WO2010118796A2 - Dampfkraftwerk mit solarkollektoren - Google Patents

Dampfkraftwerk mit solarkollektoren Download PDF

Info

Publication number
WO2010118796A2
WO2010118796A2 PCT/EP2010/001037 EP2010001037W WO2010118796A2 WO 2010118796 A2 WO2010118796 A2 WO 2010118796A2 EP 2010001037 W EP2010001037 W EP 2010001037W WO 2010118796 A2 WO2010118796 A2 WO 2010118796A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
steam
heat exchanger
power plant
turbine
solar
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/001037
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2010118796A3 (de
Inventor
Bjoern Hoetzel
Ewald Kitzmann
Volker Schuele
Original Assignee
Alstom Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alstom Technology Ltd filed Critical Alstom Technology Ltd
Priority to AU2010237404A priority Critical patent/AU2010237404B2/en
Priority to EP10705976.8A priority patent/EP2419634B1/de
Priority to US13/138,854 priority patent/US9745964B2/en
Priority to ES10705976.8T priority patent/ES2568211T3/es
Priority to CN201080017157.5A priority patent/CN102405349B/zh
Publication of WO2010118796A2 publication Critical patent/WO2010118796A2/de
Publication of WO2010118796A3 publication Critical patent/WO2010118796A3/de
Priority to ZA2011/08367A priority patent/ZA201108367B/en

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/06—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means
    • F03G6/065—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means having a Rankine cycle
    • F03G6/067—Binary cycle plants where the fluid from the solar collector heats the working fluid via a heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/18—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/16—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type
    • F01K7/22—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type the turbines having inter-stage steam heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/003—Devices for producing mechanical power from solar energy having a Rankine cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/06—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/06—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means
    • F03G6/061—Parabolic linear or trough concentrators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/06—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means
    • F03G6/063—Tower concentrators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/06—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means
    • F03G6/065—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means having a Rankine cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/092—Devices for producing mechanical power from solar energy using heat pumps, e.g. solar assisted heat pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/006—Methods of steam generation characterised by form of heating method using solar heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S20/00—Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F24S20/20—Solar heat collectors for receiving concentrated solar energy, e.g. receivers for solar power plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S90/00—Solar heat systems not otherwise provided for
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44—Heat exchange systems
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines

