WO2011006831A2 - Solarthermisches kraftwerk - Google Patents

Solarthermisches kraftwerk Download PDF

Info

Publication number
WO2011006831A2
WO2011006831A2 PCT/EP2010/059808 EP2010059808W WO2011006831A2 WO 2011006831 A2 WO2011006831 A2 WO 2011006831A2 EP 2010059808 W EP2010059808 W EP 2010059808W WO 2011006831 A2 WO2011006831 A2 WO 2011006831A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
absorber
flow section
power plant
thermal power
solar thermal
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/059808
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2011006831A3 (de
Inventor
Reiner Buck
Original Assignee
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
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 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. filed Critical Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Publication of WO2011006831A2 publication Critical patent/WO2011006831A2/de
Publication of WO2011006831A3 publication Critical patent/WO2011006831A3/de

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
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00—Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/20—Solar heat collectors using working fluids having circuits for two or more working fluids
    • 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
    • F24S70/00—Details of absorbing elements
    • F24S70/60—Details of absorbing elements characterised by the structure or construction
    • F24S70/65—Combinations of two or more absorbing elements
    • 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

  • the invention relates to a solar thermal power plant.
  • a solar thermal power plant which comprises a steam generating stage with an evaporator and a superheater, wherein the evaporator and the superheater are decoupled with respect to their heating.
  • the invention has for its object to provide a solar thermal power plant with increased efficiency.
  • This object is achieved according to the invention in that a first absorber device, a first flow section for heat transfer medium, on which the first absorber device is arranged, a second absorber device, and a second flow section for heat transfer medium, on which the second absorber device is arranged, are provided. in which the second absorber device is arranged on an edge region of the first absorber device.
  • concentrated solar radiation is directed to the first absorber device.
  • the region of greatest radiation flux density lies at the first absorber device and there in particular centrally. It can thereby heat heat transfer medium to high temperatures, in particular 500 0 C or more and use at these high temperatures to generate electricity.
  • the second absorber device is arranged on the edge region of the first absorber device. The second absorber device is also exposed to solar radiation, but in comparison to the first absorber device with lower radiation flux density. In the solution according to the invention, this area of lower radiation flux density is also used.
  • the second absorber is arranged in the focal spot at an edge region. This can greatly reduce the unused losses of concentrated solar radiation; the second absorber also uses the "edge area" of the focal spot to heat the heat transfer medium.
  • the solution according to the invention makes it possible to increase the overall degree of utilization of the solar radiation energy.
  • the temperature of use in the second flow section is lower. This makes it possible to use selective absorbers that achieve high efficiencies; Such selective absorbers have a high absorption capacity with low thermal radiation. They can be implemented much better at "lower" tem- peratures.
  • Heat transfer medium in the second flow section is heated. It may be the same heat transfer medium as in the first flow section or a different heat transfer medium.
  • the power absorbed in the second flow section can be introduced into the thermal power process. This can increase the thermal efficiency of the heat power process.
  • the coupling of the thermal energy of the second flow section takes place in an evaporator of a power plant process.
  • the pinch point restriction can be completely or partially canceled. This in turn allows the waste heat of a gas turbine better use, since the exhaust gas of the gas turbine can be cooled to lower temperatures and the exhaust gas losses decrease accordingly.
  • the pinch point is the enthalpy at which heat transfer curves are separated by a minimum temperature difference, see, for example, EP 1 519 108 A1).
  • the solution according to the invention further results in improved setting options for optimum adaptation to the operating requirements of a thermal power process. It is possible, by dividing the radiation flux density targeted to the first absorber device and the second absorber device to achieve a power distribution. This can be done for example by means of alignment of individual heliostats. With a corresponding target point strategy, ie definition of the target points of individual heliostats, an optimization can take place. For example, the solar radiation flux density is reduced in the morning and in the evening. It is possible that the first absorber device can no longer be operated at such a lower solar radiation flux density.
  • the concentrator device which directs concentrated solar radiation onto the absorber devices, can then be adjusted such that it is aligned with the second absorber device, that is to say the focal region is located on the second absorber device. As a result, the otherwise lost solar power can still be used in the second flow section.
  • a second absorber device is integrated into the edge region of the first absorber device.
  • the second absorber device can also be reduced in a targeted manner with a corresponding enlarged design of the second absorber device in order to increase the overall efficiency.
  • the first flow section and / or the second flow section can be designed, for example, as an open or closed circuit.
  • air is used as the heat transfer medium, which is sucked in from the environment. Air cooled in the first flow section is discharged to the environment, for example.
  • It may, for example, be provided a closed circuit with, for example, water as the heat transfer medium.
  • the heat transfer medium in the second flow section has a lower use temperature than the heat transfer medium in the first flow section.
  • a concentrator device for solar radiation is provided by which concentrated solar radiation can be directed to the first absorber device and / or the second absorber device.
  • a main mode of operation there is a focus area with the maximum of the radiation flux density at the first absorber.
  • the second absorber is located at the edge region and undergoes a reduced compared to the maximum
  • Irradiance This can increase the overall efficiency of the solar radiation.
  • the focus area with maximum radiation flux density can also be directed to the second absorber device.
  • the concentrator device comprises a heliostat field with a plurality of heliostats, wherein an adjustment of the orientation of heliostats in relation to the first absorber device and the second absorber device is provided.
  • This is it is possible to use a target point strategy for the alignment of individual heliostats.
  • an optimal adaptation to operating requirements of the heat energy process is possible. For example, in the morning and in the evening, when the solar radiation flux density is reduced, a focus point is directed to the second absorber.
  • the second absorber device is arranged on an edge region of an aperture of the first absorber device. As a result, losses can be greatly reduced with respect to the concentrated solar radiation and gives you an increased efficiency.
  • absorber regions of the second absorber device are arranged on at least two edge sides of the first absorber device.
  • the second absorber device surrounds the first absorber device. This results in particularly low "spillage" losses. It is favorable if, when the second absorber device and the first absorber device are exposed to concentrated solar radiation and a maximum of the radiation flux density is applied to the first absorber device, the second absorber device is arranged at a location with a reduced radiation flux density with respect to the maximum. As a result, the spillage losses can be reduced and, in turn, the overall utilization level of the solar radiation energy can be increased.
  • the first absorber device and the second absorber device are arranged on a common carrier.
  • the second absorber is designed for a use temperature of the order of 500 ° C. or less. In this temperature range, highly selective absorber tubes (with high radiation absorption and low thermal emission) can be used.
  • the first absorber is designed for a use temperature in the order of 500 0 C or more.
  • the second absorber device comprises a plurality of absorber tubes. The second absorber device can thereby be realized in a simple manner with high utilization efficiency.
  • At least partially absorber tubes are arranged in parallel. This results in a large impact area for concentrated solar radiation and the losses can be reduced.
  • the first absorber device is designed as a high-temperature absorber and the second absorber device as a medium-temperature absorber. This results in an optimized degree of utilization.
  • the second absorber device and the first absorber device are arranged together on a tower. As a result, a tower receiver is formed.
  • the first absorber device is designed as a volumetric receiver or cavity receiver. Such receivers are high-temperature receivers.
  • at least one turbine is arranged on the first flow section.
  • a thermal power process can be performed, and electric current can be effectively obtained.
  • an evaporator device is arranged on the second flow section. This results in optimized efficiency in the power plant process.
  • the waste heat of the first cycle can also be used.
  • the second absorber device is comprised by the evaporator device and there is a direct evaporation of heat transfer medium, that is, the solar energy, which is coupled into the second absorber device, ensures direct evaporation of heat transfer medium.
  • This heat transfer medium in turn is used in the second flow section, in particular in a turbine for power generation.
  • the second flow section is coupled to a third flow section or to be encompassed by a flow section.
  • the second flow section is coupled to a third flow section, with a heat transfer medium separation between the second flow section and the third flow section, pure heat coupling takes place from the second flow section into the third flow section without substance mixing.
  • the second flow section can then be a different heat transfer medium compared to the third flow section use such as a saline solution.
  • a storage device for thermal energy can then also be arranged in a simple manner. In turn, a temporal buffering or decoupling is possible.
  • the second flow section is encompassed by a flow section for heat transfer medium and the second flow section provides directly heated heat transfer medium for further use in the flow section.
  • a heat transfer medium flows in the third flow section, a heat transfer medium, which can be heated by the heat transfer medium of the second flow section.
  • the heat transfer medium in the third flow section is materially separated from the heat transfer medium of the second flow section. There is only a thermal coupling.
  • the third flow section or the flow section, of which the second flow section is included is a circuit.
  • a simple media guide can be achieved.
  • a storage device is arranged on the first flow section and / or on the second flow section. Thermal energy can be "buffered" by this storage device. As a result, the use of heat can be decoupled from the onset of solar radiation.
  • a storage option in the second flow section is also useful, for example, if the heat transfer medium in the second flow section is the working medium of the process.
  • a storage option may be useful if a third flow section is present or if such a third flow section is not present.
  • a heat transfer device which is arranged on the first flow section and which is flowed through by heat transfer medium of the second flow section or by the heat transfer medium of the second flow section heated heat transfer medium. As a result, the waste heat of the first flow section can be used.
  • a turbine is connected downstream of the heat transfer medium.
  • This turbine is arranged on the second flow section or on the third flow section. Electricity can also be generated from it. It is advantageous if the heat transfer device is multi-stage and in particular has a plurality of separate heat exchangers. This makes it possible, for example, to realize a preheating stage, evaporation stage, etc., with an optimized design of the thermal power process.
  • the heat transfer device is coupled to a flow section in which waste heat from the heat transfer medium of the first flow section is used and on which at least one turbine is arranged.
  • the heating of heat transfer medium by the second absorber device can also be used in this flow section.
  • the first flow section and / or the second flow section are a circuit.
  • the circuit can basically be open or closed. It can thereby achieve a simple flow guidance.
  • the second flow section can be connected to the first flow section in a fluid-effective manner, wherein the first flow section takes place in the flow direction of the heat transfer medium on the second flow section.
  • the same heat transfer medium then flows through first the second flow section and then the first flow section.
  • the combination of the first flow section and the second flow section can be designed as a circuit.
  • the second flow section as a preheating area for the first flow section.
  • a preheating and optionally a complete or partial evaporation can take place at the second absorber device. Overheating may occur at the first absorber device.
  • the second flow section is then a preheating area for the first flow section.
  • the second flow section can then be an evaporator section and the first flow section can be a superheater section following the evaporator section.
  • the heat transfer medium is a working medium for a heat power process.
  • the heat transfer medium is expanded, for example, in a turbine.
  • the heat transfer medium is expanded, for example, in a turbine.
  • Figure 1 is a schematic block diagram of a first embodiment of a solar thermal power plant according to the invention
  • Figure 2 is a schematic block diagram of a second embodiment of a solar thermal power plant according to the invention
  • Figure 3 is a schematic representation of a first embodiment of a receiver device.
  • FIG. 4 is a schematic representation of a second embodiment of a receiver device.
  • a first exemplary embodiment of a solar thermal power plant according to the invention which is shown schematically in block diagram representation in FIG. 1 and denoted by 10, comprises a receiver device 12 for (concentrated) solar radiation.
  • a concentrator device 14 is provided which concentrates solar radiation and directs it to a focus area of the receiver device 12.
  • the concentrator device 14 comprises, for example, a heliostat field 16 with a plurality of alignable heliostats 18.
  • the solar thermal power plant 10 has as a first flow section a first (open) circuit 20 (high-temperature circuit).
  • a first absorber device 22 Arranged on the first circuit 20 is a first absorber device 22, to which solar radiation concentrated by the concentrator device 14 can be directed.
