fluid and by means of working fluid can be overheated, which can be fed downstream of the heated removal by an on-flow of the expansion zone.
  • the working fluid can be overheated without the very high pressure loss expected in the solar field during reheating.
  • heating of the reheater takes place by means of steam extraction before the expansion section or by means of taps from the expansion section of the turbine.
  • “tapping” means vapor extraction between two blade stages.
  • the reheater is a steam-steam heat exchanger, which is connected on the primary side in a main steam line.
  • live steam is generated upstream of the turbine. and used to overheat the cooled reheat steam.
  • the steam-steam heat exchanger is connected on the primary side in a tap of the high pressure part of the turbine. This is advantageously dispensed with a removal of the higher quality live steam.
  • the reheating takes place via two steam-steam heat exchangers, one of which is connected on the primary side in a live steam line and another on the primary side in a tap of the high pressure part.
  • the respective share of the intermediate overheating can be set.
  • a steam separator in the circuit upstream of the reheater may be expedient to drive with the highest possible steam content in the steam-steam heat exchanger on the cold secondary side of the reheater.
  • the solar thermal includes
  • Power plant a generator for electrical power generation.
  • Relaxation section are provided, for example, a combined high-pressure turbine at the beginning and a low-pressure turbine at the end of the expansion section, wherein working fluid After the first part turbine in a steam-steam heat exchanger is subjected to reheating and then the low-pressure turbine section is supplied.
  • At least three turbines, a high-pressure turbine, a medium-pressure turbine and at least one low-pressure turbine in the expansion section are advantageous.
  • this configuration offers the possibility of a particularly flexible design of the intermediate overheating.
  • the working fluid may be withdrawn to the high pressure turbine section and / or the medium pressure turbine section and subjected to reheat in a steam to steam heat exchanger before entering the downstream turbine section.
  • the low-pressure turbine parts can always be single-flow or multi-flow. It is also possible to provide several low-pressure turbine parts following the regenerative reheat according to the invention.
  • Particularly advantageous solar thermal power plant includes parabolic trough collectors, which have a high technology maturity and have the highest concentration factor for linearly concentrating systems, whereby high process temperatures are possible.
  • Fresnel collectors are used.
  • An advantage of the Fresnel collectors over the parabolic trough collector lies in the piping and the resulting, comparatively low pressure losses.
  • Another advantage of the Fresnel collectors are the largely standardized components compared to parabolic trough collectors, which can be produced without high-tech know-how. Fresnel collectors are therefore inexpensive to purchase and maintain.
  • a further advantageous alternative embodiment uses a solar tower for solar direct evaporation, which enables the highest process temperatures. Due to its very high specific heat capacity or its high specific enthalpy of evaporation and its easy handling, water is a very good heat transfer medium and thus very suitable as a working fluid.
  • the object is achieved by a method for operating a solar thermal power plant, in which a working fluid circulates in a cycle, based on direct evaporation solar steam generator and a steam turbine, in which the working fluid is discharged while releasing technical work on a relaxation section , with at least one reheater, which is heated by means of working fluid removed from the circuit upstream of the reheater, and which overheats at least one reheater working fluid, which flows into the expansion section downstream of the heated removal by an inflow.
  • the method makes use of the device described.
  • the advantages of the device therefore also result for the method.
  • 1 shows a reheat by means of a live steam tapping point in front of the HP turbine and a steam-steam heat exchanger
  • 2 shows a reheating by means of two steam-steam heat exchanger and two different extraction steam flows
  • FIG. 1 shows the schematic structure and the circulation process of a solar thermal power plant 1 with direct evaporation according to the invention.
  • the plant 1 comprises a solar field 2, in which the solar radiation is concentrated and converted into heat energy and can have, for example, parabolic trough collectors, solar towers, paraboloidal reflector or Fresnel collectors.
  • Concentrated solar radiation is delivered to a heat transfer medium, which is vaporized and introduced via a live steam line 10 into an expansion section 19, consisting of a steam turbine 3, as working fluid.
  • the steam turbine 3 comprises a high-pressure turbine 4 and a low-pressure turbine 5, which drive a generator 6.
  • the working fluid is expanded and then liquefied in a condenser 7.