Definitions

  • a disadvantage of this method is that the serial arrangement of the heat exchanger creates an additional pressure loss in the steam circuit, even if - for lack of sufficient solar radiation, for example - no heat is coupled in via this heat exchanger. Furthermore, this system is relatively inflexible, so that only with optimal solar radiation, a significant contribution can be supplied by the solar panels. Furthermore, the production costs are relatively high, since all components must be designed high pressure resistant.
  • the invention has for its object to provide a steam power plant and a method that allows a larger contribution of solar radiation to the power generation of a steam power plant with fossil steam generator.
  • the power plant according to the invention is easy to different geographical conditions and
  • a steam power plant comprising a boiler, a turbine, a condenser and at least one preheater in that at least one heat exchanger is provided parallel to one or more preheaters, and that in the at least one heat exchanger heat from one or more solar collectors is transmitted through the at least one heat exchanger flowing partial flow of the condensate.
  • the heat exchanger with the aid of which solar heat is coupled into the steam power plant, is connected in parallel to one or more of the preheaters, the integration or coupling of the solar energy can take place at different temperature levels.
  • a plurality of preheaters connected in series in particular low-pressure preheaters or high-pressure preheaters, to be provided, and for the at least one heat exchanger to be parallel to one or more the preheater is switchable.
  • This makes it possible, depending on the currently available solar radiation, to couple the recovered solar energy there into the steam cycle, where the condensate flowing through the preheater has approximately the same temperature as the temperature achievable in the solar collectors.
  • this one heat exchanger for example, parallel to two preheaters, so that the temperature spread is increased.
  • the contribution of the solar collectors for heating the feed water and the cost-effectiveness of the power plant according to the invention can be significantly increased.
  • the object mentioned above is in a steam power plant comprising a boiler, a superheater and / or one or more reheaters, a turbine and a condenser, wherein for controlling the live steam temperature and / or for controlling the temperature of the superheated steam condensate, which is withdrawn via a feed water line is injected into the superheater and / or reheaters, achieved in that parallel to the feed water pipe, a third heat exchanger is provided, and that in the third heat exchanger heat of one or more solar collectors is transferable to the feed water.
  • the condensate which is used to regulate the temperature of the live steam or of the superheated steam in the reheaters.
  • the higher the temperature of the condensate the more injection water can be introduced into the superheated steam to set the desired steam parameters.
  • This also means that due to the solar thermal temperature increase of the feed water of the steam generator (1) requires less fuel for the same power plant output, so that here again a significant contribution of the heat generated in the solar panels can be achieved to generate electricity.
  • a power plant comprising a boiler, a turbine, a condenser, a feedwater pump and a steam-driven feedwater pump drive turbine and a steam line between the turbine and the feedwater drive turbine, in the steam line a fourth Provide heat exchanger and in the fourth heat exchanger to transfer the heat obtained in one or more solar panels to the steam flowing in the steam line.
  • Feedwater pump drive turbine is specified by the operating point of the power plant, correspondingly less steam can be tapped from the turbine, so that correspondingly increases the electric power of the power plant and / or the fuel consumption decreases.
  • a further advantageous embodiment of the power plant according to the invention provides a boiler, a turbine and a condenser, wherein the condenser is flowed through by a cooling medium, in particular water, which is cooled, for example, in a cooling tower or in a flow, wherein the cooling medium according to the invention before Entry into the condenser by means of a solar powered absorption chiller is coolable.
  • a cooling medium in particular water, which is cooled, for example, in a cooling tower or in a flow, wherein the cooling medium according to the invention before Entry into the condenser by means of a solar powered absorption chiller is coolable.
  • concentrators such as parabolic trough collectors, Fresnel collectors or tower receivers with a heliostat field, or non-concentrating collectors, in particular flat collectors or evacuated tube collectors, can be used as solar collectors for the steam power plants according to the invention.
  • water or thermal oil can be used as a heat carrier for the solar collectors and the heat side of the heat exchanger according to the invention. Again, this depends on the operating temperatures of the solar collectors, so that also with regard to the heat transfer medium maximum flexibility is available.
  • FIG. 1 shows a circuit diagram of a conventional steam power plant
  • FIGS. 2 and 3 embodiments of steam power plants according to the invention
  • FIG. 1 shows a conventional fossil or biomass-fired steam power plant as a block diagram.
  • the figure 1 is used essentially to designate the individual components of the power plant and represent the overall context of the water-steam cycle, since for reasons of clarity in the following figures, only the invention essential parts of the water-steam cycle are shown.
  • a steam generator 1 is generated with the aid of fossil fuels or biomass from the feed water live steam, which is expanded in a steam turbine 3 and thereby drives a generator G.
  • the turbine 3 can be divided into a high-pressure part HD, a medium-pressure part MD and a plurality of low-pressure parts ND.
  • the capacitor 5 is a usually liquid cooling medium, such as cooling water supplied.
  • This cooling water is cooled in a cooling tower (not shown) or by a flow near the power plant (not shown) before entering the condenser 5.
  • a feed water boiler 8 is arranged after the second preheater VW2. After the feedwater boiler 8, a feedwater pump 9 is provided.
  • the feed water is preheated from the condenser 5, starting with in the first preheater VWl to the last preheater VW5 with steam.
  • the temperature of the condensate or feedwater from preheater to preheater increases and accordingly, the temperature of the steam used for preheating must increase.
  • the preheaters VWl and VW2 are heated with steam from the high pressure part HD of the steam turbine 3, while the last preheater VW5 is heated with steam from the low pressure part ND of the steam turbine 3.
  • the formed in the feed water tank 8 third preheater VW3 is heated with steam from the medium-pressure part of the turbine MD 3.
  • FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of a steam power plant according to the invention.
  • the reference numbers used in connection with FIG. 1 are used.
  • a total of four preheaters VW1 to VW4 are arranged between the condensate pump 7 and the feedwater tank 8. These are the so-called low pressure preheaters.
  • the condensate enters at a temperature of 30 ° to 40 ° C in the first preheater VWL and there is at an outlet temperature of 55 0 C to about 70 ° C with the aid of steam from the steam turbine. 3 (see Figure 1) preheated.
  • the supply of steam is indicated in Figure 2 by arrows without reference numerals.
  • the temperature spread of the second preheater VW2 between inlet temperature and outlet temperature is between 55 ° C and 70 0 C as the inlet temperature and 80 0 C and 100 0 C as the outlet temperature.
  • this condensate is heated from 80 to 100 0 C to 120 to 135 ° C, and in the fourth preheater VW4 it is further heated to 140 to 160 0 C.
  • the first heat exchanger 11 is flowed through by a heat transfer medium, for example water, which is heated in a collector field 13 with the aid of the solar radiation.
  • a heat transfer medium for example water
  • 13 flat or evacuated tube collectors have proven to be particularly efficient for the collector array.
  • in such a collector array 13 of the heat transfer medium can be heated on the inlet side in the first heat exchanger 11 to a temperature of for example 105 0 C and exits at about 75 ° C from the first heat exchanger.
  • a circulating pump 15 is arranged in the heat transfer circuit.
  • the delivery rate of the circulation pump 15 is controlled so that the heat transfer medium has the desired temperature when entering the first heat exchanger 11.
  • the partial flow of the condensate flowing through the first heat exchanger 11 is controlled in dependence on the instantaneous power of the collector array 13 so that the condensate at the exit from the first heat carrier 11 has the same temperature as the main condensate stream flowing through the second preheater VW2 ,
  • a Flow control valve 17 installed in the bypass of the second preheater VW2.
  • Solar radiation supply also possible to arrange the first heat exchanger 11 parallel to the first preheater VWL. This means that the heat transfer medium in the collector field would only have to be heated to 75 ° C. The concept according to the invention thus has a very great flexibility with regard to the solar radiation. It is also possible, because the first heat exchanger 11 is connected in parallel to a preheater VW 1 to retrofit the first heat exchanger 11 and the collector array 13 in a already in operation located steam power plants.
  • the essential difference between the exemplary embodiments according to FIG. 2 and FIG. 3 is that between the condensate pump 7 and the first heat exchanger preheater VW1 and between all preheaters and the fourth preheater 4 and the feedwater boiler 8 in each case a bypass line (without reference numeral) branches off from a (main) feedwater line 19, and at least one directional control valve 17 is provided in each bypass line.
  • a bypass line (without reference numeral) branches off from a (main) feedwater line 19, and at least one directional control valve 17 is provided in each bypass line.
  • the first heat exchanger 11 parallel to either the first preheater VWl, the second preheater VW2, the third Preheater VW3 or the fourth preheater VW4 to switch.
  • the circuit shown in FIG. 3 also provides that the first heat exchanger 11 is operated, for example, parallel to the first preheater VW1 and the second preheater VW2.
  • all combinations of one or more preheaters are possible here.
  • the ratio of (electric) additional power at the generator to the solar collectors radiating solar radiation power is defined as the efficiency.
  • FIG. 4 shows the efficiency over the area-specific power of the solar radiation [W / m 2 ] for different variants of the coupling in accordance with the invention solar-generated heat is applied to the water-steam cycle of the power plant.
  • the second line 23 represents the increase in the efficiency when the first heat exchanger 11 is connected in parallel to the second preheater VW2. From the course of the second line 23 it becomes clear that the solar energy use only starts at a solar radiation of about 200 w / m 2 and can be up to 7%, with a radiation power of 1000 W / m 2 .
  • the third line 25 represents the increase of the efficiency when the first heat exchanger 11 is connected in parallel to the third preheater VW3. From the course of the third line 25 it is clear that the solar energy use starts only at a solar radiation of about 270 w / m 2 and can be up to 9%, with a radiation power of 1,000 W / m 2 .
  • the fourth line 27 represents the increase of the efficiency when the first heat exchanger 11 is connected in parallel to the fourth preheater VW4. From the course of the fourth line 27 it becomes clear that the solar energy use only starts with a solar radiation of about 370 w / m 2 and can amount to more than 10%, with a radiation power of 1000 W / m 2 .
  • the increase in efficiency due to the inventive variable integration of the first heat exchanger 11 according to the available solar radiation is represented by the fifth line 29. This results in a maximum efficiency over the entire range of solar radiation of 200 W / m 2 to about 1000 W / m 2 , although the first heat exchanger 11 is the same in all variants shown. In order to realize the inventive variable coupling of solar energy, it only requires a few pipelines and flow valves 17 (see Fig. 3), so that the economy of this variant is very high.
  • FIG. 5 shows part of a block diagram of a steam power plant according to the invention, in which the preheaters VW6 and VW7 are so-called high-pressure preheaters, since they are arranged downstream of the boiler feed pump 9 and upstream of the steam generator 1.
  • the hydraulic circuit is in principle the same as in the embodiment of Figures 2 and 3.
  • the inlet temperature of the feed water before entering the preheater VW6 at about 150 to 190 0 C and leaves the sixth preheater VW6 at temperatures of 200 to 220 ° C.
  • the corresponding outlet temperature of the seventh preheater VW7 is 230 to 280 0 C.
  • a second heat exchanger 33 is connected in parallel to the seventh preheater VW7, so that correspondingly high temperatures are transmitted from the heat carrier of the collector array 13 in the second heat exchanger 33 have to.
  • the individual collectors of the collector array it is necessary to form the individual collectors of the collector array as concentrating collectors, such as parabolic trough collectors or Fresnel collectors.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of an inventive coupling of solar energy into a steam power plant.
  • a reheater 35 arranged between the high-pressure part HD of the steam turbine 3 and a medium-pressure part MD of the steam turbine.
  • a third heat exchanger 37 is arranged between the high-pressure part HD of the steam turbine 3 and the reheater 35, which is supplied by a collector array 13 with solar-generated warmer.
  • flow valves 17 are provided, which make it possible to control the steam mass flow through the third heat exchanger 37.
  • FIG. 7 shows a further exemplary embodiment of a reheat.
  • the steam between the medium-pressure part MD and the low-pressure part ND of the steam turbine 3 is subjected to an intermediate heating in the third heat exchanger 37.
  • the power of the power plant or the fuel can be increased and / or the fuel demand of the power plant can be reduced.
  • FIG. 8 shows how solar energy can be coupled into the feed water, which is injected into the superheater 35 for controlling the live steam temperature, according to the invention.
  • a bypass line 39 is provided, which branches off from the feedwater feed water line 19 prior to their entry into the steam generator 1 and ends in the superheater 35, provided in a conventional manner.
  • a flow control valve 17 is provided in this bypass line 39.
  • a fourth heat exchanger 41 is arranged in the bypass line 39, which is connected to a collector array 13 and is supplied by this solar-generated heat.
  • a fifth heat exchanger 45 is arranged in the injection water line and in series with the reheater 43.
  • the fifth heat exchanger 45 heats the feed water, which branches off via a feedwater removal line 47, which is branched from the feedwater feed line 19 to the feedwater pump 9, before it flows into the reheater 43.
  • a feedwater removal line 47 which is branched from the feedwater feed line 19 to the feedwater pump 9, before it flows into the reheater 43.
  • FIG. 10 shows an exemplary embodiment in which the feedwater pump 9 is driven by a feedwater drive pump turbine SPAT.
  • This feedwater drive pump turbine SPAT is operated with bleed steam taken from the middle pressure part MD of the steam turbine 3.
  • the medium-pressure part MD of the steam turbine 3 is provided with a bleed line 49.
  • a sixth heat exchanger 51 is provided, which is powered by a collector array 13 with solar heat.
  • FIG. 11 shows yet another possibility according to the invention of coupling solar energy into the steam power process.
  • an absorption chiller AKM is operated by means of a solar collector array 13, which in turn cools the cooling water for the condenser 5 on.
  • the water is not cooled until it has already been cooled as far as possible in the cooling tower (not shown) of the steam power plant or by the water of a nearby river (not shown).
  • the absorption chiller AKM is connected in bypass to the coolant line with which the condenser 5 is supplied. It is alternatively also possible to integrate the absorption chiller directly into the coolant line, so that the absorption chiller AKM is connected in series with the cooling tower (not shown) and the condenser 5.
  • FIG. 12 shows the serial integration of a solar-powered seventh heat exchanger 61 into an HP preheater.
  • the serial integration according to the invention provides an additional, solar-powered heat exchanger 61 in the Hochlichvorierrmumble.
  • the main components of the last high-pressure preheater VWi namely desuperheater 57, condenser 58 and subcooler 59, installed spatially separated.
  • the solar-powered heat exchanger 61 is integrated between the desuperheater 57 and condenser 58 of the last steam-fed preheater VWi and thus optimally utilized the temperature level of the heat-emitting media.
  • the feed water can thus be brought to a higher temperature level before it enters the Economizer (Eco) of the Steam generator 1 enters.
  • the temperature warm-up of the steam generator 1 is smaller and the steam generator 1 must be supplied with less fuel energy at constant steam parameters.
  • the steam mass flow and thus the generator power can be increased at a constant rated thermal input of the steam generator 1.
  • the last preheater VWi has been divided into three subassemblies; namely a desuperheater 57, a condenser 58 and a subcooler 59.
  • the condenser 58 is the part of the preheater VW in which the bleed steam condenses and gives off its heat of condensation to the feed water. If the resulting condensate from the condenser 58 has a higher temperature than the incoming feed water, the feedwater temperature level can be raised by the subcooler 59; this is energetically cheaper.
  • the desuperheater 57 brings the superheated tapping steam to saturated steam level. Heat is removed from the steam and transferred to the feed water.
  • a seventh heat exchanger 61 is now provided between the desuperheater 57 and the condenser 58, which transfers the solar heat obtained in the collector field 13 to the feed water.
  • FIG. 13 shows the parallel integration of a solar-powered seventh heat exchanger 61 into an HP preheater. It is to a certain extent a variant of the embodiment according to FIG. 12. Therefore, only the differences are explained, and otherwise the statements made regarding FIG. 12 apply correspondingly.
  • the seventh heat exchanger 61 is connected in parallel to the feedwater line 19 by means of a second bypass line 63.
  • an additional condensate pump 65 is arranged, which has a variable partial flow of the flowing in the feedwater line 19 Condensate through the seventh heat exchanger 61 promotes.
  • the additional condensate pump 65 may be speed controlled.
  • the solar panel 13 In order to control the warm-up of the seventh heat exchanger 61 so that the solar panel 13 can be operated with optimum energy yield, not all of the feedwater flowing through the feedwater line 19 is warmed up, but only a partial mass flow. This partial mass flow is always adjusted by a suitable control of the controllable condensate pump 65 the current supply of solar heat. Thus, the solar panel 13 can always be operated at a constant temperature level.
  • the solar heated partial mass flow flowing through the second bypass line 63 and the remainder of the feed water flowing through the feedwater line 19 are combined and the mixing temperature of both mass flows sets. Due to the optimized warm-up of the seventh heat exchanger 61, the required mass flow through the solar panel 13 is lower. As a result, the pressure losses on the feedwater and solar circuit side and the warm-up losses in the collector field are reduced.
  • the embodiment described in Figure 13 may be varied in some detail.
  • the interconnection shown in FIG. 13 provides that the desuperheater 57 of the last preheater VWi, for thermodynamic reasons, is locally connected to the additional heat exchanger separately from the last condenser 58. If this is not possible for technical reasons or lack of space at the corresponding point in the power plant, the desuperheater can also remain unchanged directly at the condensation part 58 of the preheater VWI.
  • the solar coupling will be directly to the condensation part 58 of the last preheater VWi downstream.
  • the pump 65 in the second bypass line 63 can be dispensed with feedwater partial flow.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren beziehungsweise ein Dampfkraftwerk vorgeschlagen, bei dem es möglich ist, sehr flexibel und sehr wirkungsvoll Solarenergie in den Wasserdampfkreislauf des Dampfkraftwerks einzukoppeln.