  • the first absorber 22 will be described below.
  • the first circuit 20 a heat transfer medium is guided.
  • the first absorber 22 is designed for higher temperatures (in particular 500 0 C or higher). In the first circuit 20, the heat transfer medium is heated at the first absorber device 22.
  • heat transfer medium for example, water / steam, air or a liquid medium such as a molten salt is used.
  • air is used as the heat transfer medium in the first circuit.
  • a coupling device 24 is arranged, by which additional heat energy (which, for example, by
  • Combustion of natural gas is generated) in the first circuit 20 for heating the heat transfer medium is insertable.
  • a turbine 26 is connected downstream.
  • the turbine 26 drives a generator 28 to generate an electrical current.
  • the turbine 26 drives a compressor 30 which compresses air sucked from the environment (reference numeral 31).
  • a heat transfer device Downstream of the turbine 26 is a heat transfer device designated as a whole by 32, on which the waste heat of the turbine 26 is utilized.
  • the heat transfer device 32 is formed in multiple stages. In the embodiment shown, it comprises steps 34a, 34b, 34c. These stages are themselves heat exchangers.
  • the power plant 10 has as a second flow section a second (closed) circuit 38 for heat transfer medium. It may be the same heat transfer medium as in the first circuit 20 or to a different of the heat transfer medium of the first cycle heat transfer medium.
  • a second absorber device 40 of the receiver device 12 is arranged at the second circuit 38.
  • the second absorber device 40 is designed as a medium temperature absorber.
  • the second circuit 38 is at a use temperature of the heat transfer medium in the Order of 500 0 C or less designed. This use temperature is lower than the use temperature of the heat transfer medium in the first circuit 20.
  • the second absorber 40 is disposed adjacent to the first absorber 22; the second absorber device 40 and the first absorber device 22 form a combination. They are acted upon by the same concentrated radiation beam. If the main focus region of the concentrated solar radiation is located on the first absorber device 22, then the second absorber device 40 lies in the edge region of the focus, so that the
  • Radiation flux density, with which the second absorber device 40 is acted upon is smaller than the radiation flux density with which the first absorber device 22 is acted upon. This will be explained further below.
  • a heat exchanger 42 is arranged at the second circuit 38. This heat exchanger 42 can be flowed through by heat transfer medium of the second circuit 38.
  • a memory device 44 is further arranged, through which heat can be stored.
  • An output of the second absorber device 40 is fluid-effectively connected to a - switchable - input 46 of the memory device 44.
  • An output 48 of the storage device 44 is fluidly connected via a pump 50 to an input of the second absorber device 40.
  • the output 48 is also switchable.
  • a check valve 51 is arranged between the second absorber 40 and the input 46 of the memory device 44.
  • a coupling point 53 may be arranged, via the heat energy can be coupled. For example, let Coupling heat generated by fossil combustion and thereby additionally heat the heat transfer medium. As a result, the pinch point condition in the second circuit 38 can be at least partially canceled.
  • the input 46 of the storage device 44 is connected to an input of the heat exchanger 42.
  • the input 46 when heated heat transfer medium for the storage device 44 is to be provided to the heat exchanger 42, can be switched as an output. Accordingly, an output of the heat exchanger 42 is connected to the output 48 of the memory device 44, wherein this output 48 is then switchable as an input.
  • the check valve 51 When the check valve 51 is open, then in the second absorber 40 heated heat transfer medium can flow through the heat exchanger 42 for heat transfer. At the same time, the storage device 44 can be filled with heated heat transfer medium, that is, the storage device 44 can be thermally charged.
  • the power plant 10 includes a third circuit 52 for heat transfer medium.
  • This third circuit 52 contains the heat exchanger 42 and is coupled to the second circuit 38 via the heat exchanger 42 and to the first circuit 20 via the heat transfer device 32.
  • the heat exchanger 42 is designed as a steam generator.
  • An output of the heat exchanger 42 for heat transfer medium which can be heated by heat transfer medium in the second circuit 38, is on a separator 54 fluidly coupled.
  • An output 60 of the trap 54 for steam leads to an input of the stage 34a of the heat transfer device 32.
  • Corresponding heat transfer medium can pass through the stage 34a and thereby heated.
  • An output of stage 34a is fluidly connected to a turbine 60, which in turn is connected to a generator 62.
  • Relaxed heat transfer medium from the turbine 60 is guided to the heat exchanger 64.
  • a cooling circuit 66 is connected to a cooling tower 68.
  • This cooling circuit 66 has a feed device 70.
  • a pump 72 is further arranged.
  • a line leads to a buffer tank or degasser 74 in the third circuit 52.
  • An outlet of this buffer tank 74 is fluidly connected to a branching device 76.
  • a first output 78 of the branching device 76 is fluidly connected to an input of the stage 34c. It can be provided 80 a pump.
  • An output of the stage 34c of the heat transfer device 32 is fluidly connected to an input of the branching device 76.
  • a second output 84 of the branching device 76 is fluid-effective, in particular via a pump 86 with the step 34 b of the heat transfer device 32 is connected.
  • An output of the stage 34b is in turn fluidly connected to an input of the separator 54.
  • Heat transfer medium such as hot air is generated by the first absorber device 22. Thereby, the turbine 26 is operated in the first circuit 20 with power generation on the generator 28th Relaxed heat transfer medium passes through the heat transfer device 32 in the first circuit 20. Heat transfer medium in the third circuit 52 is heated at the steps 34c, 34b and 34a. This heat transfer medium in the third circuit 52 can relax on the turbine 60. In this case, electric current is generated by the generator 62.
  • the heat transfer medium in the third circuit 52 is heated by coupling to the second circuit 38 via the second absorber 40.
  • the first absorber 22 and the second absorber 40 are correlated with each other; the second absorber device 40 is arranged on an edge region of the first absorber device 22.
  • the first absorber device 22 and the second absorber device 40 are arranged on a same carrier 90.
  • This carrier 90 is arranged, for example, on a tower.
  • the first absorber device 22 is designed, for example, as a volumetric absorber, which has a porous structure through which heat transfer medium flows directly in the first circuit 20.
  • it can also be designed as a cavity receiver, in which the absorbent structure is installed in a corresponding cavity.
  • the first absorber device 22 has an aperture 92.
  • the aperture 92 is, for example, circular.
  • the second absorber 40 surrounds the aperture 92.
  • the second absorber 40 is formed by a plurality of absorber tubes 94.
  • the absorber tubes 94 are arranged surrounding the aperture 92.
  • respective absorber tubes 94 are arranged parallel to one another in respective regions 96a, 96b, etc.
  • the interconnection of Absorber tubes can basically be parallel, serial or a combination of parallel or serial.
  • the absorber tubes are designed for a mean temperature level, for example of the order of 400 ° C. or lower. They are particularly selectively designed in the sense that they have a low thermal emission at high solar radiation absorption. Such selective training is optimally possible in the middle temperature range. If concentrated solar radiation is directed onto the aperture 92 and in particular a focal region of the concentrated solar radiation is directed centrally to the first absorber device 22, then the radiation flux density at the second absorber device 40 is smaller than at the first absorber device 22. The heat transfer medium can thereby be compared to the first circuit 20 in the second circuit 38 at a medium temperature level still heat efficiently.
  • a further exemplary embodiment of a receiver device which is shown in FIG. 4 and designated there by 98, comprises a tower 100, on which an absorber combination 102 with a common carrier 104 is arranged.
  • the first absorber device 22 is arranged, which has a plurality of absorber fields 106a, 106b, etc. These absorber fields are arranged surrounding the carrier 104. They are formed for example by means of volumetric receivers.
  • absorber tubes 108 of the second absorber device 40 are arranged. These absorber tubes are aligned parallel.
  • concentrated solar radiation can be directed onto the absorber combination 102 from all sides.
  • the second absorber device 40 is arranged at edge regions of the first absorber device 22 on two sides, namely above and below the corresponding absorber fields 106a, 106b, with respect to the direction of gravity, and thus arranged on two edge sides. Also in this solution, part of the radiation on an aperture border (corresponding to the absorber fields 106a, 106b, etc.) is used for low utilization temperatures on the heat transfer medium in the second circuit 38. If a focal point region of concentrated solar radiation lies on the absorber combination 102 in one or more of the absorber fields 106a, etc. (and lies there particularly centrally), then the radiation flow at the absorber tubes 108 is correspondingly lower.
  • heat transfer medium is heated both in the first circuit 20 with the first absorber device 22 and in the second circuit 38 with the second absorber device 40 solar. With appropriate alignment of concentrated solar radiation on the first absorber 22 is the main focus point at the first absorber 22. This forms a main receiver.
  • Heat transfer medium in the first circuit 20 is heated to high temperatures (in particular 500 0 C or higher). This heated heat transfer medium drives the turbine 26.
  • the second absorber device 40 experiences a lower radiation flux. It is located at the edge region of the first absorber device 22. At her heat transfer medium is heated to an average temperature (in particular of the order of 400 0 C or less). This makes it possible to form the second absorber 40 with its absorber tubes 94, 108 highly selective with high radiation absorption and low thermal
  • the heat transfer medium in the second cycle 38 heats the heat transfer medium in the third circuit 52, which is likewise heated by waste heat from the first circuit 20.
  • part of the solar radiation is used, which strikes an aperture border of the receiver device 12.
  • the use in the second circuit 38 is different from the use in the first circuit 20. It is used at a medium temperature heat transfer medium.
  • the power absorbed in the second circuit 38 is coupled to the heat exchanger 42 in the third circuit 52.
  • an additional receiver namely the second absorber device 40
  • the edge region of the main receiver namely the first absorber device 22
  • the same heat transfer medium can be used both in the first circuit 20 and in the second circuit 38, and different heat transfer media can be used.
  • the first absorber device 22 can be purposefully reduced in size. With a corresponding embodiment of the second absorber device 40, the overall efficiency can be increased.
  • a target point strategy is applicable to set the different power proportions relative to the first absorber 22 and the second absorber 40.
  • the pinch point restriction By coupling medium-temperature energy into an evaporator of the power plant process, which is implemented in particular via the heat transfer device 32 in FIG. 1, the pinch point restriction, for example, can be completely or partially canceled. This results in a better utilization of the waste heat of a gas turbine, when the turbine 26 is formed just as a gas turbine. The exhaust gas of such a gas turbine 26 can then be cooled to lower temperatures and the exhaust gas losses decrease accordingly. By storing a decoupling of the heat from the temporal attack of solar radiation is possible. Thus, an efficiency gain in the power plant process, for example, be made available at night.
  • a second exemplary embodiment of a solar thermal power plant according to the invention which is shown schematically in FIG. 2 and designated 110 there, likewise comprises a first absorber device 22 and a second absorber device 40.
  • the same reference numerals are used for the same elements as in the solar thermal power plant 10.
  • the second absorber 40 is disposed on a second circuit 112.
  • This second circuit 112 is designed as an evaporator device 114, wherein the second absorber device 40 is part of this evaporator device.
  • An output of the second absorber device 40 is connected to an input of a separator 118 for liquid.
  • An outlet (for liquid) of the separator 120 is fluidly connected via a pump 122 to an inlet of the second absorber 40.
  • This vapor is provided via the separator 118 directly to a third circuit 124.
  • the separator 118 with a vapor exit 126 is a mid-temperature energy coupling point of the second circuit 112 to the third circuit 124.
  • the second circuit 112 may also be considered part of the third circuit 124, the second circuit 112 and the third circuit 124 Heat transfer medium from the second circuit 112 is coupled directly into the third circuit 124 and into the separator 118.
  • Vaporous heat transfer medium from the steam exit 126 of the separator 118 is fed to the stage 34c of the heat transfer device 32 and there from waste heat of the first circuit 20 heated.
  • the turbine 60 It is then fed to the turbine 60.
  • the flow path from the turbine 60 to an inlet (for liquid) into the separator 118 is the same as described above in connection with the solar thermal power plant 10. Otherwise, the solar thermal power plant 110 also works like the solar thermal power plant 10.
  • the difference to the solar thermal power plant 10 is that no storage device is provided and on the second circuit 112 (as part of the third circuit 124) direct evaporation of heat transfer medium is provided.
  • the first flow section is designed as an open circuit and the second flow section as a closed circuit. It is also possible that, for example, the first flow section is designed as a closed circuit, or the second flow section is designed as an open circuit.
  • the first flow section follows in the flow direction of the heat transfer medium to the second flow section and these are fluidly connected to each other.
  • the first flow section and the second flow section can together form a circuit.
  • a preheating of heat transfer medium at the second absorber device can then be carried out at the second flow section, and further heating of this preheated heat transfer medium then takes place in the first flow section on the first absorber device.
  • the second flow section may form an evaporator section, with vaporized heat transfer medium being overheated in the first flow section on the first absorber device.
  • the heat transfer medium is used as a working medium for the heat power process on a turbine.
  • the heat transfer medium it is also possible for the heat transfer medium not to be used directly as the working medium, but rather to heat working medium in a heat transfer process, which is then used in the thermal power process.