  • a feed water pump 8 pumps the liquefied heat transfer medium back into the solar field 2, whereby the circuit 9 of the heat transfer medium or the working fluid is closed.
  • live steam is removed from the main steam line 10 upstream of the turbine 3 at the removal point 11 and fed to a steam-steam heat exchanger 12 via a line 20 branching off from the main steam line 10 for overheating the cold intermediate superheat steam.
  • the live steam is cooled down so far that it can be used for recuperative feed water preheating at the corresponding point in the feedwater system (feed point 13).
  • feed point 13 Before the intermediate superheating can, if this should be necessary due to the steam parameters, still a steam separator 14 are installed in the circuit 9 to go with the highest possible steam content in the steam-steam heat exchanger 12 on the cold reheat side.
  • the condensate from the vapor separator 14 is returned to the appropriate location (feed point 15)
  • Feedwater circuit 9 introduced.
  • the temperature of the hot reheat steam is given by the rate of the steam-steam heat exchanger 12 and the saturated steam temperature of the extraction steam at the removal point 11 at the pressure given by the solar field 2 and the pressure loss of the steam-steam heat exchanger 12.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of reheating, in which the steam, after leaving the high-pressure turbine, is supplied to reheat by means of two extraction steam flows in two steam-steam heat exchangers.
  • the first extraction steam flow is removed from a tap 16 of the high-pressure turbine 4 and fed to the steam-steam heat exchanger 17.
  • the second removal steam flow is removed from the fresh steam line 10 upstream of the turbine 3 (removal point
  • a steam separator 14 can optionally be installed in the reheat unit (depending on the steam pressure rameters of cold reheat) to drive with the highest possible steam content in the heat exchanger 12,17.
  • FIG. 3 shows the reheating by means of a tap 16 of the high-pressure turbine 4.
  • the extraction steam is used for reheating the cold steam after the high-pressure turbine 4 in a steam-steam heat exchanger 17.
  • the cooled withdrawal steam is introduced into the feedwater system for recuperative feedwater preheating (feed point 18).
  • feed point 18 recuperative feedwater preheating
  • a steam separator 14 can be installed in front of the heat exchanger 17 in order to obtain the highest possible steam content in the heat exchanger 17.
  • the separated condensate is introduced at the appropriate point (feed point 15) in the feedwater circuit.
  • a tapping point 16 on the high-pressure turbine 4 is provided specifically for the overheating of the cold reheat steam and designed for the requirements of reheating.
  • a steam-steam heat exchanger 17 the cold reheat steam is overheated by means of the steam of the tapping point 16 on the turbine 3.
  • the cooled steam is introduced at the appropriate point (feed point 18) in the feedwater circuit for recuperative feed water preheating.
  • a steam separator 14 which ensures optimum steam content in the steam-steam heat exchanger 17.
  • the condensate is introduced into the feedwater circuit for recuperative feed water preheating at the corresponding point (feed point 15). Whether the use of a steam separator 14 makes sense depends on the steam parameters of the cold reheat.
  • FIG. 5 shows an embodiment in which a first reheat of the partially released steam is realized via a steam-steam heat exchanger 17 and the intermediate heat to the necessary steam parameters by means of additional firing 21, for example, a H2 burner, which fires directly into the reheat is performed.
  • the steam for the first reheat can either from a special tap 16 of the high-pressure turbine 4 or a
  • Removal point be taken from a tap for feedwater pre-heating.
  • the hydrogen 26 for this type of furnace may be recovered by electrolysis or thermal cracking.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine solarthermische Kraftwerksanlage (1), mit einem Arbeitsf luidkreislauf (9), einem auf Direktverdampfung basierenden solaren Dampferzeuger und einer Dampfturbine (3), zur Entspannung des Arbeitsf luids auf einer Entspannungsstrecke (19) unter Abgabe technischer Arbeit, mit mindestens einem Zwischenüberhitzer, welcher mittels stromaufwärts des Zwischenüberhitzers dem Kreislauf (9) entnehmbaren Arbeitsf luids beheizbar ist und mittels dessen Ar- beitsfluid überhitzbar ist, welches stromabwärts der beheizenden Entnahme durch eine Einströmung der Entspannungsstrecke (19) zuführbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Anlage.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Zwischenüberhitzung bei solarer Direktverdampfung in einem solarthermischen Kraftwerk
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer solarthermischen Kraftwerksanlage, sowie eine solarthermische Kraftwerksanlage in welcher ein Arbeitsfluid in einem Kreislauf umläuft, mit einem auf Direktverdampfung basierenden so- laren Dampferzeuger und einer Dampfturbine, in welcher das Arbeitsfluid unter Abgabe technischer Arbeit auf einer Entspannungsstrecke entspannt wird, mit mindestens einem Zwischenüberhitzer, welcher mittels stromaufwärts des Zwischenüberhitzers dem Kreislauf entnommenen Arbeitsfluids geheizt wird und welcher mindestens eine Zwischenüberhitzer Arbeitsfluid überhitzt, welches stromabwärts der beheizenden Entnahme durch eine Einströmung in die Entspannungsstrecke einströmt .