Description

Titel: Dampfkraftwerk mit Solarkollektoren
Beschreibung
Konventionelle Dampfkraftwerke haben einen geschlossenen Wasser-Dampfkreislauf, dem im Dampferzeuger durch das Verbrennen eines fossilen Brennstoffs dem Kesselspeisewasser Energie zugeführt wird, so dass es in den dampfförmigen Aggregatzustand übergeht. Dieser Dampf treibt über eine oder mehrere Dampfturbinen einen Generator an und wird anschließend in einem Kondensator wieder verflüssigt.
Es hat in der Vergangenheit Versuche gegeben, in den Wasser- Dampf-Kreislauf eines fossil befeuerten Dampfkraftwerks thermische Energie einzukoppeln, und dadurch die elektrische Leistung zu erhöhen und/oder den Brennstoffverbrauch zu verringern.
So ist es beispielsweise aus der US 4,069,674 bekannt, einen Teilstrom des Kondensats in Solarkollektoren vorzuwärmen und danach wieder in den Vorwärmerstrang einzubinden. Bei diesem Verfahren werden alle Vorwärmer umfahren. Dies bedeutet, dass der Teilkondensatstrom vor dem ersten Vorwärmer abgezweigt wird und, nachdem er die Solarkollektoren durchströmt hat, wird der solar vorgewärmte Teilstrom des Kondensats nach dem letzten Vorwärmer wieder in den Haupt-Kondensatstrom eingekoppelt .
Da der solar vorgewärmte Teilstrom die gleiche Temperatur aufweisen muss, wie der in den Vorwärmern vorgewärmte Haupt- Kondensatstrom, ergibt sich daraus eine große Temperaturspreizung des Teil-Kondensatstrom in den Solarkollektoren. Diese große Temperaturspreizung ist nur an wenigen Tagen im Jahr beziehungsweise in wenigen Stunden im Jahr erreichbar, so dass der Beitrag der Solarkollektoren zur Vorwärmung des Kondensats relativ gering ist. Aus der US 2008/0034757 Al ist ein ähnliches Verfahren bekannt, bei dem in Reihe mit den Vorwärmern ein Wärmetauscher vorgesehen ist. In diesem Wärmetauscher wird das Kondensat durch ein Thermoöl, welches wiederum von Solarkollektoren erhitzt wurde, erwärmt.
Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass durch die serielle Anordnung des Wärmetauschers ein zusätzlicher Druckverlust im Wasserdampfkreislauf entsteht, auch wenn - zum Beispiel mangels ausreichender Solarstrahlung - keine Wärme über diesen Wärmetauscher eingekoppelt wird. Des Weiteren ist dieses System vergleichsweise unflexibel, so dass nur bei optimaler Solarstrahlung ein nennenswerter Beitrag von den Solarkollektoren geliefert werden kann. Des Weiteren sind die Herstellungskosten relativ hoch, da alle Komponenten hochdruckfest ausgelegt werden müssen.
Aus der WO97/14887 ist ein Verfahren bekannt, bei dem in einem Feld von Solarkollektoren Nassdampf erzeugt wird, der direkt in die Abscheideflasche beziehungsweise die Trommel des Dampferzeugers eingespeist werden kann. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass die Einkopplung von solarer Wärmeenergie nur auf einem festgelegten Temperaturniveau ist und die Nachrüstung einen Eingriff in den Dampferzeuger erfordert.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass diese aus dem Stand der Technik bekannten Dampfkraftwerke mit solarthermischer Unterstützung eine nur geringe Flexibilität bezüglich der Temperaturen bei denen Solarenergie in den Wasser-Dampf-Kreislauf eingekoppelt werden kann aufweisen. Daraus resultiert ein vergleichsweise geringer Anteil von Solarenergie an der Erzeugung elektrischer Energie.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dampfkraftwerk und ein Verfahren bereitzustellen, die einen größeren Beitrag der Solarstrahlung an der Stromerzeugung eines Dampfkraftwerks mit fossilem Dampferzeuger ermöglicht. Gleichzeitig soll das erfindungsgemäße Kraftwerk einfach an verschiedene geographische Verhältnisse und
Umgebungsbedingungen angepasst werden können. Ebenfalls soll die Nachrüstung bestehender Kraftwerke möglich sein sowie Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit des Kraftwerks unverändert hoch bleiben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Dampfkraftwerk umfassend einen Kessel, eine Turbine, einen Kondensator und mindestens einen Vorwärmer dadurch gelöst, dass parallel zu einem oder mehreren Vorwärmern mindestens ein Wärmetauscher vorgesehen ist, und dass in dem mindestens einen Wärmetauscher Wärme von einem oder mehreren Solarkollektoren auf den durch den mindestens einen Wärmetauscher strömenden Teilstrom des Kondensats übertragen wird.
Dadurch, dass erfindungsgemäß der Wärmetauscher, mit dessen Hilfe solar gewonnene Wärme in das Dampfkraftwerk eingekoppelt wird, parallel zu einem oder mehreren der Vorwärmern geschaltet ist, kann die Einbindung beziehungsweise die Einkopplung der Solarenergie bei verschiedenen Temperaturniveaus erfolgen.
Wenn beispielsweise mehrere nicht konzentrierende Solarkollektoren eingesetzt werden, dann empfiehlt es sich, die Solarenergie bei niedrigen Temperaturen, das heißt, im Bereich der ersten Vorwärmer nach dem Kondensator einzukoppeln. Wenn jedoch konzentrierende Solarkollektoren eingesetzt werden, dann ist es vorteilhafter, die von diesen Hochtemperatur-Solarkollektoren erzeugte Wärme bei einem höheren Temperatur-Niveau in den Dampfkreislauf einzukoppeln, indem der Wärmetauscher parallel zu einem oder mehreren Vorwärmern angeordnet wird, die sich unmittelbar vor dem Dampferzeuger oder dem Economizer befinden.
Erfindungsgemäß ist es auch möglich, dass mehrere in Reihe geschaltete Vorwärmer, insbesondere Niederdruck-Vorwärmer oder Hochdruck-Vorwärmer, vorgesehen sind, und dass der mindestens eine Wärmetauscher parallel zu einem oder mehreren der Vorwärmer schaltbar ist. Dadurch ist es möglich, abhängig von der momentan verfügbaren Solarstrahlung, die gewonnene Solarenergie dort in den Wasserdampfkreislauf einzukoppeln, wo das durch die Vorwärmer strömende Kondensat in etwa die gleiche Temperatur hat, wie die in den Solarkollektoren erzielbare Temperatur.
Es ist auch möglich, diesen einen Wärmetauscher beispielsweise parallel zu zwei Vorwärmern zu schalten, so dass die Temperaturspreizung erhöht wird. Des Weiteren ist es auch möglich, bei laufendem Betrieb, abhängig von der verfügbaren Solarstrahlung und der daraus resultierenden Temperatur des die Solarkollektoren durchströmenden Wärmeträgers den Wärmetauscher im Laufe des Tages an wechselnden Stellen aus dem Haupt-Speisewasserstrom aus und/oder einzukoppeln. Dadurch kann über den ganzen Tag trotz wechselnder Leistungsfähigkeit der Solarkollektoren die Solarenergie bestmöglich in den Wasser-Dampf-Kreislauf eingekoppelt werden.
Dadurch kann der Beitrag der Solarkollektoren zur Erwärmung des Speisewassers und die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Kraftwerks deutlich erhöht werden. Außerdem ist es möglich, trotz einer vergleichsweise geringen Zahl von Wärmetauschern und einer vergleichsweise geringen Übertragungsleistung der Wärmetauscher einen signifikanten Beitrag der Solarkollektoren zur Energiezufuhr in den Wasserdampfkreislauf des Kraftwerks sicherzustellen.
Durch die Parallelschaltung ist es auch möglich, in den Betriebszeiten, in denen keine Solarstrahlung verfügbar ist, das fossile Dampfkraftwerk ohne zusätzliche Strömungswiderstände oder Beeinträchtigungen des Wirkungsgrads zu betreiben.
Die eingangs genannte Aufgabe wird bei einem Dampfkraftwerk umfassend einen Kessel, einen Überhitzer und/oder einen oder mehrere Zwischenüberhitzer, eine Turbine und einen Kondensator, wobei zur Regelung der Frischdampftemperatur und/oder zur Regelung der Temperatur des überhitzten Dampfkondensats, welches über eine Speisewasserleitung entnommen wird, in den Überhitzer und/oder die Zwischenüberhitzer eingespritzt wird, dadurch gelöst, dass parallel zu der Speisewasserleitung ein dritter Wärmetauscher vorgesehen ist, und dass in dem dritten Wärmetauscher Wärme von einem oder mehreren Solarkollektoren auf das Speisewasser übertragbar ist.
Dadurch ist es erfindungsgemäß auch möglich, das Kondensat, welches zur Regelung der Temperatur des Frischdampfs beziehungsweise des in den Zwischenüberhitzern überhitzten Dampfs zu regeln. Dabei gilt: Je höher die Temperatur des Kondensats ist, desto mehr Einspritzwasser kann in den überhitzten Dampf eingebracht werden, um die gewünschten Dampfparameter einzustellen. Dies bedeutet auch, dass durch die solarthermische Temperaturanhebung des Speisewassers der Dampferzeuger (1) bei gleicher Kraftwerksleistung weniger Brennstoff benötigt, so dass auch hier wieder ein signifikanter Beitrag der in den Solarkollektoren gewonnenen Wärme zur Stromerzeugung erreicht werden kann.