Landscapes

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

Abstract

Es wird ein solarthermisches Kraftwerk bereitgestellt, umfassend eine erste Absorbereinrichtung, einen ersten Strömungsabschnitt für Wärmeträgermedium, an welchem die erste Absorbereinrichtung angeordnet ist, eine zweite Absorbereinrichtung, und einen zweiten Strömungsabschnitt für Wärmeträgermedium, an welchem die zweite Absorbereinrichtung angeordnet ist, wobei die zweite Absorbereinrichtung an einem Randbereich der ersten Absorbereinrichtung angeordnet ist.

Description

Solarthermisches Kraftwerk
Die Erfindung betrifft ein solarthermisches Kraftwerk.
Beispielsweise aus der EP 1 519 181 ist ein solarthermisches Kraftwerk bekannt, welches eine Dampferzeugungsstufe mit einem Verdampfer und einem Überhitzer umfasst, wobei der Verdampfer und der Überhitzer bezüglich ihrer Beheizung entkoppelt sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solarthermisches Kraftwerk mit erhöhtem Wirkungsgrad bereitzustellen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine erste Absorbereinrichtung, ein erster Strömungsabschnitt für Wärmeträgermedium, an welchem die erste Absorbereinrichtung angeordnet ist, eine zweite Absorbereinrichtung, und ein zweiter Strömungsabschnitt für Wärmeträgermedium, an welchem die zweite Absorbereinrichtung angeordnet ist, vorgesehen sind, wo- bei die zweite Absorbereinrichtung an einem Randbereich der ersten Absorbereinrichtung angeordnet ist.
Bei einem Hauptbetriebsmodus des erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerks wird konzentrierte Solarstrahlung auf die erste Absorbereinrichtung gerichtet. Im Fokalbereich liegt der Bereich größter Strahlungsflussdichte an der ersten Absorbereinrichtung und dort insbesondere zentral. Es lässt sich dadurch Wärmeträgermedium auf hohe Temperaturen insbesondere 5000C oder mehr erhitzen und auf diesen hohen Temperaturen zur Stromerzeugung nutzen. Die zweite Absorbereinrichtung ist an dem Randbereich der ersten Absorbereinrichtung angeordnet. Die zweite Absorbereinrichtung wird ebenfalls mit Solarstrahlung beaufschlagt, jedoch im Vergleich zu der ersten Absorbereinrichtung mit geringerer Strahlungsflussdichte. Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird auch dieser Bereich geringerer Strahlungsflussdichte genutzt. Die zweite Absorbereinrichtung ist im Brennfleck an einem Randbereich angeordnet. Dadurch lassen sich die nicht genutzten Verluste an konzentrierter Solarstrahlung stark verringern; die zweite Absorbereinrichtung nutzt auch den "Randbereich" des Brennflecks zur Erhitzung von Wärmeträgermedium.
Durch die erfindungsgemäße Lösung lässt sich der Gesamt-Nutzungsgrad der solaren Strahlungsenergie erhöhen.
Dadurch, dass die zweite Absorbereinrichtung mit einer geringeren Strah- lungsflussdichte beaufschlagt ist als die erste Absorbereinrichtung, ist die Nutzungstemperatur im zweiten Strömungsabschnitt geringer. Dies ermöglicht es, selektive Absorber einzusetzen, die hohe Wirkungsgrade erzielen; solche selektiven Absorber weisen eine hohe Absorptionsfähigkeit bei geringer thermischer Abstrahlung auf. Sie sind weitaus besser bei "niedrigeren" Tempe- raturen realisierbar.
Wärmeträgermedium im zweiten Strömungsabschnitt wird erhitzt. Es kann sich dabei um das gleiche Wärmeträgermedium wie im ersten Strömungsabschnitt handeln oder um ein davon verschiedenes Wärmeträgermedium. Die im zweiten Strömungsabschnitt aufgenommene Leistung lässt sich in den Wärmekraftprozess einführen. Dadurch lässt sich der thermische Wirkungsgrad des Wärmekraftprozesses steigern.
Beispielsweise erfolgt die Einkopplung der thermischen Energie des zweiten Strömungsabschnitts in einen Verdampfer eines Kraftwerksprozesses. Dadurch kann die Pinch-Point-Einschränkung ganz oder teilweise aufgehoben werden. Dadurch wiederum lässt sich die Abwärme einer Gasturbine besser nutzen, da das Abgas der Gasturbine auf tiefere Temperaturen abgekühlt werden kann und die Abgasverluste entsprechend sinken. (Der Pinch-Point ist diejenige Enthalpie, bei der Wärmeübertragungskurven durch eine minimale Tempe- raturdifferenz getrennt sind; siehe beispielsweise die EP 1 519 108 Al).
Durch die erfindungsgemäße Lösung ergeben sich weiterhin verbesserte Einstellungsmöglichkeiten zur optimalen Anpassung an die Betriebserfordernisse eines Wärmekraftprozesses. Es ist möglich, durch Aufteilung der Strahlungsflussdichte gezielt auf die erste Absorbereinrichtung und die zweite Absorber- einrichtung eine Leistungsverteilung zu erreichen. Dies kann beispielsweise mittels Ausrichtung einzelner Heliostate erfolgen. Bei einer entsprechenden Zielpunktstrategie, das heißt Festlegung der Zielpunkte einzelner Heliostate, kann eine Optimierung erfolgen. Beispielsweise ist die solare Strahlungsflussdichte morgens und abends verringert. Es ist dabei möglich, dass die erste Absorbereinrichtung bei einer solchen niedrigeren solaren Strahlungsflussdichte nicht mehr betrieben werden kann. Die Konzentratoreinrichtung, welche konzentrierte Solarstrahlung auf die Absorbereinrichtungen richtet, kann dann derart eingestellt werden, dass auf die zweite Absorbereinrichtung ausgerichtet wird, das heißt der Fokalbereich an der zweiten Absorbereinrichtung liegt. Dadurch kann die sonst verlorene Solarleistung noch im zweiten Strömungsabschnitt genutzt werden.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist eine zweite Absorbereinrichtung in den Randbereich der ersten Absorbereinrichtung integriert. Es lässt sich dadurch die zweite Absorbereinrichtung auch gezielt verkleinern mit entsprechender vergrößerter Ausführung der zweiten Absorbereinrichtung, um den Gesamt- nutzungsgrad zu steigern.
Grundsätzlich ist es auch möglich, dass thermische Energie im ersten Strö- mungsabschnitt und/oder im zweiten Strömungsabschnitt gespeichert wird, zur zeitlich optimierten Einkopplung in den Kraftwerksprozess. Der erste Strömungsabschnitt und/oder zweite Strömungsabschnitt kann dabei beispielsweise als offener oder geschlossener Kreislauf ausgebildet sein. Beispielsweise wird in dem ersten Strömungsabschnitt Luft als Wärmeträger- medium verwendet, welche aus der Umgebung angesaugt wird. Im ersten Strömungsabschnitt abgekühlte Luft wird beispielsweise an die Umgebung abgegeben. Es kann beispielsweise auch ein geschlossener Kreislauf mit beispielsweise Wasser als Wärmeträgermedium bereitgestellt sein. Insbesondere weist Wärmeträgermedium in dem zweiten Strömungsabschnitt eine niedrigere Nutzungstemperatur als Wärmeträgermedium im ersten Strömungsabschnitt auf. Dadurch lassen sich beispielsweise über die zweite Absorbereinrichtung hochselektive Receiver verwenden. Günstigerweise ist eine Konzentratoreinrichtung für Solarstrahlung vorgesehen, durch welche konzentrierte Solarstrahlung auf die erste Absorbereinrichtung und/oder die zweite Absorbereinrichtung richtbar ist. In einem Hauptbetriebsmodus liegt ein Fokusbereich mit dem Maximum der Strahlungsflussdichte an der ersten Absorbereinrichtung. Die zweite Absorbereinrichtung liegt am Randbereich und erfährt im Vergleich zum Maximum eine verringerte
Strahlungsflussdichte. Dadurch lässt sich der Gesamtnutzungsgrad der Solarstrahlung steigern. Für bestimmte Betriebszustände wie beispielsweise für einen Betriebszustand am Morgen oder am Abend kann der Fokusbereich mit maximaler Strahlungsflussdichte auch auf die zweite Absorbereinrichtung ge- richtet sein.
In diesem Zusammenhang ist es günstig, wenn die Konzentratoreinrichtung ein Heliostatenfeld mit einer Mehrzahl von Heliostaten umfasst, wobei eine Einstellung der Ausrichtung von Heliostaten im Verhältnis auf die erste Absor- bereinrichtung und die zweite Absorbereinrichtung vorgesehen ist. Dadurch ist es möglich, eine Zielpunktstrategie für die Ausrichtung von einzelnen Heliostaten zu verwenden. Dadurch ist eine optimale Anpassung an Betriebserfordernisse des Wärmekraftprozesses möglich. Beispielsweise wird morgens und abends, wenn die solare Strahlungsflussdichte verringert ist, ein Fokus- punkt auf die zweite Absorbereinrichtung gerichtet.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die zweite Absorbereinrichtung an einem Randbereich einer Apertur der ersten Absorbereinrichtung angeordnet ist. Dadurch lassen sich Verluste bezüglich der konzentrierten Solarstrahlung stark verringern und man erhält einen erhöhten Wirkungsgrad.
Insbesondere sind Absorberbereiche der zweiten Absorbereinrichtung an mindestens zwei Randseiten der ersten Absorbereinrichtung angeordnet. Dadurch lassen sich Verluste bezüglich konzentrierter Solarstrahlung verringern.
Es ist dann besonders vorteilhaft, wenn die zweite Absorbereinrichtung die erste Absorbereinrichtung umgibt. Dadurch ergeben sich besonders geringe "Spillage"-Verluste. Günstig ist es, dass, wenn die zweite Absorbereinrichtung und die erste Absorbereinrichtung mit konzentrierter Solarstrahlung beaufschlagt sind und ein Maximum der Strahlungsflussdichte an der ersten Absorbereinrichtung liegt, die zweite Absorbereinrichtung an einem Ort mit erniedrigter Strahlungsflussdichte bezüglich des Maximums angeordnet ist. Dadurch lassen sich die SpM- lage-Verluste verringern und dadurch wiederum lässt sich der Gesamt-Nut- zungsgrad der solaren Strahlungsenergie erhöhen.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die erste Absorbereinrichtung und die zweite Absorbereinrichtung an einem gemeinsamen Träger angeordnet sind. Dadurch lassen sich die oben beschriebenen Vorteile bei geringem konstruktiven Aufwand nutzen. Insbesondere ist die zweite Absorbereinrichtung auf eine Nutzungstemperatur in der Größenordnung von 5000C oder weniger ausgelegt. In diesem Temperaturbereich lassen sich hochselektive Absorberrohre (mit hoher Strahlungs- absorption und geringer thermischer Emission) verwenden.