Solarthermische Kraftwerke stellen eine alternative zur herkömmlichen Stromerzeugung dar. Ein solarthermisches Kraftwerk nutzt solare Strahlungsenergie um elektrische Energie zu produzieren. Es besteht aus einem solaren Kraftwerksteil zur Absorption der Sonnenenergie und einem zweiten meist konventio- nellen Kraftwerksteil.
Der solare Kraftwerksteil umfasst dabei ein Solarfeld, das heißt, ein Konzentrationssystem mit Kollektoren. Die konzentrierenden Kollektoren sind der Hauptbestandteil des solaren Kraftwerksteils. Bekanntere Kollektoren sind dabei der Para- bolrinnenkollektor, der Fresnel-Kollektor, der Solar-Turm und der Paraboloidspiegel . Parabolrinnenkollektoren konzentrieren die Sonnenstrahlen auf ein in der Fokuslinie platziertes Absorberrohr. Dort wird die Sonnenenergie absorbiert und als Wärme an ein Wärmeträgermedium weitergegeben.
Als Wärmeträgermedium kann dabei Thermoöl, Wasser, Luft oder Salzschmelze zum Einsatz kommen. Der konventionelle Kraftwerksteil umfasst zumeist eine Dampfturbine sowie einen Generator und einen Kondensator, wobei im Vergleich zum konventionellen Kraftwerk der Wärmeeintrag durch den Kessel durch den vom Solarfeld erzeugten Wärmeeintrag ersetzt wird.
Zurzeit werden solarthermische Kraftwerke mit indirekter Verdampfung ausgeführt, d.h. dass zwischen dem solaren Kraft- werksteil und dem konventionellen Kraftwerksteil Wärmetauscher geschaltet sind, um die im Solarfeld erzeugte Energie vom Wärmeträgermedium eines Solarfeldkreislaufes auf einen Wasser-Dampf-Kreislauf des konventionellen Kraftwerksteils zu übertragen .
Eine künftige Option stellt die direkte Verdampfung dar, bei der der Solarfeldkreislauf des solaren Kraftwerksteils und der Wasser-Dampf-Kreislauf des konventionellen Kraftwerksteils einen gemeinsamen Kreislauf bilden, wobei das Speise- wasser im Solarfeld vorgewärmt, verdampft und überhitzt und so dem konventionellen Teil zugeführt wird. Der solare Kraftwerksteil ist somit ein solarer Dampferzeuger.
Mit den in einem Solarfeld mit direkter Verdampfung erreich- ten Dampfparametern kann der konventionelle Kraftwerksteil nicht optimal betrieben werden. Die Entspannung des Dampfes über ein möglichst großes Druckgefälle ist durch die bei der Entspannung in der Turbine entstehende Nässe sehr begrenzt. Um die Entstehung von Nässe in der Turbine bei Ausnutzung ei- nes möglichst großen Druckgefälles zu minimieren, ist eine Zwischenüberhitzung des Dampfes notwendig.
In einem konventionellen Dampfkraftwerk wird die Zwischenüberhitzung mittels eines Wärmetauschers im Kessel durchge- führt. Bei solarthermischen Kraftwerken mit direkter Verdampfung kann die Zwischenüberhitzung in einem separaten Solarfeld ausgeführt werden. Diese Ausführung der Zwischenüberhitzung erscheint aber nicht zweckmäßig, da bei einer Zwischen- überhitzung im Solarfeld ein sehr hoher Druckverlust zu erwarten ist.