Durch die flexible Anordnung beziehungsweise das Einbringen des in den Solarkollektoren erzeugten Wärme in den Überhitzer beziehungsweise einen oder mehrere Zwischenüberhitzer ist es auch hier wieder möglich flexibel und entsprechend der momentanen Leistungsfähigkeit der Solarkollektoren die Einkopplung der in den Solarkollektoren gewonnenen Wärme zu maximieren. Dadurch wird der Beitrag der Solarstrahlung an der Stromerzeugung erhöht und entsprechend der Brennstoffbedarf reduziert und/oder die Leistung erhöht.
Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, in einem Kraftwerk umfassend einen Kessel, eine Turbine, einen Kondensator, eine Speisewasserpumpe und eine mit Dampf betriebene Speisewasserpumpen-Antriebsturbine und eine Dampfleitung zwischen der Turbine und der Speisewasser- Antriebsturbine, in der Dampfleitung einen vierten Wärmetauscher vorzusehen und in dem vierten Wärmetauscher die in einem oder mehreren Solarkollektoren gewonnene Wärme auf den in der Dampfleitung strömenden Dampf zu übertragen.
Dadurch kann der von der Turbine abgezapfte Dampf mit Hilfe der Solarkollektoren überhitzt werden, was zu einer entsprechenden Leistungssteigerung der Speisewasserpumpen- Antriebsturbine führt. Da die Leistung der
Speisewasserpumpen-Antriebsturbine durch den Betriebspunkt des Kraftwerks vorgegeben ist, kann entsprechend weniger Dampf von der Turbine abgezapft werden, so dass in entsprechender Weise die elektrische Leistung des Kraftwerks zunimmt und/oder der Brennstoffverbrauch abnimmt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftwerks sieht einen Kessel, eine Turbine und einen Kondensator vor, wobei der Kondensator von einem Kühlmedium, insbesondere von Wasser, welches beispielsweise in einem Kühlturm oder in einem Fluss gekühlt wird, durchströmt wird, wobei das Kühlmedium erfindungsgemäß vor dem Eintritt in den Kondensator mittels einer solarbetriebenen Absorptionskältemaschine kühlbar ist.
Dadurch wird die Temperatur mit der das Kühlmedium in den Kondensator eintritt abgesenkt. Infolgedessen sinkt auch der Druck im Kondensator ab, so dass das Druckgefälle erhöht wird, welches der Dampfturbine zur Umwandlung in mechanische Arbeit zur Verfügung steht. Infolgedessen steigt bei gleichem Dampfdurchsatz die Leistung der Turbine. Da naturgemäß immer dann die Kühlleistung der Absorptionskältemaschine maximal ist, wenn die Solarstrahlung sehr hoch ist, und gleichzeitig aufgrund der erhöhten Umgebungstemperatur das Kühlmedium vor dem Eintritt in den Kondensator eine vergleichsweise hohe Temperatur hätte, ist diese Maßnahme dann besonders wirksam, wenn das Kraftwerk aufgrund der erhöhten Umgebungstemperatur einen verringerten Wirkungsgrad und eine reduzierte Leistung hat. Je nach Temperaturniveau und sonstigen Randbedingungen können für die erfindungsgemäßen Dampfkraftwerke als Solarkollektoren konzentrierende Kollektoren, wie beispielsweise Parabolrinnenkollektoren, Fresnel-Kollektoren oder Turm-Receiver mit einem Heliostaten-Feld, oder nicht konzentrierende Kollektoren, insbesondere Flachkollektoren oder Vakuumröhrenkollektoren, eingesetzt werden.
Auch hier zeigt sich wieder die Flexibilität des erfindungsgemäßen Dampfkraftwerks, da nicht nur auf die lokal am Standort des Kraftwerks vorhandene Solarstrahlung bestmöglich berücksichtigt werden kann, sondern auch die Preise und das Betriebsverhalten verschiedenster Solarkollektoren bei der Auslegung des erfindungsgemäße Dampfkraftwerks berücksichtigt werden kann.
Als Wärmeträger für die Solarkollektoren und die Wärmeseite des Wärmetauschers kann erfindungsgemäß Wasser oder Thermoöl eingesetzt werden. Auch dies hängt wiederum von den Betriebstemperaturen der Solarkollektoren ab, so dass auch hinsichtlich des Wärmeträgers eine maximale Flexibilität vorhanden ist.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ebenfalls durch Verfahren der nebengeordneten Ansprüche 8 ff. gelöst. Dabei werden die bereits zuvor beschriebenen Vorteile realisiert .
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen beschriebenen Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Zeichnung Es zeigen: Figur 1 Ein Schaltbild eines konventionellen Dampfkraftwerks,
Figuren 2 und 3 Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Dampfkraftwerke,
Figur 4 den Beitrag von an verschiedenen Stellen des
Dampfkraftwerks eingekoppelter Solarenergie und
Figuren 5 bis 13 Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Dampfkraftwerke .
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 ist ein konventionelles fossil oder mit Biomasse gefeuertes Dampfkraftwerk als Blockschaltbild dargestellt. Die Figur 1 dient im Wesentlichen dazu, die einzelnen Baugruppen des Kraftwerks zu bezeichnen und den GesamtZusammenhang des Wasser-Dampf-Kreislaufs darzustellen, da aus Gründen der Übersichtlichkeit in den nachfolgenden Figuren nur die erfindungswesentlichen Teile des Wasser- Dampf-Kreislaufs dargestellt werden.
In einem Dampferzeuger 1 wird unter Zuhilfenahme fossiler Brennstoffe oder mittels Biomasse aus dem Speisewasser Frischdampf erzeugt, der in einer Dampfturbine 3 entspannt wird und dadurch einen Generator G antreibt. Die Turbine 3 kann in einen Hochdruckteil HD, einen Mitteldruckteil MD und mehrere Niederdruckteile ND aufgeteilt sein.
Nachdem der Dampf in der Turbine 3 entspannt wurde, strömt er in einen Kondensator 5 und wird dort verflüssigt. Zu diesem Zweck wird dem Kondensator 5 ein in aller Regel flüssiges Kühlmedium, wie zum Beispiel Kühlwasser, zugeführt. Dieses Kühlwasser wird in einem Kühlturm (nicht dargestellt) oder durch einen in der Nähe des Kraftwerks befindlichen Fluss (nicht dargestellt) abgekühlt, bevor es in den Kondensator 5 eintritt . Das im Kondensator 5 entstandene Kondensat wird von einer Kondensatpumpe 7 zu mehreren Vorwärmern VWi, mit i = 1 ... n, gefördert. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist nach dem zweiten Vorwärmer VW2 ein Speiswasserkessel 8 angeordnet. Nach dem Speiswasserkessel 8 ist eine Speisewasserpumpe 9 vorgesehen.
Im Zusammenhang mit der Erfindung ist von Bedeutung, dass das Speisewasser aus dem Kondensator 5 beginnend mit im ersten Vorwärmer VWl bis zum letzten Vorwärmer VW5 mit Dampf vorgewärmt wird. Dabei steigt die Temperatur des Kondensats beziehungsweise Speisewassers von Vorwärmer zu Vorwärmer und entsprechend muss auch die Temperatur des zur Vorwärmung genutzten Dampfs zunehmen.
Im dargestellten Beispiel werden die Vorwärmer VWl und VW2 mit Dampf aus dem Hochdruckteil HD der Dampfturbine 3 geheizt, während der letzte Vorwärmer VW5 mit Dampf aus dem Niederdruckteil ND der Dampfturbine 3 geheizt wird.
Der im Speiswasserbehälter 8 ausgebildete dritte Vorwärmer VW3 wird mit Dampf aus dem Mitteldruckteil MD der Turbine 3 erwärmt .
In Figur 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dampfkraftwerks dargestellt. Dabei werden die im Zusammenhang mit der Figur 1 benannten benutzen Bezugszeichen verwendet.
In Figur 2 sind insgesamt vier Vorwärmer VWl bis VW4 zwischen der Kondensatpumpe 7 und dem Speisewasserbehälter 8 angeordnet. Dies sind die sogenannten Niederdruckvorwärmer.
Wie aus Figur 2 ersichtlich, tritt das Kondensat bei einer Temperatur von 30° bis 40 °C in den ersten Vorwärmer VWl ein und wird dort auf eine Austritts-Temperatur von 550C bis etwa 70° C mit Hilfe von Dampf aus der Dampfturbine 3 (siehe Figur 1) vorgewärmt. Die Zufuhr von Dampf ist in Figur 2 durch Pfeile ohne Bezugszeichen angedeutet. Die Temperaturspreizung des zweiten Vorwärmers VW2 zwischen Eintrittstemperatur und Austrittstemperatur liegt zwischen 55°C und 700C als Eintrittstemperatur und 800C und 1000C als Austrittstemperatur. Im dritten Vorwärmer VW3 wird dieses Kondensat von 80 bis 1000C auf 120 bis 135°C erhitzt, und im vierten Vorwärmer VW4 wird es weiter erhitzt auf 140 bis 1600C.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, parallel zu dem zweiten Vorwärmer VW2 einen ersten Wärmetauscher 11 anzuordnen. Dabei kann ein Teil des Kondensatstroms im Bypass zu dem zweiten Vorwärmer VW2 durch den ersten Wärmetauscher 11 geführt werden.
Der erste Wärmetauscher 11 wird von einem Wärmeträger, beispielsweise Wasser, durchströmt, das in einem Kollektorfeld 13 mit Hilfe der Solarstrahlung erwärmt wird. Bei den genannten Temperaturen von etwa 55 bis maximal 100°C haben sich für das Kollektorfeld 13 Flach- oder Vakuumröhrenkollektoren als besonders effizient erwiesen. So kann beispielsweise in einem solchen Kollektorfeld 13 der Wärmeträger auf der Eintrittsseite in den ersten Wärmetauscher 11 auf eine Temperatur von beispielsweise von 1050C erhitzt werden und tritt mit etwa 75°C aus dem ersten Wärmetauscher aus .
Selbstverständlich ist, um den Wärmeträger umwälzen zu können, in den Wärmeträgerkreislauf eine Umwälzpumpe 15 angeordnet. Die Fördermenge der Umwälzpumpe 15 wird so geregelt, dass der Wärmeträger beim Eintritt in den ersten Wärmetauscher 11 die gewünschte Temperatur hat.