Vorteilhafterweise ist die erste Absorbereinrichtung auf eine Nutzungstemperatur in der Größenordnung von 5000C oder mehr ausgelegt. Vorteilhafterweise umfasst die zweite Absorbereinrichtung eine Mehrzahl von Absorberrohren. Die zweite Absorbereinrichtung lässt sich dadurch auf einfache Weise realisieren mit hohem Nutzungswirkungsgrad.
Vorteilhafterweise sind dabei mindestens bereichsweise Absorberrohre parallel angeordnet. Dadurch ergibt sich eine große Beaufschlagungsfläche für konzentrierte Solarstrahlung und die Verluste lassen sich verringern.
Insbesondere ist die erste Absorbereinrichtung als Hochtemperaturabsorber und die zweite Absorbereinrichtung als Mitteltemperaturabsorber ausgelegt. Dadurch ergibt sich ein optimierter Nutzungsgrad.
Beispielsweise sind die zweite Absorbereinrichtung und die erste Absorbereinrichtung gemeinsam an einem Turm angeordnet. Es ist dadurch ein Turm- receiver gebildet.
Bei einer Ausführungsform ist die erste Absorbereinrichtung als volumetrischer Receiver oder Cavity-Receiver ausgebildet. Solche Receiver sind Hochtempe- ratur-Receiver. Vorteilhafterweise ist an dem ersten Strömungsabschnitt mindestens eine Turbine angeordnet. Dadurch lässt sich ein Wärmekraftprozess durchführen und es lässt sich effektiv elektrischer Strom gewinnen. Es ist günstig, wenn an dem zweiten Strömungsabschnitt eine Verdampfereinrichtung angeordnet ist. Dadurch ergibt sich ein optimierter Wirkungsgrad im Kraftwerksprozess. Insbesondere lässt sich auch die Abwärme des ersten Kreislaufs nutzen.
Bei einer Ausführungsform ist die zweite Absorbereinrichtung von der Verdampfereinrichtung umfasst und es erfolgt eine Direktverdampfung von Wärmeträgermedium, das heißt die solare Energie, welche in die zweite Absorber- einrichtung eingekoppelt ist, sorgt für eine Direktverdampfung von Wärmeträgermedium. Dieses Wärmeträgermedium wiederum wird im zweiten Strömungsabschnitt insbesondere in einer Turbine zur Stromgewinnung genutzt.
Es ist dabei grundsätzlich möglich, dass der zweite Strömungsabschnitt an einen dritten Strömungsabschnitt gekoppelt ist oder von einem Strömungsabschnitt umfasst ist. Wenn der zweite Strömungsabschnitt an einen dritten Strömungsabschnitt gekoppelt ist, wobei eine Wärmeträgermedium-Trennung zwischen zweitem Strömungsabschnitt und drittem Strömungsabschnitt vorliegt, dann erfolgt eine reine Wärmeeinkopplung vom zweiten Strömungs- abschnitt in den dritten Strömungsabschnitt ohne Stoffmischung. In dem zweiten Strömungsabschnitt lässt sich dann ein unterschiedliches Wärmeträgermedium im Vergleich zu dem dritten Strömungsabschnitt verwenden wie beispielsweise eine Salzlösung. In dem zweiten Strömungsabschnitt lässt sich dann auch auf einfache Weise eine Speichereinrichtung für thermische Energie anordnen. Dadurch wiederum ist eine zeitliche Pufferung bzw. Entkopplung möglich. Es kann auch vorgesehen sein, dass der zweite Strömungsabschnitt von einem Strömungsabschnitt für Wärmeträgermedium umfasst ist und der zweite Strömungsabschnitt direkt erhitztes Wärmeträgermedium zur weiteren Nutzung in den Strömungsabschnitt bereitstellt. Beispielsweise strömt im dritten Strömungsabschnitt ein Wärmeträgermedium, welches durch Wärmeträgermedium des zweiten Strömungsabschnitts erwärmbar ist. Das Wärmeträgermedium im dritten Strömungsabschnitt ist dabei von dem Wärmeträgermedium des zweiten Strömungsabschnitts stofflich getrennt. Es erfolgt nur eine thermische Kopplung.
Insbesondere sind der dritte Strömungsabschnitt oder der Strömungsabschnitt, von welchem der zweite Strömungsabschnitt umfasst ist, ein Kreislauf. Dadurch lässt sich eine einfache Medienführung erreichen.
Günstig ist es dann, wenn an dem ersten Strömungsabschnitt und/oder an dem zweiten Strömungsabschnitt eine Speichereinrichtung angeordnet ist. Durch diese Speichereinrichtung ist thermische Energie "zwischenspeicherbar". Dadurch kann die Wärmenutzung vom zeitlichen Anfall der Solarstrahlung ent- koppelt werden. Eine Speichermöglichkeit im zweiten Strömungsabschnitt ist beispielsweise auch sinnvoll, wenn das Wärmeträgermedium im zweiten Strömungsabschnitt das Arbeitsmedium des Prozesses ist. Eine Speichermöglichkeit kann sinnvoll sein, wenn ein dritter Strömungsabschnitt vorhanden ist oder wenn ein solcher dritter Strömungsabschnitt nicht vorhanden ist.
Günstig ist es, wenn eine Wärmeübertragungseinrichtung vorgesehen ist, welche an dem ersten Strömungsabschnitt angeordnet ist und welche von Wärmeträgermedium des zweiten Strömungsabschnitts oder von Wärmeträgermedium des zweiten Strömungsabschnitts erhitztem Wärmeträgermedium durchströmt ist. Dadurch lässt sich die Abwärme des ersten Strömungsabschnitts nutzen.
Insbesondere ist dem Wärmeträgermedium eine Turbine nachgeschaltet. Diese Turbine ist an dem zweiten Strömungsabschnitt bzw. an dem dritten Strö- mungsabschnitt angeordnet. An ihr lässt sich ebenfalls elektrischer Strom erzeugen. Es ist dabei günstig, wenn die Wärmeübertragungseinrichtung mehrstufig ist und dazu insbesondere eine Mehrzahl von getrennten Wärmeübertragern aufweist. Es lässt sich dadurch beispielsweise eine Vorwärmstufe, Verdampfungs- stufe usw. realisieren mit optimierter Ausgestaltung des Wärmekraftprozesses.
Insbesondere ist die Wärmeübertragungseinrichtung an einen Strömungsabschnitt gekoppelt, in welchem Abwärme von Wärmeträgermedium des ersten Strömungsabschnitts genutzt ist und an welchem mindestens eine Tur- bine angeordnet ist. In diesem Strömungsabschnitt lässt sich auch die Erhitzung von Wärmeträgermedium durch die zweite Absorbereinrichtung nutzen.
Bei einer Ausführungsform sind der erste Strömungsabschnitt und/oder der zweite Strömungsabschnitt ein Kreislauf. Der Kreislauf kann dabei grundsätzlich offen sein oder geschlossen sein. Es lässt sich dadurch eine einfache Strömungsführung erreichen.
Es ist auch möglich, dass der zweite Strömungsabschnitt mit dem ersten Strömungsabschnitt fluidwirksam verbunden ist, wobei in Strömungsrichtung des Wärmeträgermediums der erste Strömungsabschnitt auf den zweiten Strömungsabschnitt erfolgt. Das gleiche Wärmeträgermedium durchströmt dann zuerst den zweiten Strömungsabschnitt und dann den ersten Strömungsabschnitt. Die Kombination aus erstem Strömungsabschnitt und zwei- tem Strömungsabschnitt kann dabei als Kreislauf ausgebildet sein. Beispielsweise ist es dadurch möglich, den zweiten Strömungsabschnitt als Vorwärmbereich für den ersten Strömungsabschnitt zu verwenden. Beispielsweise kann an der zweiten Absorbereinrichtung eine Vorwärmung und gegebenenfalls eine vollständige oder teilweise Verdampfung erfolgen. An der ersten Absorber- einrichtung kann eine Überhitzung erfolgen. (Gegebenenfalls kann dort auch eine ganze oder teilweise Verdampfung erfolgen.) Dadurch lässt sich die thermische Energie der Solarstrahlung in einen einzigen Kraftwerksprozess ein- koppeln. Beispielsweise ist dann der zweite Strömungsabschnitt ein Vorwärmbereich für den ersten Strömungsabschnitt. Insbesondere kann dann der zweite Strömungsabschnitt ein Verdampferabschnitt sein und der erste Strömungsabschnitt ein auf den Verdampferabschnitt folgender Überhitzerabschnitt sein. Es ist grundsätzlich möglich, dass das Wärmeträgermedium ein Arbeitsmedium für einen Wärmekraftprozess ist. In diesem Falle wird das Wärmeträgermedium beispielsweise in einer Turbine entspannt. Es erfolgt dabei eine direkte Beheizung des Arbeitsmediums an den Absorbereinrichtungen. Es ist alternativ auch möglich, dass das Wärmeträgermedium ein Arbeitsmedium in einem Wärmeübertragungsvorgang erhitzt. Es ist dadurch eine Trennung von Wärmeträgermedium und Arbeitsmedium des Wärmekraftprozesses vorgesehen.
Es kann günstig sein, wenn an dem zweiten Strömungsabschnitt mindestens eine Einkopplungsstelle angeordnet ist. Über diese Einkopplungsstelle lässt sich insbesondere Wärmeenergie einkoppeln, beispielsweise über fossile Erhitzungsprozesse. Dadurch lässt sich die Pinch-Point-Beschränkung ganz oder teilweise aufheben. Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen :
Figur 1 ein schematisches Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerks; Figur 2 ein schematisches Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerks;
Figur 3 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Receivereinrichtung; und
Figur 4 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Receivereinrichtung. Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerks, welches in Figur 1 schematisch in Blockschaltbilddarstellung gezeigt und mit 10 bezeichnet ist, umfasst eine Receivereinrichtung 12 für (konzentrierte) Solarstrahlung. Zur Konzentration der Solarstrahlung ist eine Kon- zentratoreinrichtung 14 vorgesehen, welche Solarstrahlung konzentriert und auf einen Fokusbereich der Receivereinrichtung 12 richtet.
Die Konzentratoreinrichtung 14 umfasst beispielsweise ein Heliostatenfeld 16 mit einer Mehrzahl von ausrichtbaren Heliostaten 18. Das solarthermische Kraftwerk 10 weist als ersten Strömungsabschnitt einen ersten (offenen) Kreislauf 20 (Hochtemperatur-Kreislauf) auf. An dem ersten Kreislauf 20 ist eine erste Absorbereinrichtung 22 angeordnet, auf die durch die Konzentratoreinrichtung 14 konzentrierte Solarstrahlung richtbar ist. Die erste Absorbereinrichtung 22 wird untenstehend näher beschrieben.