Die auf eine Vorrichtung bezogene Aufgabe der Erfindung ist daher die Angabe einer solarthermischen Kraftwerksanlage mit verbesserter Zwischenüberhitzung. Eine weitere Aufgabe ist die Angabe eines Verfahrens zum Betrieb einer solchen Kraftwerksanlage .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 sowie des Patentanspruchs 18.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen genannt .
Die erfinderische solarthermische Kraftwerksanlage umfasst einen Arbeitsfluidkreislauf, einen auf Direktverdampfung basierenden solaren Dampferzeuger und eine Dampfturbine, zur Entspannung des Arbeitsfluids auf einer Entspannungsstrecke unter Abgabe technischer Arbeit, mit mindestens einem Zwischenüberhitzer, welcher mittels stromaufwärts des Zwischenüberhitzers dem Kreislauf entnehmbaren Arbeitsfluids beheizbar ist und mittels dessen Arbeitsfluid überhitzbar ist, welches stromabwärts der beheizenden Entnahme durch eine Ein- Strömung der Entspannungsstrecke zuführbar ist. Dadurch kann das Arbeitsfluid ohne den bei einer Zwischenüberhitzung im Solarfeld zu erwartenden sehr hohen Druckverlust überhitzt werden .
Die Beheizung des Zwischenüberhitzers erfolgt mittels Dampfentnahme vor der Entspannungsstrecke bzw. mittels Anzapfungen aus der Entspannungsstrecke der Turbine. In der Folge bedeutet „Anzapfung" eine Dampfentnähme zwischen zwei Schaufelstufen .
Bevorzugt ist der Zwischenüberhitzer ein Dampf-Dampf- Wärmetauscher, der primärseitig in eine Frischdampfleitung geschaltet ist. Hierbei wird Frischdampf vor der Turbine ent- nommen und zur Überhitzung des abgekühlten Zwischenüberhit- zungsdampfes verwendet.
Weiterhin bevorzugt ist es, wenn der Dampf-Dampf- Wärmetauscher primärseitig in eine Anzapfung des Hochdruckteils der Turbine geschaltet ist. Hierbei wird vorteilhafterweise auf eine Entnahme des höherwertigen Frischdampfes verzichtet .
In bevorzugter Ausgestaltung erfolgt die Zwischenüberhitzung über zwei Dampf-Dampf-Wärmetauscher, von denen einer primärseitig in eine Frischdampfleitung und ein anderer primärseitig in eine Anzapfung des Hochdruckteils geschaltet sind. Je nach Bedarf kann der jeweilige Anteil an der Zwischenüberhit- zung eingestellt werden.
Es ist vorteilhaft, den abgekühlten Dampf der Primärseite des Überhitzers zur rekuperativen Speisewasservorwärmung zu nutzen .
Je nach Dampfparameter kann ein Dampfabscheider im Kreislauf vor dem Zwischenüberhitzer zweckmäßig sein, um mit möglichst hohem Dampfgehalt in den Dampf-Dampf-Wärmetauscher auf der kalten Sekundärseite des Zwischenüberhitzers zu fahren.
Dabei ist es weiterhin zweckmäßig, wenn das Kondensat aus dem Dampfabscheider an geeigneter Stelle wieder in den Ar- beitsfluidkreislauf eingebracht wird.
In vorteilhafter Ausgestaltung umfasst die solarthermische
Kraftwerksanlage einen Generator zur elektrischen Energieerzeugung.
Zu einer guten Wirkungsgradsteigerung bei hinnehmbaren bauli- ehern Aufwand kommt es, wenn mindestens zwei Turbinen in der
Entspannungsstrecke vorgesehen sind, zum Beispiel eine kombinierte Hochmitteldruckturbine am Anfang und eine Niederdruckturbine am Ende der Entspannungsstrecke, wobei Arbeitsfluid nach der ersten Teilturbine in einem Dampf-Dampf- Wärmetauscher einer Zwischenüberhitzung unterzogen wird und anschließend der Niederdruckteilturbine zugeleitet wird.