Der Teilstrom des Kondensats, der durch den ersten Wärmetauscher 11 strömt, wird in Abhängigkeit der momentanen Leistung des Kollektorfelds 13 so geregelt, dass das Kondensat beim Austritt aus dem ersten Wärmeträger 11 die gleiche Temperatur hat wie der Hauptkondensatstrom, der durch den zweiten Vorwärmer VW2 strömt. Zu diesem Zweck ist ein Stromregelventil 17 in den Bypass des zweiten Vorwärmers VW2 eingebaut .
Es versteht sich von selbst, dass beispielsweise in Ländern mit hoher Solarstrahlung und günstiger Ausrichtung des Kollektorfelds 13 eine höhere Austrittstemperatur erzielt werden kann als die 1050C, die beispielhaft in Figur 3 auf der Eintrittsseite des Wärmeträgers in den ersten Wärmetauscher 11 eingetragen sind. Dann wäre es möglich, den ersten Wärmetauscher 11 parallel zum dritten Vorwärmer 3, der ja bei höheren Temperaturen als der zweite Vorwärmer VW2 arbeitet, zu schalten.
Selbstverständlich wäre es bei geringerem
Solarstrahlungsangebot auch möglich, den ersten Wärmetauscher 11 parallel zum ersten Vorwärmer VWl anzuordnen. Dies bedeutet, dass der Wärmeträger in dem Kollektorfeld nur auf 75 0C erwärmt werden müsste. Das erfindungsgemäße Konzept hat somit eine sehr große Flexibilität hinsichtlich der Solarstrahlung. Es ist auch möglich, weil der erste Wärmetauscher 11 parallel zu einem Vorwärmer VW1 geschaltet ist, den ersten Wärmetauscher 11 und das Kollektorfeld 13 bei einem bereits in Betrieb befindliche Dampfkraftwerke nachzurüsten.
Die Flexibilität des erfindungsgemäßen Systems wird ganz besonders deutlich anhand der Figur 3. Der wesentliche Unterschied zwischen den Ausführungsbeispielen gemäß Figur 2 und Figur 3 besteht darin, dass zwischen der Kondensatpumpe 7 und dem ersten Wärmetauscher Vorwärmer VWl sowie zwischen allen Vorwärmern und dem vierten Vorwärmer 4 und dem Speisewasserkessel 8 jeweils eine Bypassleitung (ohne Bezugszeichen) von einer (Haupt ) -Speisewasserleitung 19 abzweigt, und in jeder Bypass-Leitung mindestens ein Wegeventil 17 vorgesehen ist. Wie sich aus der Figur 3 ergibt, ist es durch die dargestellte Verschaltung möglich, den ersten Wärmetauscher 11 parallel zu entweder dem ersten Vorwärmer VWl, dem zweiten Vorwärmer VW2, dem dritten Vorwärmer VW3 oder dem vierten Vorwärmer VW4 zu schalten. Da alle Stromventile 17 steuerbar sind, ist es auch möglich, bei laufendem Betrieb des Dampfkraftwerks zum Beispiel am Morgen, wenn die Sonneneinstrahlung noch gering ist, den ersten Wärmetauscher 11 zunächst parallel zum ersten Vorwärmer VWl zu betreiben. Mit zunehmend intensiverer Solareinstrahlung kann dann der erste Wärmetauscher 11 nacheinander parallel zu den Vorwärmern VW2, VW3 und VW4 betrieben werden.
Dabei sieht die in Figur 3 dargestellte Schaltung auch vor, dass der erste Wärmetauscher 11 beispielsweise parallel zu dem ersten Vorwärmer VWl und dem zweiten Vorwärmer VW2 betrieben wird. Dies bedeutet, dass der Teilstrom, der durch den ersten Wärmetauscher 11 strömt, eine Temperaturspreizung ausgehend von einer Eintrittstemperatur von 30 bis 40°C bis auf 80 bis 1000C erfährt. Dies ist naturgemäß nur mit einem sehr leistungsfähigen Kollektorfeld 13 möglich. Selbstverständlich wäre es auch möglich, den ersten Wärmetauscher 11 parallel zu den Vorwärmern VW2 bis VW4 zu schalten. Es sind hier wie sich aus dem Blockschaltbild gemäß Figur 3 ergibt, alle Kombinationen von einem oder mehreren Vorwärmern möglich.
Die Vorteile dieser flexiblen Parallelschaltung des ersten Wärmetauschers 11 zu einem oder mehreren der Vorwärmer VWl bis VW4 ist auch aus Figur 4 ersichtlich.
Dabei wird als Wirkungsgrad das Verhältnis von (elektrischer) Mehrleistung am Generator zur auf die Solarkollektoren einstrahlenden Solarstrahlungsleistung definiert. Beispiel: Bei 500 W/m2 spezifischer Strahlungsleistung auf 20.000 m2 ergibt sich eine Solarleistung von 10 MW. Bringt man diese Leistung in den Wasser-Dampf-Kreislauf ein und erzielt dadurch am Generator eine Mehrleistung von 3 MW, so beträgt der Wirkungsgrad 30%.
In der Figur 4 ist der Wirkungsgrad über der flächenspezifischen Leistung der Solarstrahlung [W/m2] für verschiedene erfindungsgemäße Varianten der Einkopplung von solar gewonnener Wärme in den Wasser-Dampfkreislauf des Kraftwerks aufgetragen. So ist einmal die Einkopplung mit Hilfe des ersten Wärmetauschers 11 parallel zum ersten Vorwärmer 1 mit einer ersten Linie 21 dargestellt. Aus dem Verlauf dieser Linie wird deutlich, dass die Solarenergienutzung schon bei vergleichsweise geringer Solarstrahlung von etwa 200 w/m2 über 2 % zur Wärmelieferung beiträgt .
Bei deutlich höherer Strahlungsleistung (zum Beispiel von 1.000 W/m2) steigt der Beitrag auf maximal 3,3 % in dem der Figur 4 zu Grunde gelegten Beispiel. Das heißt, dass diese Schaltung bei niedriger Strahlungsleistung besonders effizient arbeitet und bei höheren Strahlungsleistungen der Beitrag nur noch in relativ geringem Umfang zunimmt.
Die zweite Linie 23 stellt die Erhöhung des Wirkungsgrads dar, wenn der erste Wärmetauscher 11 parallel zum zweiten Vorwärmer VW2 geschaltet wird. Aus dem Verlauf der zweiten Linie 23 wird deutlich, dass die Solarenergienutzung erst bei einer Solarstrahlung von etwa 200 w/m2 beginnt und bis zu 7% betragen kann, bei einer Strahlungsleistung von 1.000 W/m2.
Die dritte Linie 25 stellt die Erhöhung des Wirkungsgrads dar, wenn der erste Wärmetauscher 11 parallel zum dritten Vorwärmer VW3 geschaltet wird. Aus dem Verlauf der dritten Linie 25 wird deutlich, dass die Solarenergienutzung erst bei einer Solarstrahlung von etwa 270 w/m2 beginnt und bis über 9% betragen kann, bei einer Strahlungsleistung von 1.000 W/m2.
Die vierte Linie 27 stellt die Erhöhung des Wirkungsgrads dar, wenn der erste Wärmetauscher 11 parallel zum vierten Vorwärmer VW4 geschaltet wird. Aus dem Verlauf der vierten Linie 27 wird deutlich, dass die Solarenergienutzung erst bei einer Solarstrahlung von etwa 370 w/m2 beginnt und bis über 10% betragen kann, bei einer Strahlungsleistung von 1.000 W/m2. Die Wirkungsgraderhöhung aufgrund der erfindungsgemäßen variablen Einbindung des ersten Wärmetauschers 11 entsprechend der verfügbaren Solarstrahlung ist durch die fünfte Linie 29 dargestellt. Daraus ergibt sich ein maximaler Wirkungsgrad über den gesamten Bereich der Solarstrahlung von 200 W/m2 bis etwa 1000 W/m2, obwohl der erste Wärmetauscher 11 bei allen dargestellten Varianten gleich ist. Um die erfindungsgemäße variable Einkopplung der Solarenergie realisieren zu können, bedarf es lediglich einiger Rohrleitungen und Stromventile 17 (siehe Fig. 3), so dass die Wirtschaftlichkeit dieser Variante sehr hoch ist.
In Figur 5 ist ein Teil eines Blockschaltbilds eines erfindungsgemäßen Dampfkraftwerks dargestellt, bei dem die Vorwärmer VW6 und VW7 sogenannte Hochdruckvorwärmer sind, da sie stromabwärts der Kesselspeisepumpe 9 und vor dem Dampferzeuger 1 angeordnet sind.
Die hydraulische Schaltung ist im Prinzip gleich wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figuren 2 und 3. Allerdings ist die Eintrittstemperatur des Speisewassers vor dem Eintritt in den Vorwärmer VW6 bei etwa 150 bis 1900C und verlässt den sechsten Vorwärmer VW6 bei Temperaturen von 200 bis 220°C. Die entsprechende Austrittstemperatur des siebten Vorwärmers VW7 beträgt 230 bis 2800C. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 ist ein zweiter Wärmetauscher 33 parallel zum siebten Vorwärmer VW7 geschaltet, so dass entsprechend hohe Temperaturen von dem Wärmeträger des Kollektorfelds 13 in den zweiten Wärmetauscher 33 übertragen werden müssen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es erforderlich, die einzelnen Kollektoren des Kollektorfelds als konzentrierende Kollektoren, wie zum Beispiel Parabolrinnen-Kollektoren oder Fresnel-Kollektoren auszubilden.
In Figur 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einkopplung von Solarenergie in ein Dampfkraftwerk dargestellt. Dabei ist zwischen dem Hochdruckteil HD der Dampfturbine 3 und einem Mitteldruckteil MD der Dampfturbine ein Zwischenüberhitzer 35 angeordnet. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Hochdruckteil HD der Dampfturbine 3 und dem Zwischenüberhitzer 35 ein dritter Wärmetauscher 37 angeordnet, der von einem Kollektorfeld 13 mit solar erzeugter Wärmer versorgt wird. Auch hier sind Stromventile 17 vorgesehen, die es ermöglichen, den Dampfmassenstrom durch den dritten Wärmetauscher 37 zu steuern.
In Figur 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Zwischenüberhitzung dargestellt. Hier wird der Dampf zwischen dem Mitteldruckteil MD und dem Niederdruckteil ND der Dampfturbine 3 einer Zwischenerhitzung in dem dritten Wärmetauscher 37 unterzogen. Auch dadurch kann wahlweise die Leistung des Kraftwerks oder der Brennstoff erhöht und/oder der Brennstoffbedarf des Kraftwerks verringert werden.