In dem ersten Kreislauf 20 ist ein Wärmeträgermedium geführt. Die erste Absorbereinrichtung 22 ist für höhere Temperaturen (insbesondere 5000C oder höher) ausgelegt. In dem ersten Kreislauf 20 wird das Wärmeträgermedium an der ersten Absorbereinrichtung 22 erhitzt.
Als Wärmeträgermedium wird beispielsweise Wasser/Dampf, Luft oder ein flüssiges Medium wie beispielsweise eine Salzschmelze eingesetzt. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird als Wärmeträgermedium im ersten Kreislauf 20 Luft verwendet. An dem ersten Kreislauf 20 ist eine Einkopplungseinrichtung 24 angeordnet, durch welche zusätzliche Wärmeenergie (welche beispielsweise durch
Verbrennung von Erdgas erzeugt wird) in den ersten Kreislauf 20 zur Erhitzung des Wärmeträgermediums einführbar ist. Bezogen auf die Strömungsrichtung des Wärmeträgermediums in dem ersten Kreislauf 20 ist der ersten Absorbereinrichtung 22 eine Turbine 26 nachgeschaltet. Die Turbine 26 treibt einen Generator 28 zur Erzeugung eines elektrischen Stroms an. Ferner treibt die Turbine 26 einen Verdichter 30, welcher aus der Umgebung angesaugte Luft (Bezugszeichen 31) verdichtet.
Der Turbine 26 nachgeschaltet ist eine als Ganzes mit 32 bezeichnete Wärmeübertragungseinrichtung, an welcher die Abwärme der Turbine 26 genutzt wird. Die Wärmeübertragungseinrichtung 32 ist mehrstufig ausgebildet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst sie Stufen 34a, 34b, 34c. Diese Stufen sind selber Wärmeübertrager.
Abgekühlte Luft wird an die Umgebung abgegeben. Dies ist in Figur 1 durch das Bezugszeichen 36 angedeutet. Das Kraftwerk 10 hat als zweiten Strömungsabschnitt einen zweiten (geschlossenen) Kreislauf 38 für Wärmeträgermedium. Es kann sich dabei um das gleiche Wärmeträgermedium handeln wie in dem ersten Kreislauf 20 oder um ein von dem Wärmeträgermedium des ersten Kreislaufs verschiedenes Wärmeträgermedium. An dem zweiten Kreislauf 38 ist eine zweite Absorber- einrichtung 40 der Receivereinrichtung 12 angeordnet. Die zweite Absorbereinrichtung 40 ist dabei als Mitteltemperaturabsorber ausgebildet. Der zweite Kreislauf 38 ist auf eine Nutzungstemperatur des Wärmeträgermediums in der Größenordnung von 5000C oder weniger ausgelegt. Diese Nutzungstemperatur ist niedriger als die Nutzungstemperatur des Wärmeträgermediums im ersten Kreislauf 20. Die zweite Absorbereinrichtung 40 ist neben der ersten Absorbereinrichtung 22 angeordnet; die zweite Absorbereinrichtung 40 und die erste Absorbereinrichtung 22 bilden eine Kombination. Sie werden von dem gleichen konzentrierten Strahlungsbündel beaufschlagt. Wenn der Haupt-Fokusbereich der konzentrierten Solarstrahlung an der ersten Absorbereinrichtung 22 liegt, dann liegt die zweite Absorbereinrichtung 40 im Randbereich des Fokus, sodass die
Strahlungsflussdichte, mit welcher die zweite Absorbereinrichtung 40 beaufschlagt ist, kleiner ist als die Strahlungsflussdichte, mit welcher die erste Absorbereinrichtung 22 beaufschlagt ist. Dies wird untenstehend noch weiter erläutert.
An dem zweiten Kreislauf 38 ist ein Wärmeübertrager 42 angeordnet. Dieser Wärmeübertrager 42 ist durch Wärmeträgermedium des zweiten Kreislaufs 38 durchströmbar. An dem zweiten Kreislauf 38 ist ferner eine Speichereinrichtung 44 angeordnet, durch welche Wärme speicherbar ist.
Ein Ausgang der zweiten Absorbereinrichtung 40 ist fluidwirksam mit einem - schaltbaren - Eingang 46 der Speichereinrichtung 44 verbunden. Ein Ausgang 48 der Speichereinrichtung 44 ist fluidwirksam über eine Pumpe 50 mit einem Eingang der zweiten Absorbereinrichtung 40 verbunden. Der Ausgang 48 ist ebenfalls schaltbar.
Zwischen der zweiten Absorbereinrichtung 40 und dem Eingang 46 der Speichereinrichtung 44 ist ein Sperrventil 51 angeordnet. An dem zweiten Kreislauf 38 kann (mindestens) eine Einkopplungsstelle 53 angeordnet sein, über die Wärmeenergie einkoppelbar ist. Beispielsweise lässt sich durch fossile Verbrennung erzeugte Wärme einkoppeln und dadurch das Wärmeträgermedium zusätzlich erhitzen. Dadurch lässt sich die Pinch-Point- Bedingung im zweiten Kreislauf 38 mindestens teilweise aufheben. Der Eingang 46 der Speichereinrichtung 44 ist mit einem Eingang des Wärmeübertragers 42 verbunden. Der Eingang 46 ist, wenn erwärmtes Wärmeträgermedium für die Speichereinrichtung 44 dem Wärmeübertrager 42 bereitgestellt werden soll, als Ausgang schaltbar. Entsprechend ist ein Ausgang des Wärmeübertragers 42 mit dem Ausgang 48 der Speichereinrichtung 44 verbunden, wobei dieser Ausgang 48 dann als Eingang schaltbar ist.
Wenn das Sperrventil 51 offen ist, dann kann in der zweiten Absorbereinrichtung 40 erwärmtes Wärmeträgermedium den Wärmeübertrager 42 zur Wärmeübertragung durchströmen. Gleichzeitig kann die Speichereinrichtung 44 mit erhitztem Wärmeträgermedium gefüllt werden, das heißt die Speichereinrichtung 44 kann thermisch aufgeladen werden.
Wenn das Sperrventil 51 geschlossen ist, dann kann dem Wärmeübertrager 42 erhitztes Wärmeträgermedium aus der Speichereinrichtung 44 bereitgestellt werden.
Als Wärmeträgermedium des zweiten Kreislaufs 38 wird beispielsweise ein Flüssigsalz eingesetzt. Das Kraftwerk 10 umfasst einen dritten Kreislauf 52 für Wärmeträgermedium. Dieser dritte Kreislauf 52 enthält den Wärmeübertrager 42 und ist an den zweiten Kreislauf 38 über den Wärmeübertrager 42 und an den ersten Kreislauf 20 über die Wärmeübertragungseinrichtung 32 gekoppelt. Der Wärmeübertrager 42 ist als Dampferzeuger ausgeführt.
Ein Ausgang des Wärmeübertragers 42 für Wärmeträgermedium, welches durch Wärmeträgermedium im zweiten Kreislauf 38 erwärmbar ist, ist an einen Abscheider 54 fluidwirksam gekoppelt. Ein Ausgang für Fluid des Abscheiders 54 führt über eine Pumpe 58 zu einem Eingang des Wärmeübertragers 42. Ein Ausgang 60 des Abscheiders 54 für Dampf führt zu einem Eingang der Stufe 34a der Wärmeübertragungseinrichtung 32. Entsprechendes Wärmeträgermedium kann die Stufe 34a durchlaufen und dabei erhitzt werden. Ein Ausgang der Stufe 34a ist fluidwirksam mit einer Turbine 60 verbunden, welche wiederum mit einem Generator 62 verbunden ist.
Entspanntes Wärmeträgermedium von der Turbine 60 ist zum Wärmeüber- trager 64 geführt. An diesen ist ein Abkühlkreis 66 mit einem Kühlturm 68 angeschlossen. Dieser Abkühlkreis 66 weist eine Einspeiseeinrichtung 70 auf. An ihm ist ferner eine Pumpe 72 angeordnet.
Von einem Ausgang des Wärmeübertragers 64 führt im dritten Kreislauf 52 eine Leitung zu einem Pufferbehälter bzw. Entgaser 74. Ein Ausgang dieses Pufferbehälters 74 ist mit einer Abzweigungsvorrichtung 76 fluidwirksam verbunden. Ein erster Ausgang 78 der Abzweigungsvorrichtung 76 ist fluidwirksam mit einem Eingang der Stufe 34c verbunden. Es kann dabei eine Pumpe 80 vorgesehen sein. Ein Ausgang der Stufe 34c der Wärmeüber- tragungseinrichtung 32 ist fluidwirksam mit einem Eingang der Abzweigungsvorrichtung 76 verbunden.
Ein zweiter Ausgang 84 der Abzweigungsvorrichtung 76 ist fluidwirksam insbesondere über eine Pumpe 86 mit der Stufe 34b der Wärmeübertragungs- einrichtung 32 verbunden. Ein Ausgang der Stufe 34b ist wiederum fluidwirksam mit einem Eingang des Abscheiders 54 verbunden.
Wärmeträgermedium wie beispielsweise heiße Luft wird durch die erste Absorbereinrichtung 22 erzeugt. Dadurch wird die Turbine 26 im ersten Kreislauf 20 betrieben mit Stromerzeugung am Generator 28. Entspanntes Wärmeträgermedium durchläuft im ersten Kreislauf 20 die Wärmeübertragungseinrichtung 32. Dabei wird Wärmeträgermedium im dritten Kreislauf 52 an den Stufen 34c, 34b und 34a erhitzt. Dieses Wärmeträgermedium im dritten Kreislauf 52 kann an der Turbine 60 entspannen. Da- bei wird elektrischer Strom durch den Generator 62 erzeugt.
Zusätzlich zu der Wärmeübertragungseinrichtung 32 wird das Wärmeträgermedium im dritten Kreislauf 52 durch Ankopplung an den zweiten Kreislauf 38 über die zweite Absorbereinrichtung 40 erhitzt.
Die erste Absorbereinrichtung 22 und die zweite Absorbereinrichtung 40 sind miteinander korreliert; die zweite Absorbereinrichtung 40 ist an einem Randbereich der ersten Absorbereinrichtung 22 angeordnet. Bei einem Ausführungsbeispiel einer Receivereinrichtung 88 (Figur 3) sind die erste Absorbereinrichtung 22 und die zweite Absorbereinrichtung 40 an einem gleichen Träger 90 angeordnet. Dieser Träger 90 ist beispielsweise an einem Turm angeordnet. Die erste Absorbereinrichtung 22 ist beispielsweise als volumetrischer Absorber ausgebildet, welcher eine poröse, direkt von Wärme- trägermedium im ersten Kreislauf 20 durchströmte Struktur aufweist. Er kann beispielsweise auch als Cavity-Receiver ausgebildet sein, bei welchem die absorbierende Struktur in einem entsprechenden Hohlraum installiert ist.
Die erste Absorbereinrichtung 22 weist eine Apertur 92 auf. Die Apertur 92 ist beispielsweise kreisrund. Die zweite Absorbereinrichtung 40 umgibt die Apertur 92.
Die zweite Absorbereinrichtung 40 ist durch eine Mehrzahl von Absorberrohren 94 gebildet. Die Absorberrohre 94 sind dabei die Apertur 92 umgebend ange- ordnet. Es sind insbesondere in entsprechenden Bereichen 96a, 96b usw. jeweils Absorberrohre 94 parallel zueinander angeordnet. Die Verschaltung der Absorberrohre kann dabei grundsätzlich parallel, seriell oder eine Kombination von parallel oder seriell sein.