Besonders für größere Kraftwerksleistungen sind mindestens drei Turbinen, eine Hochdruckturbine, eine Mitteldruckturbine und mindestens eine Niederdruckturbine in der Entspannungsstrecke vorteilhaft. Diese Konfiguration bietet unter anderem die Möglichkeit einer besonders flexiblen Gestaltung der Zwi- schenüberhitzung . Das Arbeitsfluid kann nach der Hochdruckteilturbine und/oder nach der Mitteldruckteilturbine entnommen und einer Zwischenüberhitzung in einem Dampf-Dampf- Wärmetauscher unterzogen werden, bevor es in die stromabwärts folgende Teilturbine einströmt. Die Niederdruckteilturbinen können stets ein- oder mehrflutig ausgebildet sein. Auch ist es möglich, mehrere Niederdruckteilturbinen im Anschluss an die regenerative Zwischenüberhitzung nach der Erfindung vorzusehen .
Besonders vorteilhaft umfasst die solarthermische Kraftwerksanlage Parabolrinnenkollektoren, welche über eine hohe Technologiereife verfügen und den höchsten Konzentrationsfaktor für linear konzentrierende Systeme aufweisen, wodurch hohe Prozesstemperaturen möglich sind.
In einer alternativen Ausführungsform werden Fresnel- Kollektoren verwendet. Ein Vorteil der Fresnel-Kollektoren gegenüber dem Parabolrinnenkollektor liegt in der Verrohrung und den resultierenden, vergleichsweise geringen Druckverlus- ten. Ein weiterer Vorteil der Fresnel-Kollektoren sind die gegenüber Parabolrinnenkollektoren weitgehend standardisierten Komponenten, die ohne hochtechnologisches Know-how herzustellen sind. Fresnel-Kollektoren sind daher kostengünstig in Anschaffung und Unterhalt.
Eine weitere vorteilhafte alternative Ausführungsform nutzt für die solare Direktverdampfung einen Solarturm, der höchste Prozesstemperaturen ermöglicht. Aufgrund seiner sehr hohen spezifischen Wärmekapazität bzw. seiner hohen spezifischen Verdampfungsenthalpie und seiner einfachen Handhabbarkeit ist Wasser ein sehr guter Wärmeträ- ger und somit als Arbeitsfluid sehr geeignet.
Bezogen auf das Verfahren wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betrieb einer solarthermischen Kraftwerksanlage gelöst, in welcher ein Arbeitsfluid in einem Kreislauf umläuft, mit einem auf Direktverdampfung basierenden solaren Dampferzeuger und einer Dampfturbine, in welcher das Arbeitsfluid unter Abgabe technischer Arbeit auf einer Entspannungsstrecke entspannt wird, mit mindestens einem Zwischenüberhitzer, welcher mittels stromaufwärts des Zwischenüberhitzers dem Kreis- lauf entnommenen Arbeitsfluids geheizt wird und welcher mindestens eine Zwischenüberhitzer Arbeitsfluid überhitzt, welches stromabwärts der beheizenden Entnahme durch eine Einströmung in die Entspannungsstrecke einströmt.
Das Verfahren bedient sich der beschriebenen Vorrichtung. Die Vorteile der Vorrichtung ergeben sich daher auch für das Verfahren .
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er- geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsbeispiele und Zeichnungen sowie aus weiteren Unteransprüchen .
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der Zeich- nungen näher erläutert.