In Figur 8 ist dargestellt, wie Solarenergie in das Speisewasser, welches zur Regelung der Frischdampftemperatur in den Überhitzer 35 eingespritzt wird, erfindungsgemäß eingekoppelt werden kann.
Zu diesem Zweck ist eine Bypass-Leitung 39 vorgesehen, die von der SpeisewasserSpeisewasserleitung 19 vor deren Eintritt in den Dampferzeuger 1 abzweigt und in dem Überhitzer 35 endet, in an sich bekannter Weise vorgesehen. Um die Menge des in den Überhitzer 35 eingespritzten Kondensats steuern und vergrößern zu können, ist ein Stromventil 17 in dieser Bypass-Leitung 39 vorgesehen. Erfindungsgemäß ist in der Bypass-Leitung 39 eine vierte Wärmetauscher 41 angeordnet, der an ein Kollektorfeld 13 angeschlossen und von diesem mit solar gewonnener Wärme versorgt wird.
Dadurch, dass die Temperatur des Speisewasser oder Einspritzwassers Kondensats in dem vierten Wärmetauscher 41 angehoben wird, ist es möglich mehr Kondensat in den Überhitzer 35 einzuspritzen, um die gewünschten Dampfparameter (Druck und Temperatur) des Frischdampfs zu erreichen. Dadurch wird die zur Erzielung einer bestimmten Leistung der Dampfturbine 3 erforderliche Feuerungsleistung des Dampferzeugers 1 reduziert, was sich direkt in einer Einsparung an Brennstoff und/oder einem Leistungsanstieg niederschlägt .
In Figur 9 ist zusätzlich zu der Einspritzung in den Überhitzer 35 noch die Einspritzung von Speiswasser in einen Zwischenüberhitzer 43 dargestellt. In der Einspritzwasserleitung und in Reihe mit dem Zwischenüberhitzer 43 ist ein fünfter Wärmetauscher 45 angeordnet. Der fünfte Wärmetauscher 45 erwärmt das Speisewasser, welches über eine Speisewasserentnahmeleitung 47, die von der SpeisewasserSpeisewasserleitung 19 nach der Speisewasserpumpe 9 abzweigt wird, bevor es in den Zwischenüberhitzer 43 strömt. Auch hier ist es wieder erfindungsgemäß möglich, durch den fünften Wärmetauscher 45 solar erzeugte Wärme in den Dampfkreislauf einzukoppeln und dadurch entweder Leistung und/oder Brennstoffbedarf des Dampfkraftwerks zu optimieren.
In Figur 10 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Speisewasserpumpe 9 von einer Speisewasser- Antriebspumpenturbine SPAT angetrieben wird. Diese Speisewasser-Antriebspumpenturbine SPAT wird mit Anzapfdampf, der dem Mitteldruckteil MD der Dampfturbine 3 entnommen wird, betrieben.
Dazu wird der Mitteldruckteil MD der Dampfturbine 3 mit einer Anzapfleitung 49 versehen. In dieser Anzapfleitung 49 nach einem Stromventil 17 ein sechster Wärmetauscher 51 vorgesehen, der von einem Kollektorfeld 13 mit Solarwärme versorgt wird.
Dadurch ist es möglich, den von der Dampfturbine 3 angezapften Dampf im sechsten Wärmetauscher 51 zwischenzuüberhitzen und dadurch den Massenstrom des angezapften Dampfs zu reduzieren und dadurch die Leistung der Dampfturbine 3 zu erhöhen und/oder den Brennstoffverbrauch zu verringern. In Figur 11 ist noch eine weitere erfindungsgemäße Möglichkeit der Einkopplung von Solarenergie in den Dampfkraftprozess dargestellt. Dabei wird mit Hilfe eines Solarkollektorfelds 13 eine Absorptionskältemaschine AKM betrieben, die wiederum das Kühlwasser für den Kondensator 5 weiter abkühlt. Dabei wird das Wasser erst dann abgekühlt, wenn es in dem Kühlturm (nicht dargestellt) des Dampfkraftwerks beziehungsweise von dem Wasser eines sich in der Nähe befindlichen Flusses (nicht dargestellt) bereits soweit wie möglich abgekühlt wurde.
Durch die weitere Abkühlung des Kühlwassers wird das Druckniveau im Kondensator 5 verringert, so dass das nutzbare Druckgefälle an der Dampfturbine 3 zunimmt und in entsprechender Weise die Leistung des Kraftwerks steigt.
In Figur 11 ist die Absorptionskältemaschine AKM im Bypass zu der Kühlmittelleitung, mit der Kondensator 5 versorgt wird, geschaltet. Es ist alternativ auch möglich, die Absorptionskältemaschine direkt in die Kühlmittelleitung zu integrieren, so dass die Absorptionskältemaschine AKM in Serie mit dem Kühlturm (nicht dargestellt) und dem Kondensator 5 geschaltet ist.
Figur 12 zeigt die serielle Einbindung eines solar gespeisten siebten Wärmetauschers 61 in einen HD-Vorwärmer. Die erfindungsgemäße serielle Einbindung sieht einen zusätzlichen, solar gespeisten Wärmetauscher 61 in der Hochdruckvorwärmstrecke vor. Um die Solarenergie thermodynamisch am effektivsten einzubinden, werden die Hauptkomponenten des letzten Hochdruckvorwärmers VWi, nämlich Enthitzer 57, Kondensator 58 und Unterkühler 59, räumlich getrennt installiert. Der solar gespeiste Wärmetauscher 61 wird zwischen Enthitzer 57 und Kondensator 58 des letzten dampfgespeisten Vorwärmers VWi integriert und somit das Temperaturniveau der wärmeabgebenden Medien optimal genutzt. Das Speisewasser kann somit auf ein höheres Temperaturniveau gebracht werden, bevor es in den Economizer (Eco) des Dampferzeugers 1 eintritt. Die Temperaturaufwärmspanne des Dampferzeugers 1 wird kleiner und dem Dampferzeuger 1 muss bei gleichbleibenden Dampfparametern weniger Brennstoffenergie zugeführt werden. Alternativ kann bei konstanter Feuerungswärmeleistung des Dampferzeugers 1 der Frischdampfmassenstrom und somit die Generatorleistung erhöht werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde der letzte Vorwärmer VWi in drei Unterbaugruppen aufgeteilt; nämlich einen Enthitzer 57, einen Kondensator 58 und einen Unterkühler 59. Als Kondensator 58 wird der Teil des Vorwärmers VW bezeichnet, in dem der Anzapfdampf kondensiert und seine Kondensationswärme an das Speisewasser abgibt. Besitzt das anfallende Kondensat aus dem Kondensator 58 eine höhere Temperatur als das eintretende Speisewasser, so kann durch den Unterkühler 59 das Speisewassertemperaturniveau angehoben werden; dies ist energetisch günstiger. Der Enthitzer 57 bringt den überhitzten Anzapfdampf auf Sattdampfniveau. Dabei wird dem Dampf Wärme entzogen und an das Speisewasser übertragen. Erfindungsgemäß ist nun zwischen dem Enthitzer 57 und dem Kondensator 58 ein siebter Wärmetauscher 61 vorgesehen, der die in dem Kollektorfeld 13 gewonnene solare Wärme auf das Speisewasser überträgt.
Figur 13 zeigt die parallele Einbindung eines solar gespeisten siebten Wärmetauschers 61 in einen HD-Vorwärmer. Es handelt sich gewissermaßen um eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 12. Daher werden nur die Unterschiede erläutert und ansonsten gilt das zu Figur 12 gesagte entsprechend.
Der siebte Wärmetauscher 61 ist mit Hilfe einer zweiten Bypass-Leitung 63 parallel zu der Speisewasserleitung 19 geschaltet. In der zweiten Bypass-Leitung 63 ist eine zusätzliche Kondensatpumpe 65 angeordnet, die einen variablen Teilstrom des in der Speisewasserleitung 19 strömenden Kondensats durch den siebten Wärmetauscher 61 fördert. Die zusätzliche Kondensatpumpe 65 kann drehzahlgeregelt sein.
Um die Aufwärmspanne des siebten Wärmetauschers 61 so steuern zu können, dass das Solarfeld 13 mit optimalem Energieertrag betrieben werden kann, wird nicht die gesamte durch die Speisewasserleitung 19 strömende Speisewassermenge aufgewärmt, sondern nur ein Teilmassenstrom. Dieser Teilmassenstrom wird durch eine geeignete Ansteuerung der regelbaren Kondensatpumpe 65 immer dem aktuellen Angebot an Solarwärme angepasst. Somit kann das Solarfeld 13 immer auf konstantem Temperaturniveau betrieben werden.
Nach dem siebten Wärmetauscher 61 werden der solar gewärmte durch die zweiten Bypass-Leitung 63 strömende Teilmassenstrom und der Rest des durch die Speisewasserleitung 19 strömenden Speisewassers zusammengeführt und es stellt sich die Mischtemperatur aus beiden Massenströmen ein. Durch die optimierte Aufwärmspanne des siebten Wärmetauschers 61 fällt der erforderliche Massenstrom durch das Solarfeld 13 geringer aus. In Folge dessen werden die Druckverluste auf Speisewasser- und Solarkreisseite und die Aufwärmverluste im Kollektorfeld reduziert.
Das in Figur 13 beschriebene Ausführungsbeispiel kann in einigen Details variiert werden. Die in Figur 13 dargestellte Verschaltung sieht vor, dass der Enthitzer 57 des letzten Vorwärmers VWi aus thermodynamischen Gründen örtlich vom letzten Kondensator 58 getrennt vor dem zusätzlichen Wärmetauscher eingebunden wird. Ist dies aus technischen Gründen oder Mangels Platz an der entsprechenden Stelle im Kraftwerk nicht möglich, kann der Enthitzer auch unverändert direkt beim Kondensationsteil 58 des Vorwärmers VWl verbleiben.
Ist für den letzten Hochdruckvorwärmer kein Enthitzer 57 vorhanden und eine nachträgliche Installation nicht vorgesehen, wird die Solareinkopplung direkt dem Kondensationsteil 58 des letzten Vorwärmers VWi nachgeschaltet. Unter Umständen kann auch auf die Pumpe 65 in der zweiten Bypass-Leitung 63 Speisewasserteilstrom verzichtet werden.