Die Absorberrohre sind auf ein mittleres Temperaturniveau beispielsweise der Größenordnung 4000C oder niedriger ausgelegt. Sie sind insbesondere selektiv ausgebildet in dem Sinne, dass sie bei hoher solarer Strahlungsabsorption eine niedrige thermische Emission aufweisen. Eine solche selektive Ausbildung ist im Mitteltemperaturbereich optimiert möglich. Wenn konzentrierte Solarstrahlung auf die Apertur 92 gerichtet ist und dabei insbesondere ein Fokalbereich der konzentrierten Solarstrahlung zentral auf die erste Absorbereinrichtung 22 gerichtet ist, dann ist die Strahlungsflussdichte an der zweiten Absorbereinrichtung 40 kleiner als an der ersten Absorbereinrichtung 22. Es lässt sich dadurch Wärmeträgermedium im Vergleich zu dem ersten Kreislauf 20 in dem zweiten Kreislauf 38 auf einem mittleren Temperaturniveau noch effizient erhitzen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Receivereinrichtung, welches in Figur 4 gezeigt und dort mit 98 bezeichnet ist, umfasst einen Turm 100, an welchem eine Absorberkombination 102 mit gemeinsamem Träger 104 angeordnet ist. An dem Träger 104 ist die erste Absorbereinrichtung 22 angeordnet, welche eine Mehrzahl von Absorberfeldern 106a, 106b usw. aufweist. Diese Absorberfelder sind den Träger 104 umgebend angeordnet. Sie sind beispielsweise mittels volumetrischen Receivern gebildet.
Jeweils oberhalb und unterhalb der Absorberfelder 106a, 106b (bezogen auf die Schwerkraftrichtung) sind Absorberrohre 108 der zweiten Absorbereinrichtung 40 angeordnet. Diese Absorberrohre sind dabei parallel ausgerichtet.
Bei der Receivereinrichtung 98 kann konzentrierte Solarstrahlung von allen Seiten her auf die Absorberkombination 102 gerichtet werden. Die zweite Absorbereinrichtung 40 ist an Randbereichen der ersten Absorbereinrichtung 22 auf zwei Seiten, nämlich oberhalb und unterhalb der entsprechenden Absorberfelder 106a, 106b bezogen auf die Schwerkraftrichtung an- geordnet und damit an zwei Randseiten angeordnet. Auch bei dieser Lösung wird ein Teil der Strahlung auf einer Aperturumrandung (entsprechend den Absorberfeldern 106a, 106b usw.) für niedrige Nutzungstemperaturen am Wärmeträgermedium im zweiten Kreislauf 38 genutzt. Wenn ein Brennpunktbereich von konzentrierter Solarstrahlung auf die Absorberkombination 102 in einem oder mehreren der Absorberfelder 106a usw. liegt (und dort insbesondere zentral liegt), dann ist der Strahlungsfluss an den Absorberrohren 108 entsprechend geringer.
Grundsätzlich ist es möglich, dass unterschiedliche Heliostate der Konzentra- toreinrichtung 14 unterschiedlich ausgerichtet werden und entsprechend das Verhältnis eingestellt wird, um eine entsprechende gewünschte Leistungsverteilung zwischen dem ersten Kreislauf 20 (durch Beaufschlagung der ersten Absorbereinrichtung 22) und dem zweiten Kreislauf 38 (durch Beaufschlagung der zweiten Absorbereinrichtung 40) zu erhalten. Es ist dadurch eine An- passung an die Betriebserfordernisse des Wärmekraftprozesses möglich. Bei einer solchen Zielpunktstrategie, welche durch gezielte Ausrichtung einzelner Heliostate 18 erreicht ist, ist eine entsprechende angepasste Einstellung möglich. Das solarthermische Kraftwerk 10 funktioniert wie folgt:
An der Receivereinrichtung 88 oder 98 wird Wärmeträgermedium sowohl in dem ersten Kreislauf 20 mit der ersten Absorbereinrichtung 22 als auch in dem zweiten Kreislauf 38 mit der zweiten Absorbereinrichtung 40 solar erhitzt. Bei entsprechender Ausrichtung von konzentrierter Solarstrahlung auf die erste Absorbereinrichtung 22 liegt der Hauptfokuspunkt bei der ersten Absorbereinrichtung 22. Diese bildet einen Hauptreceiver. Wärmeträgermedium im ersten Kreislauf 20 wird auf hohe Temperaturen (insbesondere 5000C oder höher) erhitzt. Dieses erhitzte Wärmeträgermedium treibt die Turbine 26 an.
Die zweite Absorbereinrichtung 40 erfährt einen geringeren Strahlungsfluss. Sie liegt an dem Randbereich der ersten Absorbereinrichtung 22. An ihr wird Wärmeträgermedium auf eine mittlere Temperatur (insbesondere in der Größenordnung 4000C oder weniger) erhitzt. Dadurch ist es möglich, die zweite Absorbereinrichtung 40 mit ihren Absorberrohren 94, 108 hochselektiv auszubilden mit hoher Strahlungsabsorption und geringer thermischer
Emission.
Bei dem solarthermischen Kraftwerk 10 erhitzt Wärmeträgermedium im zwei- ten Kreislauf 38 Wärmeträgermedium im dritten Kreislauf 52, welches durch Abwärme des ersten Kreislaufs 20 ebenfalls erhitzt wird.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird ein Teil der Solarstrahlung genutzt, welche auf eine Aperturumrandung der Receivereinrichtung 12 trifft. Die Nut- zung im zweiten Kreislauf 38 ist dabei unterschiedlich von der Nutzung im ersten Kreislauf 20. Es wird Wärmeträgermedium auf einer mittleren Temperatur genutzt. Durch die kombinierte Nutzung von Wärmeträgermedium einer hohen Temperatur an dem ersten Kreislauf 20 und einer niedrigeren Temperatur im zweiten Kreislauf 38 lassen sich hohe Wirkungsgrade erzielen.
Die in dem zweiten Kreislauf 38 aufgenommene Leistung wird an dem Wärmeübertrager 42 in den dritten Kreislauf 52 eingekoppelt.
Durch die Integration eines zusätzlichen Receivers, nämlich der zweiten Ab- sorbereinrichtung 40, in den Randbereich des Hauptreceivers, nämlich der ersten Absorbereinrichtung 22, ergibt sich ein solcher erhöhter Wirkungsgrad. Es lässt sich dabei grundsätzlich das gleiche Wärmeträgermedium sowohl in dem ersten Kreislauf 20 als auch in dem zweiten Kreislauf 38 nutzen und es lassen sich unterschiedliche Wärmeträgermedien nutzen. Die erste Absorbereinrichtung 22 lässt sich gezielt verkleinern. Bei entsprechender Ausführung der zweiten Absorbereinrichtung 40 lässt sich der Ge- samtnutzungsgrad steigern.
Es ist dabei grundsätzlich möglich, die thermische Energie in der Speicher- einrichtung 44 zu speichern. Dadurch ist eine zeitlich optimierte Einkopplung der "Mitteltemperatur-Energie" aufgrund der zweiten Absorbereinrichtung 40 in den Kraftwerksprozess möglich.
Wie oben erwähnt, ist eine Zielpunktstrategie anwendbar, um die unterschied- liehen Leistungsanteile bezogen auf die erste Absorbereinrichtung 22 und die zweite Absorbereinrichtung 40 einzustellen.
Bei üblichen Auslegungen von solarthermischen Kraftwerken entsteht ein Verlust in der Größenordnung von 5 % bis 10 % der konzentrierten Solarstrah- lung an der Apertur 92. Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird dieser Verlust stark verringert; auch Bereiche geringerer Strahlungsflussdichte von konzentrierter Solarstrahlung werden genutzt.
Durch die Einkopplung von Mitteltemperatur-Energie in einen Verdampfer des Kraftwerksprozesses, welcher in Figur 1 insbesondere über die Wärmeübertragungseinrichtung 32 realisiert ist, kann beispielsweise die Pinch-Point-Ein- schränkung ganz oder teilweise aufgehoben werden. Dadurch entsteht eine bessere Ausnutzung der Abwärme einer Gasturbine, wenn die Turbine 26 eben als Gasturbine ausgebildet ist. Das Abgas einer solchen Gasturbine 26 kann dann auch auf tiefere Temperaturen abgekühlt werden und die Abgasverluste sinken entsprechend. Durch die Speicherung ist eine Entkopplung der Wärmenutzung vom zeitlichen Anfall der Solarstrahlung möglich. Damit kann ein Wirkungsgradgewinn im Kraftwerksprozess beispielsweise auch nachts nutzbar gemacht werden.
Durch eine angepasste Zielpunktstrategie ist es beispielsweise morgens und abends möglich, wenn der Hochtemperaturprozess in dem ersten Kreislauf 20 aufgrund einer zu niedrigen solaren Strahlungsflussdichte nicht mehr sinnvoll betrieben werden kann, mehr bzw. alle Heliostate 18 auf die zweite Absorber- einrichtung 40 auszurichten. Auf diese Weise kann dann die sonst verlorene Leistung an der ersten Absorbereinrichtung 22 in der zweiten Absorbereinrichtung 40 (und damit im zweiten Kreislauf 38) im Mitteltemperaturbereich nutzbar gemacht werden. Ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerks, welches in Figur 2 schematisch gezeigt und dort mit 110 bezeichnet ist, umfasst ebenfalls eine erste Absorbereinrichtung 22 und eine zweite Absorbereinrichtung 40. Für gleiche Elemente wie beim solarthermischen Kraftwerk 10 werden gleiche Bezugszeichen verwendet.
Die zweite Absorbereinrichtung 40 ist an einem zweiten Kreislauf 112 angeordnet. Dieser zweite Kreislauf 112 ist als Verdampfereinrichtung 114 ausgebildet, wobei die zweite Absorbereinrichtung 40 Teil dieser Verdampfereinrichtung ist. Im zweiten Kreislauf 112 erfolgt eine direkte Dampferzeugung über die zweite Absorbereinrichtung 40. Ein Ausgang der zweiten Absorbereinrichtung 40 ist mit einem Eingang eines Abscheiders 118 für Flüssigkeit verbunden. Ein Ausgang (für Flüssigkeit) des Abscheiders 120 ist fluidwirksam über eine Pumpe 122 mit einem Eingang der zweiten Absorbereinrichtung 40 verbunden.