Darin zeigen in vereinfachter und nicht maßstäblicher Darstellung:
FIG 1 eine Zwischenüberhitzung mittels einer Frischdampfan- zapfstelle vor der HD-Turbine und eines Dampf-Dampf- Wärmetauschers, FIG 2 eine Zwischenüberhitzung mittels zweier Dampf-Dampf- Wärmetauscher und zwei unterschiedlichen Entnahmedampfströmen,
FIG 3 eine Zwischenüberhitzung mittels eines Dampf-Dampf- Wärmetauschers (Entnahmedampfström aus der ersten HD- Turbinenanzapfung) ,
FIG 4 eine Zwischenüberhitzung mittels eines Dampf-Dampf- Wärmetauschers und einer speziellen Anzapfstelle an der Turbine und FIG 5 eine Kombination von Dampf-Dampf-Wärmetauscher und direkter H2-Verbrennung.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt den schematischen Aufbau und den Kreislaufpro- zess einer solarthermischen Kraftwerksanlage 1 mit Direktverdampfung nach der Erfindung. Die Anlage 1 umfasst ein Solarfeld 2, in dem die Sonnenstrahlung konzentriert und in Wärme- energie umgewandelt wird und kann beispielsweise Parabolrin- nenkollektoren, Solartürme, Paraboloidspiegel- oder Fresnel- Kollektoren aufweisen. Konzentrierte Sonnenstrahlung wird an ein Wärmeträgermedium abgegeben, welches verdampft und über eine Frischdampfleitung 10 in eine Entspannungsstrecke 19, bestehend aus einer Dampfturbine 3, als Arbeitsfluid eingeleitet wird. Die Dampfturbine 3 umfasst eine Hochdruckturbine 4 und eine Niederdruckturbine 5, welche einen Generator 6 antreiben. In der Turbine 3 wird das Arbeitsfluid entspannt und anschließend in einem Kondensator 7 verflüssigt. Eine Speise- wasserpumpe 8 pumpt das verflüssigte Wärmeträgermedium wieder zurück in das Solarfeld 2, womit der Kreislauf 9 des Wärmeträgermediums bzw. des Arbeitsfluids geschlossen ist.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 wird Frischdampf aus der Frischdampfleitung 10 vor der Turbine 3 an der Entnahmestelle 11 entnommen und über eine von der Frischdampfleitung 10 abzweigende Leitung 20 zur Überhitzung des kalten Zwischenüber- hitzungsdampfes einem Dampf-Dampf Wärmetauscher 12 zugeführt. Der Frischdampf wird hierbei soweit abgekühlt, dass er zur rekuperativen Speisewasservorwärmung an der entsprechenden Stelle im Speisewassersystem genutzt werden kann (Einspeisestelle 13) . Vor der Zwischenüberhitzung kann, falls dies auf- grund der Dampfparameter notwendig sein sollte, noch ein Dampfabscheider 14 in den Kreislauf 9 eingebaut werden, um mit einem möglichst hohen Dampfgehalt in den Dampf-Dampf- Wärmetauscher 12 auf der kalten Zwischenüberhitzungsseite zu fahren. Das Kondensat aus dem Dampfabscheider 14 wird an ei- ner geeigneten Stelle (Einspeisestelle 15) wieder in den
Speisewasserkreislauf 9 eingebracht. Die Temperatur des heißen Zwischenüberhitzungsdampfes ergibt sich durch die Grädig- keit des Dampf-Dampf-Wärmetauschers 12 und die Sattdampftem- peratur des Entnahmedampfes an der Entnahmestelle 11 bei dem durch das Solarfeld 2 und den Druckverlust des Dampf-Dampf- Wärmetauschers 12 vorgegebenen Druck.
Figur 2 zeigt eine zweite Ausführung der Zwischenüberhitzung, bei der der Dampf nach dem Austritt aus der Hochdruckturbine einer Zwischenüberhitzung mittels zweier Entnahmedampfströme in zwei Dampf-Dampf-Wärmetauschern zugeführt wird. Der erste Entnahmedampfström wird aus einer Anzapfung 16 der Hochdruckturbine 4 entnommen und dem Dampf-Dampf-Wärmetauscher 17 zugeführt. Der zweite Entnahmedampfström wird aus der Frisch- dampfleitung 10 vor der Turbine 3 entnommen (Entnahmestelle
11) und zu einer zweiten Zwischenüberhitzung in einem zweiten Dampf-Dampf-Wärmetauscher 12 verwendet. Die Temperatur des Dampfes aus der Zwischenüberhitzung stellt sich dabei bei beiden Dampf-Dampf-Wärmetauschern 12,17 über ihre Grädigkeit und der Sattdampftemperatur der Entnahmedämpfe in Abhängigkeit ihres Druckes ein. Die aus diesen Zwischenüberhitzungen in den Wärmetauschern 12,17 abgekühlten Entnahmedämpfe des Arbeitsfluids, welches entweder als Dampf oder als Kondensat ausfällt, werden an den entsprechenden Stellen vor Eintritt in das Solarfeld zur rekuperativen Speisewasservorwärmung genutzt (Einspeisestellen 13,18) . Vor die beiden Dampf-Dampf- Wärmetauscher 12,17 kann optional noch ein Dampfabscheider 14 in die Zwischenüberhitzung eingebaut werden (je nach Dampfpa- rametern der kalten Zwischenüberhitzung) , um mit einem möglichst hohen Dampfgehalt in die Wärmetauscher 12,17 zu fahren .