Claims

Patentansprüche
Dampfkraftwerk umfassend einen Dampferzeuger (1), eine Turbine (3) , einen Kondensator (5) und mindestens einen Vorwärmer (VWi) , dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu einem Vorwärmer (VW) mindestens ein Wärmetauscher (11, 33) vorgesehen ist, und dass in dem mindestens einen Wärmetauscher (11, 33) Wärme von einem oder mehreren Solarkollektoren (13) auf einen durch den mindestens einen Wärmetauscher (11, 33) strömende Teil- Kondensatstrom übertragen wird.
Dampfkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere in Reihe geschaltete Vorwärmer, insbesondere Niederdruck-Vorwärmer (VWl, VW2, ...) oder Hochdruck-Vorwärmer (VW6, VW7, ...) vorgesehen sind, und dass der mindestens eine Wärmetauscher (11, 33) parallel zu einem oder mehreren der Vorwärmer (VWl, VW2, ... VW7) schaltbar ist.
Dampfkraftwerk umfassend einen Dampferzeuger (1), einen Überhitzer (35) und/oder einen oder mehrere Zwischenüberhitzer (43) und eine Turbine (3), wobei zur Regelung der Frischdampftemperatur in dem Überhitzer (35) und/oder zur Regelung der Temperatur des überhitzten Dampfs in dem Zwischenüberhitzer (43) Kondensat, welches über eine Bypass-Leitung (39, 27) aus der Kondensat- Leitung (19) entnommen wird, in den Überhitzer (35) und/oder die Zwischen-Überhitzer (43) eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu der Kondensat- Leitung (19) ein vierter Wärmetauscher (41) und/oder ein fünfter Wärmetauscher (45) vorgesehen ist, und dass in dem vierten und/oder fünften Wärmetauscher (41, 45) Wärme von einem oder mehreren Solarkollektoren (13) auf das Kondensat übertragbar ist.
4. Dampfkraftwerk umfassend einen Dampferzeuger (1), eine Turbine (3) , einen Kondensator (5), eine Speisewasserpumpe (SP) , eine mit Dampf betriebene Speisewasserpumpenantriebsturbine (SPAT) und eine Dampfleitung (48) zwischen der Turbine (3), insbesondere dem Mitteldruck-Teil (MD) der Turbine (3), und der Speisewasserpumpenantriebsturbine (SPAT) , dadurch gekennzeichnet, dass in der Dampfleitung (48) ein sechster Wärmetauscher (49) vorgesehen ist, und dass in dem sechsten Wärmetauscher (49) Wärme von einem oder mehreren Solarkollektoren (13) auf den in der Dampfleitung (48) strömenden Dampf übertragbar ist.
5. Dampfkraftwerk umfassend einen Dampferzeuger (1), eine Turbine (3) und einen Kondensator (5), wobei der Kondensator (5) von einem Kühlmedium, insbesondere Wasser, durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium vor dem Eintritt in den Kondensator (5) mittels eine solar betriebenen Absorptionskältemaschine
(AKM) kühlbar ist.
6. Dampfkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zusätzlicher Hochdruck-Vorwärmer (VW6, VW7) direkt oder über einen siebten Wärmetauscher (61) von einem Wärmeträger erhitzt wird, der ein Kollektorfeld (13) durchströmt.
7. Dampfkraftwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der siebte Wärmetauscher (61) über eine zweite Bypass-Leitung (63) parallel zu der Speisewasserleitung (19) geschaltet ist, und dass in der zweiten Bypass- Leitung (63) eine Kondensatpumpe (65) oder ein Stromventil angeordnet ist.
3. Dampfkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Solar-Kollektoren (13) konzentrierende Kollektoren, insbesondere Parabolrinnen- Kollektoren, Fresnel-Kollektoren oder Turmreceiver mit Heliostaten-Feld, oder nicht-konzentrierende Kollektoren, insbesondere Flachkollektoren oder Vakuumröhrenkollektoren, eingesetzt werden.
9. Dampfkraftwerk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmeträger für die Solar-Kollektoren (13) und die warme Seite der Wärmetauscher (11, 33, 37, 41, 45, 49) Wasser oder Thermo-Öl eingesetzt wird.
10. Verfahren zum Betreiben eines Dampfkraftwerks umfassend einen Dampferzeuger (1), eine Turbine (3), einen Kondensator (5) und mindestens einen Vorwärmer (VWi) , und einen parallel zu dem mindestens einen Vorwärmer (VW1) geschalteten Wärmetauscher (11, 33) , dadurch gekennzeichnet, dass in dem mindestens einen Wärmetauscher (11, 33) Wärme von einem oder mehreren Solarkollektoren (13) auf den durch den mindestens einen Wärmetauscher (11, 33) strömende Teil-Kondensat oder Speisewasserstrom übertragen wird, und dass der Teil- Kondensatmassenstrom in Abhängigkeit der Austrittstemperatur des Teil-Kondensat- oder Speisewasserstroms aus dem mindestens einen Wärmetauscher (11, 33) geregelt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Wärmetauscher (11, 33) parallel zu einem oder mehreren in Reihe geschalteten Vorwärmern (VWi) in Abhängigkeit der von dem mindestens einen
Wärmetauscher (11, 33) auf den Teil-Kondensatmassenstrom übertragbaren Wärmeleistung geschaltet wird.
12. Verfahren zum Betreiben eines Dampfkraftwerks umfassend einen Dampferzeuger (1), einen Überhitzer (35) und/oder einen oder mehrere Zwischen-Überhitzer (43), eine Turbine (3) und einen Kondensator (5), wobei zur Regelung der Temperatur des überhitzten Dampfs Speisewasser, welches über eine Bypass-Leitung (39, 47) aus der Kondensat-Leitung (19) entnommen wird, in den Überhitzer (35) und/oder die Zwischen-Überhitzer (43) eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Wärme von einem oder mehreren Solarkollektoren (13) auf das Speisewasser übertagen wird, und dass dieses Kondensat zur Regelung der Frischdampftemperatur in den Überhitzer (35) und/oder der Temperatur des überhitzten Dampfs in den mindestens einen Zwischen-Überhitzer (43) eingespritzt wird.
13. Verfahren zum Betreiben eines Dampfkraftwerks umfassend einen Dampferzeuger (1), eine Turbine (3), einen Kondensator (5), eine Speisewasserpumpe (9) und eine mit Dampf betriebene Speisewasserpumpenantriebsturbine (SPAT) und eine Dampfleitung (48) zwischen der Turbine (3) und der Speisewasserpumpenantriebsturbine (SPAT), dadurch gekennzeichnet, dass in einem sechsten Wärmetauscher (49) Wärme von einem oder mehreren Solarkollektoren (13) auf den in der Dampfleitung (48) strömenden Dampf übertragen wird.
14. Verfahren zum Betreiben eines Dampfkraftwerks umfassend einen Dampferzeuger (1), eine Turbine (3), einen Kondensator (5), wobei der Kondensator (5) von einem Kühlmedium, insbesondere Wasser, durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium vor dem Eintritt in den Kondensator (5) mittels einer solar betriebenen Absorptionskältemaschine (AKM) gekühlt wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zusätzlicher Hochdruck-Vorwärmer (VW6, VW7) direkt oder über einen siebten Wärmetauscher (61) von einem Wärmeträger erhitzt wird, der ein Kollektorfeld (13) durchströmt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Hochdruck-Vorwärmer oder der siebte Wärmetauscher (61) über eine zweite Bypass-Leitung (63) parallel zu der Speisewasserleitung (19) geschaltet ist, und dass der Speisewasserstrom in der zweiten Bypass- Leitung (63) in Abhängigkeit der Temperatur eines durch das Solarfeld (13) strömenden Wärmeträgers geregelt wird.
PCT/EP2010/001037 2009-04-18 2010-02-19 Dampfkraftwerk mit solarkollektoren WO2010118796A2 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU2010237404A AU2010237404B2 (en) 2009-04-18 2010-02-19 Steam power plant having solar collectors
EP10705976.8A EP2419634B1 (de) 2009-04-18 2010-02-19 Dampfkraftwerk mit solarkollektoren
US13/138,854 US9745964B2 (en) 2009-04-18 2010-02-19 Steam power plant having solar collectors
ES10705976.8T ES2568211T3 (es) 2009-04-18 2010-02-19 Central termoeléctrica con colectores solares
CN201080017157.5A CN102405349B (zh) 2009-04-18 2010-02-19 具有太阳能收集器的蒸汽发电厂
ZA2011/08367A ZA201108367B (en) 2009-04-18 2011-11-15 Steam power plant having solar collectors

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009018027.3 2009-04-18
DE102009018027 2009-04-18
DE102009056707A DE102009056707A1 (de) 2009-04-18 2009-12-02 Dampfkraftwerk mit Solarkollektoren
DE102009056707.0 2009-12-02

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2010118796A2 true WO2010118796A2 (de) 2010-10-21
WO2010118796A3 WO2010118796A3 (de) 2011-05-26

Family

ID=42751164

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2010/001037 WO2010118796A2 (de) 2009-04-18 2010-02-19 Dampfkraftwerk mit solarkollektoren

Country Status (8)

Country Link
US (1) US9745964B2 (de)
EP (1) EP2419634B1 (de)
CN (1) CN102405349B (de)
AU (1) AU2010237404B2 (de)
DE (1) DE102009056707A1 (de)
ES (1) ES2568211T3 (de)
WO (1) WO2010118796A2 (de)
ZA (1) ZA201108367B (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103216402A (zh) * 2012-01-18 2013-07-24 中国科学院工程热物理研究所 给水加热型光-煤互补电站的变工况主动调控系统及方法
CN106321362A (zh) * 2016-10-26 2017-01-11 邢志光 一种海浪能、风能、太阳能联合利用发电站
US10006310B2 (en) 2012-12-13 2018-06-26 General Electric Technology Gmbh Steam power plant with an additional flexible solar system for the flexible integration of solar energy