Wie oben erwähnt, wird in dem zweiten Kreislauf 112 durch die zweite Absorbereinrichtung 40 aus Wärmeträgermedium, welches dann insbesondere Wasser ist, Dampf erzeugt. Dieser Dampf wird über den Abscheider 118 direkt einem dritten Kreislauf 124 bereitgestellt. Der Abscheider 118 ist mit einem Dampfausgang 126 ein Ankopplungspunkt für Mitteltemperatur-Energie des zweiten Kreislaufs 112 an den dritten Kreislauf 124. (Der zweite Kreislauf 112 kann auch als Teil des dritten Kreislaufs 124 angesehen werden; der zweite Kreislauf 112 und der dritte Kreislauf 124 sind nicht voneinander getrennt. Wärmeübertragungsmedium von dem zweiten Kreislauf 112 wird direkt in den dritten Kreislauf 124 und in den Abscheider 118 eingekoppelt.) Dampfförmiges Wärmeträgermedium von dem Dampfausgang 126 des Abscheiders 118 wird der Stufe 34c der Wärmeübertragungseinrichtung 32 zugeführt und dort von Abwärme des ersten Kreislaufs 20 erhitzt. Es wird dann der Turbine 60 zugeführt. Der Strömungslauf von der Turbine 60 bis zu einem Eingang (für Flüssigkeit) in den Abscheider 118 ist gleich wie oben im Zusammenhang mit dem solarthermischen Kraftwerk 10 beschrieben. Ansonsten funktioniert das solarthermische Kraftwerk 110 auch wie das solarthermische Kraftwerk 10. Der Unterschied zu dem solarthermischen Kraftwerk 10 liegt darin, dass keine Speichereinrichtung vorgesehen ist und an dem zweiten Kreislauf 112 (als Teil des dritten Kreislaufs 124) eine Direktverdampfung von Wärmeträgermedium vorgesehen ist.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der erste Strömungs- abschnitt als offener Kreislauf ausgestaltet und der zweite Strömungsabschnitt als geschlossener Kreislauf. Es ist auch möglich, dass beispielsweise der erste Strömungsabschnitt als geschlossener Kreislauf ausgestaltet ist, oder der zweite Strömungsabschnitt als offener Kreislauf ausgestaltet ist. Bei einer Ausführungsform folgt der erste Strömungsabschnitt in Strömungsrichtung des Wärmeträgermediums auf den zweiten Strömungsabschnitt und diese sind fluidwirksam miteinander verbunden. Der erste Strömungsabschnitt und der zweite Strömungsabschnitt können dabei zusammen einen Kreislauf bilden. Insbesondere lässt sich dann an dem zweiten Strömungsabschnitt eine Vorwärmung von Wärmeträgermedium an der zweiten Absorbereinrichtung durchführen und eine weitere Erhitzung dieses vorgewärmten Wärmeträger- mediums erfolgt dann in dem ersten Strömungsabschnitt an der ersten Absorbereinrichtung. Beispielsweise kann der zweite Strömungsabschnitt einen Verdampferabschnitt bilden, wobei verdampftes Wärmeträgermedium in dem ersten Strömungsabschnitt an der ersten Absorbereinrichtung überhitzt wird. Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist als Arbeitsmedium für den Wärmekraftprozess an einer Turbine das Wärmeträgermedium eingesetzt. Es ist grundsätzlich auch möglich, dass das Wärmeträgermedium nicht direkt als Arbeitsmedium eingesetzt wird, sondern in einem Wärmeübertragungs- prozess Arbeitsmedium erhitzt, welches dann in dem Wärmekraftprozess ein- gesetzt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Solarthermisches Kraftwerk, umfassend eine erste Absorbereinrichtung (22), einen ersten Strömungsabschnitt (20) für Wärmeträgermedium, an welchem die erste Absorbereinrichtung (22) angeordnet ist, eine zweite Absorbereinrichtung (40), und einen zweiten Strömungsabschnitt (38; 112) für Wärmeträgermedium, an welchem die zweite Absorbereinrichtung (40) angeordnet ist, wobei die zweite Absorbereinrichtung (40) an einem Randbereich der ersten Absorbereinrichtung (22) angeordnet ist.
2. Solarthermisches Kraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Wärmeträgermedium im zweiten Strömungsabschnitt (38; 112) eine niedrigere Nutzungstemperatur als Wärmeträgermedium im ersten Strömungsabschnitt (20) aufweist.
3. Solarthermisches Kraftwerk nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Konzentratoreinrichtung (14) für Solarstrahlung, durch welche konzentrierte Solarstrahlung auf die erste Absorbereinrichtung (22) und/oder die zweite Absorbereinrichtung (40) richtbar ist.
4. Solarthermisches Kraftwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentratoreinrichtung ein Heliostatenfeld (16) mit einer Mehrzahl von Heliostaten (18) umfasst, wobei eine Einstellung der Ausrichtung von Heliostaten (18) im Verhältnis auf die erste Absorbereinrichtung (22) und die zweite Absorbereinrichtung (40) vorgesehen ist.
5. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Absorbereinrichtung (40) an einem Randbereich einer Apertur (92) der ersten Absorbereinrichtung (22) angeordnet ist.
6. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Absorberbereiche der zweiten Absorbereinrichtung (40) an mindestens zwei Randseiten der ersten Absorbereinrichtung (22) angeordnet sind.
7. Solarthermisches Kraftwerk nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Absorbereinrichtung (40) die erste Absorbereinrichtung (22) umgibt.
8. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die zweite Absorbereinrichtung (40) und die erste Absorbereinrichtung (22) mit konzentrierter Solarstrahlung beaufschlagt und ein Maximum der Strahlungsflussdichte an der ersten Absorbereinrichtung (22) liegt, die zweite Absorbereinrichtung (40) an einem Ort mit erniedrigter Strahlungsflussdichte bezüglich des Maximums angeordnet ist.
9. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Absorbereinrichtung (22) und die zweite Absorbereinrichtung (40) an einem gemeinsamen Träger (90) angeordnet sind.
10. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Absorbereinrichtung (40) auf eine Nutzungstemperatur in der Größenordnung von 5000C oder weniger ausgelegt ist.
11. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Absorbereinrichtung (22) auf eine Nutzungstemperatur in der Größenordnung von 5000C oder mehr ausgelegt ist.
12. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Absorbereinrichtung (40) eine Mehrzahl von Absorberrohren (94; 108) umfasst.
13. Solarthermisches Kraftwerk nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens bereichsweise Absorberrohre (94; 108) parallel angeordnet sind.
14. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Absorbereinrichtung (22) als Hochtemperaturreceiver und die zweite Absorbereinrichtung (40) als Mitteltemperaturreceiver ausgelegt sind.
15. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Absorbereinrichtung (40) und die erste Absorbereinrichtung (22) an einem Turm (100) angeordnet sind.
16. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Absorbereinrichtung (22) einen volumetrischen Receiver oder Cavity-Receiver umfasst.
17. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten Strömungsabschnitt (20) mindestens eine Turbine (26) angeordnet ist.
18. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem zweiten Strömungsabschnitt (112) eine Verdampfereinrichtung (114) angeordnet ist.
19. Solarthermisches Kraftwerk nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Absorbereinrichtung (40) von der Verdampfereinrichtung (114) umfasst ist und eine Direktverdampfung von Wärmeträgermedium erfolgt.
20. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Strömungsabschnitt (38; 112) an einen dritten Strömungsabschnitt (52) für Wärmeträgermedium gekoppelt ist oder von einem Strömungsabschnitt (124) für Wärmeträgermedium umfasst ist.
21. Solarthermisches Kraftwerk nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass in dem dritten Strömungsabschnitt (52) ein Wärmeträgermedium strömt, welches durch Wärmeträgermedium des zweiten Strömungsabschnitts (38) erwärmbar ist.
22. Solarthermisches Kraftwerk nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Strömungsabschnitt (52) oder der Strömungsabschnitt (124), von welchem der zweite Strömungsabschnitt (38; 112) umfasst ist, ein Kreislauf ist.
23. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten Strömungsabschnitt (20) und/oder an dem zweiten Strömungsabschnitt (38) eine Speichereinrichtung (44) angeordnet ist.
24. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Wärmeübertragungseinrichtung (32), welche an dem ersten Strömungsabschnitt (20) angeordnet ist und welche von Wärmeträgermedium des zweiten Strömungsabschnitts (112) oder von Wärmeträgermedium des zweiten Strömungsabschnitts (38) erhitztem Wärmeträgermedium durchströmt ist.
25. Solarthermisches Kraftwerk nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertragungseinrichtung (32) mindestens eine Turbine (60) nachgeschaltet ist.
26. Solarthermisches Kraftwerk nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungseinrichtung (32) mehrstufig ist.
27. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeübertragungseinrichtung (32) an einen Strömungsabschnitt (52; 124) gekoppelt ist, in welchem Abwärme von Wärmeträgermedium des ersten Strömungsabschnitts (20) genutzt ist und an welchem mindestens eine Turbine (60) angeordnet ist.
28. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strömungsabschnitt (20) und/oder der zweite Strömungsabschnitt (38; 112) ein Kreislauf ist.
29. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Strömungsabschnitt mit dem ersten Strömungsabschnitt fluidwirksam verbunden ist, wobei in Strömungsrichtung des Wärmeträgermediums der erste Strömungsabschnitt auf den zweiten Strömungsabschnitt folgt.
30. Solarthermisches Kraftwerk nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Strömungsabschnitt ein Vorwärmebereich für den ersten Strömungsabschnitt ist.
31. Solarthermisches Kraftwerk nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Strömungsabschnitt ein Verdampferabschnitt ist und der erste Strömungsabschnitt ein auf den Verdampferabschnitt erfolgender Überhitzerabschnitt ist.
32. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium ein Arbeitsmedium für einen Wärmekraftprozess ist oder ein solches in einem Wärmeübertragungsvorgang erhitzt.
33. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem zweiten Strömungsabschnitt (38) mindestens eine Einkopplungsstelle (53) angeordnet ist.
* * *
PCT/EP2010/059808 2009-07-13 2010-07-08 Solarthermisches kraftwerk WO2011006831A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009033951A DE102009033951A1 (de) 2009-07-13 2009-07-13 Solarthermisches Kraftwerk
DE102009033951.5 2009-07-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2011006831A2 true WO2011006831A2 (de) 2011-01-20
WO2011006831A3 WO2011006831A3 (de) 2012-03-15