Figur 3 zeigt die Zwischenüberhitzung mittels einer Anzapfung 16 der Hochdruckturbine 4. Der Entnahmedampf wird zur Zwischenüberhitzung des kalten Dampfes nach der Hochdruckturbine 4 in einem Dampf-Dampf-Wärmetauscher 17 verwendet. Der abgekühlte Entnahmedampf wird zur rekuperativen Speisewasservor- wärmung in das Speisewassersystem eingebracht (Einspeisestelle 18) . Vor den Wärmetauscher 17 kann je nach kalten Zwi- schenüberhitzungsdampfparametern ein Dampfabscheider 14 eingebaut werden, um einen möglichst hohen Dampfgehalt im Wärmetauscher 17 zu erhalten. Das abgeschiedene Kondensat wird an der entsprechenden Stelle (Einspeisestelle 15) in den Speisewasserkreislauf eingebracht.
In einer in Figur 4 gezeigten Ausführung wird eine Anzapfstelle 16 an der Hochdruckturbine 4 speziell für die Überhit- zung des kalten Zwischenüberhitzungsdampfes vorgesehen und für die Anforderungen der Zwischenüberhitzung ausgelegt. In einem Dampf-Dampf-Wärmetauscher 17 wird der kalte Zwischenüberhitzungsdampf mittels des Dampfes der Anzapfstelle 16 an der Turbine 3 überhitzt. Der abgekühlte Dampf wird an der entsprechenden Stelle (Einspeisestelle 18) im Speisewasserkreislauf zur rekuperativen Speisewasservorwärmung eingebracht. Vor dem Dampf-Dampf-Wärmetauscher 17 kann optional noch ein Dampfabscheider 14 eingebaut werden, der für einen optimalen Dampfgehalt im Dampf-Dampf-Wärmetauscher 17 sorgt. Das Kondensat wird zur rekuperativen Speisewasservorwärmung an der entsprechenden Stelle (Einspeisestelle 15) im Speisewasserkreislauf eingebracht. Ob der Einsatz eines Dampfab- scheiders 14 sinnvoll ist, hängt von den Dampfparametern der kalten Zwischenüberhitzung ab.
Figur 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der eine erste Zwischenüberhitzung des teilentspannten Dampfes über einen Dampf-Dampf-Wärmetauscher 17 realisiert und die Zwischenüber- hitzung auf die notwendigen Dampfparameter mittels Zusatzfeuerung 21, beispielsweise eines H2-Brenners, der direkt in die Zwischenüberhitzung feuert, durchgeführt wird. Der Dampf für die erste Zwischenüberhitzung kann dabei entweder aus einer speziellen Anzapfung 16 der Hochdruckturbine 4 oder einer
Entnahmestelle aus einer Anzapfung zur Speisewasservorwärmung entnommen werden. Der Wasserstoff 26 für diese Art der Feuerung kann mittels Elektrolyse oder thermischer Spaltung gewonnen werden.
Alle zuvor genannten Verschaltungen der Zwischenüberhitzung mittels Wärmetauscher sind in beliebiger Kombination mit der hier ausgeführten Zusatzfeuerung (fossil, Biomasse, H2) ebenfalls denkbar.

Claims

Patentansprüche :
1. Solarthermische Kraftwerksanlage (1), mit einem Ar- beitsfluidkreislauf (9), einem auf Direktverdampfung basie- renden solaren Dampferzeuger und einer Dampfturbine (3) , zur Entspannung des Arbeitsfluids auf einer Entspannungsstrecke (19) unter Abgabe technischer Arbeit, mit mindestens einem Zwischenüberhitzer, welcher mittels stromaufwärts des Zwischenüberhitzers dem Kreislauf (9) entnehmbaren Arbeitsfluids beheizbar ist und mittels dessen Arbeitsfluid überhitzbar ist, welches stromabwärts der beheizenden Entnahme durch eine Einströmung der Entspannungsstrecke (19) zuführbar ist.