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011000946A1 (de) 2011-02-25 2012-08-30 Hitachi Power Europe Gmbh Solarthermische Energieerzeugungsanlage und Verfahren zur Energiegewinnung mittels einer solarthermischen Ernergieerzeugungsanlage
DE102011005142A1 (de) * 2011-03-04 2012-09-06 Siemens Aktiengesellschaft Solarthermisches Kraftwerk
US9677546B2 (en) * 2011-06-21 2017-06-13 Carrier Corporation Solar energy driven system for heating, cooling, and electrical power generation incorporating combined solar thermal and photovoltaic arrangements
US9115603B2 (en) * 2012-07-24 2015-08-25 Electratherm, Inc. Multiple organic Rankine cycle system and method
DE102013215315A1 (de) * 2013-08-05 2015-02-05 Siemens Aktiengesellschaft Steuerung eines Dampfkraftwerks mit zwei über Wärmetauscher thermisch gekoppelten Kreisläufen, insbesondere Steuerung für ein An-/Hochfahren eines solarthermischen Dampfkraftwerks
JP6178169B2 (ja) * 2013-08-29 2017-08-09 株式会社東芝 蒸気タービンプラントの運転方法
EP2942496B1 (de) 2014-05-08 2018-10-10 General Electric Technology GmbH Oxy-Heizkessel-Kraftwerk mit einer wärmeintegrierten Lufttrennungseinheit
EP2942497B1 (de) 2014-05-08 2018-10-31 General Electric Technology GmbH Oxy-Boiler-Kraftwerk mit Wärmeintegration des Sauerstoffzufuhrsystems
EP2942494B1 (de) 2014-05-08 2019-08-21 General Electric Technology GmbH Kohlebefeuerte Oxy-Anlage mit Wärmeintegration
EP2942495B1 (de) * 2014-05-08 2018-10-10 General Electric Technology GmbH Kohlebefeuerte Oxy-Anlage mit Wärmeintegration
KR102117826B1 (ko) * 2016-03-30 2020-06-02 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 플랜트, 및 그 운전 방법
CN107145175B (zh) * 2017-05-26 2020-11-06 中国核动力研究设计院 一种蒸汽发生器给水温度控制模拟系统
EP3473822B1 (de) * 2017-10-19 2023-06-07 Doosan Skoda Power s.r.o. Dampfrecyclingsystem einer niederdruck-dampfturbine
CN109139400B (zh) * 2018-07-27 2020-07-31 华北电力大学 基于辐照变化改变集成模式的太阳能热互补联合循环系统
AU2019100755B4 (en) * 2019-02-13 2020-02-13 WORTHINGTON, Richard John DR A multi-chamber solar collector
CN109812796B (zh) * 2019-03-13 2020-06-02 西安交通大学 参与一次调频的太阳能辅助燃煤发电系统及其控制方法
CN110056489A (zh) * 2019-03-25 2019-07-26 华北电力大学 光伏发电和太阳热能-燃气蒸汽联合发电的互补发电系统
BR112022007588A2 (pt) * 2019-10-22 2022-07-05 8 Rivers Capital Llc Esquemas de controle para o gerenciamento térmico de sistemas e métodos de produção de energia
CN114233591B (zh) * 2021-12-08 2023-08-11 合肥工业大学 直膨式复叠有机多级抽汽回热水蒸汽循环太阳能发电系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4069674A (en) 1977-01-14 1978-01-24 Warren Glenn B Power plant
WO1997014887A1 (de) 1995-10-17 1997-04-24 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur erzeugung von energie und kraftwerksanlage zur durchführung des verfahrens
US20080034757A1 (en) 2005-05-27 2008-02-14 Skowronski Mark J Method and system integrating solar heat into a regenerative rankine cycle

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2968916A (en) * 1956-07-20 1961-01-24 Special Purpose Engine Co Inc High altitude power supply systems
US2908255A (en) * 1957-02-15 1959-10-13 Siemens Ag Forced-flow steam generators
CH401096A (de) * 1963-03-01 1965-10-31 Sulzer Ag Verfahren und Vorrichtung zur Speisung einer Hilfsturbine in einer Dampfkraftanlage
FR2043957A5 (de) * 1969-05-14 1971-02-19 Stein Industrie
US4043130A (en) * 1975-02-10 1977-08-23 Westinghouse Electric Corporation Turbine generator cycle for provision of heat to an external heat load
JPS5375771A (en) 1976-12-16 1978-07-05 Fujitsu Ltd Manufacture for semiconductor device
JPS562411A (en) * 1979-06-22 1981-01-12 Toshiba Corp Power generating plant
CN1005079B (zh) 1986-08-14 1989-08-30 西安交通大学 利用排烟余热的低压节能复合系统
DK160218C (da) * 1987-04-06 1991-07-15 Soeby As Henry Solfangerabsorptionskoeleanlaeg
FI77512C (fi) * 1987-06-18 1989-03-10 Timo Korpela Foerfarande foer att foerbaettra verkningsgraden i en aongkraftanlaeggningsprocess.
DE4126037A1 (de) * 1991-08-06 1993-02-11 Siemens Ag Gas- und dampfturbinenkraftwerk mit einem solar beheizten dampferzeuger
JPH08100606A (ja) * 1994-09-30 1996-04-16 Hitachi Ltd ランキンサイクル発電システム及びその運転方法
CN2429732Y (zh) 2000-07-21 2001-05-09 王川 热电厂回热循环装置
US7331178B2 (en) * 2003-01-21 2008-02-19 Los Angeles Advisory Services Inc Hybrid generation with alternative fuel sources
US20070157614A1 (en) * 2003-01-21 2007-07-12 Goldman Arnold J Hybrid Generation with Alternative Fuel Sources
CN1297744C (zh) * 2005-03-24 2007-01-31 上海交通大学 海洋温差能－太阳能重热循环发电方法
US7640746B2 (en) * 2005-05-27 2010-01-05 Markon Technologies, LLC Method and system integrating solar heat into a regenerative rankine steam cycle
US8087246B2 (en) * 2006-06-16 2012-01-03 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Solar thermal electric power generation system, heating medium supply system, and temperature fluctuation suppressing device
US8132409B2 (en) * 2007-05-08 2012-03-13 Solar Turbine Group, International Solar collection and conversion system and methods and apparatus for control thereof
CN101821502B (zh) * 2007-09-11 2014-12-17 西门子集中太阳能有限公司 太阳能热发电设备
CN101261001A (zh) 2008-04-17 2008-09-10 华北电力大学 太阳能辅助燃煤火电厂一体化回热装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4069674A (en) 1977-01-14 1978-01-24 Warren Glenn B Power plant
WO1997014887A1 (de) 1995-10-17 1997-04-24 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur erzeugung von energie und kraftwerksanlage zur durchführung des verfahrens
US20080034757A1 (en) 2005-05-27 2008-02-14 Skowronski Mark J Method and system integrating solar heat into a regenerative rankine cycle

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103216402A (zh) * 2012-01-18 2013-07-24 中国科学院工程热物理研究所 给水加热型光-煤互补电站的变工况主动调控系统及方法
US10006310B2 (en) 2012-12-13 2018-06-26 General Electric Technology Gmbh Steam power plant with an additional flexible solar system for the flexible integration of solar energy
CN106321362A (zh) * 2016-10-26 2017-01-11 邢志光 一种海浪能、风能、太阳能联合利用发电站

Also Published As

Publication number Publication date
DE102009056707A1 (de) 2010-10-21
AU2010237404A1 (en) 2011-11-10
WO2010118796A3 (de) 2011-05-26
EP2419634A2 (de) 2012-02-22
CN102405349A (zh) 2012-04-04
ZA201108367B (en) 2012-12-27
US20120151917A1 (en) 2012-06-21
EP2419634B1 (de) 2016-02-17
AU2010237404B2 (en) 2015-09-17
US9745964B2 (en) 2017-08-29
ES2568211T3 (es) 2016-04-28
CN102405349B (zh) 2015-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2419634B1 (de) Dampfkraftwerk mit solarkollektoren
EP2521861B1 (de) Solarthermisches kraftwerk mit indirekter verdampfung und verfahren zum betrieb eines solchen solarthermischen kraftwerks
DE19723543C2 (de) Energieerzeugungsanlage
EP2342458B1 (de) Solarhybridbetriebenes gas- und dampfkraftwerk
DE102009038446B4 (de) Solarthermisches Kraftwerk mit Wärmetauscher in der Speisewasservorwärmstrecke
EP2126468A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur zwischenüberhitzung bei solarer direktverdampfung in einem solarthermischen kraftwerk
WO2011138215A2 (de) Solarer kraftwerksteil einer solarthermischen kraftwerksanlage und solarthermische kraftwerksanlage mit sonnenkollektorflächen für wärmeträgermedium und arbeitsmedium
WO2012045650A2 (de) Durchlaufdampferzeuger mit integriertem zwischenüberhitzer
EP2224104B1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Kraftwerks
EP2553244B1 (de) Verfahren zum erhöhen des wirkungsgrades einer mit einer gasturbine ausgestatteten kraftwerksanlage sowie kraftwerksanlage zur durchführung des verfahrens
DE3017699A1 (de) Sonnenkraftwerk mit einem auf einem turm angeordnetem solarerhitzer
EP2322768B1 (de) Dampfkraftanlage sowie Verfahren zum Betrieb einer Dampfkraftanlage
WO2015003898A1 (de) Vorwärmsystem und verfahren mit einem solchen vorwärmsystem
DE102014226837A1 (de) Variabel einsetzbares Wärmetauschersystem und Verfahren zum Betreiben eines Wärmetauschersystems
WO2012028494A2 (de) Solarthermische durchlaufverdampfer-heizfläche mit lokaler querschnittsverengung an ihrem eintritt
WO2010031375A2 (de) Verfahren zur überhitzung von dampf
WO2012028514A2 (de) Solarthermischer absorber zur direktverdampfung, insbesondere in einem solarturm-kraftwerk
DE102012103621A1 (de) Solarthermisches Kraftwerk mit elektrisch beheiztem Wärmespeicher
WO2012025284A1 (de) Verfahren zum betreiben einer dampfturbine eines solarthermischen kraftwerkes sowie kesselanlage zur durchführung des verfahrens
DE102011004271A1 (de) Durchlaufdampferzeuger für die indirekte Verdampfung insbesondere in einem Solarturm-Kraftwerk
WO2012028502A2 (de) Solarthermischer durchlaufdampferzeuger mit einem dampfabscheider und nachgeschaltetem sternverteiler für solarturm-kraftwerke mit direkter verdampfung
WO2012028510A1 (de) Berohrung einer verdampferheizfläche für durchlaufdampferzeuger in solarturm-kraftwerken mit direkter verdampfung und naturumlauf-charakteristik

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201080017157.5

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10705976

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010705976

Country of ref document: EP

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 7893/DELNP/2011

Country of ref document: IN

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2010237404

Country of ref document: AU

Date of ref document: 20100219

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13138854

Country of ref document: US