Family

ID=43382883

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2010/059808 WO2011006831A2 (de) 2009-07-13 2010-07-08 Solarthermisches kraftwerk

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102009033951A1 (de)
WO (1) WO2011006831A2 (de)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1519108A1 (de) 2003-09-25 2005-03-30 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur Erzeugung von überhitztem Dampf, Dampferzeugungsstufe für ein Kraftwerk und Kraftwerk
EP1519181A1 (de) 2003-09-26 2005-03-30 Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha System zur Erkennung eines Schadens in einem strukturellen Verbundmaterial und Verfahren dazu

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4117682A (en) * 1976-11-01 1978-10-03 Smith Otto J M Solar collector system
DE2937529C2 (de) * 1979-09-17 1983-05-11 Kraftwerk Union AG, 4330 Mülheim Sonnenkraftwerk
DE10239700B3 (de) * 2002-08-29 2004-05-27 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Solarempfänger für ein solarthermisches Kraftwerk
DE10248068B4 (de) * 2002-10-11 2007-09-27 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Anlage zur solarthermischen Dampferzeugung und Verfahren zur solarthermischen Erzeugung von Dampf
ES2547359T3 (es) * 2007-06-07 2015-10-05 Abengoa Solar New Technologies, S.A. Planta de concentración solar para producción de vapor sobrecalentado

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1519108A1 (de) 2003-09-25 2005-03-30 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur Erzeugung von überhitztem Dampf, Dampferzeugungsstufe für ein Kraftwerk und Kraftwerk
EP1519181A1 (de) 2003-09-26 2005-03-30 Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha System zur Erkennung eines Schadens in einem strukturellen Verbundmaterial und Verfahren dazu

Also Published As

Publication number Publication date
DE102009033951A1 (de) 2011-01-20
WO2011006831A3 (de) 2012-03-15
DE102009033951A9 (de) 2011-06-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2521861B1 (de) Solarthermisches kraftwerk mit indirekter verdampfung und verfahren zum betrieb eines solchen solarthermischen kraftwerks
DE10329623B3 (de) Verfahren zur solarthermischen Gewinnung elektrischer Energie und solarthermisches Kraftwerk
EP2419634B1 (de) Dampfkraftwerk mit solarkollektoren
DE19651645C2 (de) Verfahren zur Nutzung von Solarenergie in einem Gas- und Dampf-Kraftwerk und Gas- und Dampf-Kraftwerk
EP1984624B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur gezielten erhöhung der elektrischen energieerzeugung eines solarthermischen kraftwerks
DE102009038446B4 (de) Solarthermisches Kraftwerk mit Wärmetauscher in der Speisewasservorwärmstrecke
WO2008113798A2 (de) Verfahren und vorrichtung zur zwischenüberhitzung bei solarer direktverdampfung in einem solarthermischen kraftwerk
DE102007013430B9 (de) Solarthermisches Kraftwerk und Verfahren zum Betreiben eines solarthermischen Kraftwerks
EP1820965A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Regelung eines solaren Energieertrags in einem solarthermischen Kraftwerk
DE10128562C1 (de) Solarthermisches Kraftwerk und Verfahren zur Umwandlung von thermischer Energie in mechanische/elektrische Energie in einem solarthermischen Kraftwerk
DE10144841C1 (de) Solarthermisches Gas- und Dampfkraftwerk und Verfahren zur Umwandlung von thermischer Energie in elektrische Energie
DE10152971C1 (de) Solarthermisches Kraftwerk und Regelungsverfahren für ein solarthermisches Kraftwerk
WO2015003898A1 (de) Vorwärmsystem und verfahren mit einem solchen vorwärmsystem
DE102015100568B4 (de) Wärmespeichereinrichtung
WO2011006831A2 (de) Solarthermisches kraftwerk
WO2012028512A2 (de) Solarthermischer durchlaufdampferzeuger für die direktverdampfung insbesondere in einem solarturm-kraftwerk
WO2012028494A2 (de) Solarthermische durchlaufverdampfer-heizfläche mit lokaler querschnittsverengung an ihrem eintritt
DE3226167C2 (de) Sonnenenergie-Umwandlungsanlage
DE102018217772B3 (de) Solaranlage sowie Verfahren zum solaren Betrieb einer endothermen Reaktion eines thermochemischen Reaktionsmaterials
WO2012028514A2 (de) Solarthermischer absorber zur direktverdampfung, insbesondere in einem solarturm-kraftwerk
WO2012028502A2 (de) Solarthermischer durchlaufdampferzeuger mit einem dampfabscheider und nachgeschaltetem sternverteiler für solarturm-kraftwerke mit direkter verdampfung
EP2177757A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Zwischenüberhitzung mit Sattdampf bei solarer Direktverdampfung in einem solarthermischen Kraftwerk
WO2012028517A2 (de) Solarthermischer durchlaufverdampfer
DE102012103621A1 (de) Solarthermisches Kraftwerk mit elektrisch beheiztem Wärmespeicher
DE102012201188B4 (de) Verfahren zum Warmhalten eines Wärmeträgermediums beim Stillstand einer solarthermischen Kraftwerksanlage

Legal Events

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

Ref document number: 10728726

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10728726

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2