2. Solarthermische Kraftwerksanlage (1) nach Anspruch 1, wo- bei der mindestens eine Zwischenüberhitzer ein Dampf-Dampf- Wärmetauscher (12,17) ist.
3. Solarthermische Kraftwerksanlage (1) nach Anspruch 2, wobei der solare Dampferzeuger mit der Turbine (3) über eine Frischdampfleitung (10) verbunden ist und der Dampf-Dampf- Wärmetauscher (12) primärseitig in eine von der Frischdampfleitung (10) abzweigende Leitung (20) geschaltet ist.
4. Solarthermische Kraftwerksanlage (1) nach Anspruch 2, wo- bei der Dampf-Dampf-Wärmetauscher (17) primärseitig in eine
Anzapfung (16) der Dampfturbine (3) geschaltet ist.
5. Solarthermische Kraftwerksanlage (1) nach Anspruch 4, wobei der Dampf-Dampf-Wärmetauscher (17) primärseitig in eine Anzapfung (16) einer Hochdruckturbine (4) der Dampfturbine (3) geschaltet ist.
6. Solarthermische Kraftwerksanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Dampf-Dampf- Wärmetauscher (12) primärseitig in eine von der Frischdampfleitung (10) abzweigende Leitung (20) und mindestens ein Dampf-Dampf-Wärmetauscher (17) primärseitig in eine Anzapfung (16) einer Hochdruckturbine (4) geschaltet sind.
7. Solarthermische Kraftwerksanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Primärseite des Dampf- Dampf-Wärmetauschers (12,17) zur rekuperativen Speisewasser- vorwärmung an Einspeisestellen (13,18) in den Kreislauf (9) geschaltet ist.
8. Solarthermische Kraftwerksanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Dampfabscheider (14) dem Zwischenüberhitzer vorgeschaltet ist.
9. Solarthermische Kraftwerksanlage (1) nach Anspruch 8, wobei ein Kondensatausgang des Dampfabscheiders (14) in den Ar- beitsfluidkreislauf (9) geschaltet ist.
10. Solarthermische Kraftwerksanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend einen Generator (6) zur elektrischen Energieerzeugung.
11. Solarthermische Kraftwerksanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens zwei Turbinen in der Entspannungsstrecke (19) vorgesehen sind, eine kombinierte Hochdruckmitteldruckturbine am Anfang der Entspannungsstrecke (19) und eine Niederdruckturbine (5) am Ende der Entspan- nungsstrecke (19).
12. Solarthermische Kraftwerksanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei mindestens drei Turbinen in der Entspannungsstrecke (19) vorgesehen sind, eine Hochdruckturbine (4) am Anfang der Entspannungsstrecke (19), eine Mitteldruckturbine und mindestens eine Niederdruckturbine (5) am Ende der Entspannungsstrecke (19).
13. Solarthermische Kraftwerksanlage (1) nach einem der vor- hergehenden Ansprüche, wobei zur Erwärmung des Gesamtstroms des Arbeitsfluids die Zwischenüberhitzung der Niederdruckturbine (5) vorgeschaltet ist.
14. Solarthermische Kraftwerksanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der solare Dampferzeuger Para- bolrinnenkollektoren umfasst.
15. Solarthermische Kraftwerksanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der solare Dampferzeuger Fresnel- Kollektoren umfasst.
16. Solarthermische Kraftwerksanlage (1) nach einem der An- sprüche 1 bis 13, wobei der solare Dampferzeuger einen Solarturm umfasst.
17. Solarthermische Kraftwerksanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Arbeitsfluid Wasser bzw. Wasserdampf ist.
18. Verfahren zum Betrieb einer solarthermischen Kraftwerksanlage (1), in welcher ein Arbeitsfluid in einem Kreislauf (9) geleitet wird, bei dem das Arbeitsfluid durch solare Ein- Strahlung direkt verdampft und unter Abgabe technischer Arbeit auf einer Entspannungsstrecke (19) entspannt und in einem Zwischenüberhitzer, welcher mittels stromaufwärts des Zwischenüberhitzers dem Kreislauf (9) entnommenen Arbeitsflu- ids geheizt wird, überhitzt wird.
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