WO2012025284A1 - Verfahren zum betreiben einer dampfturbine eines solarthermischen kraftwerkes sowie kesselanlage zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer dampfturbine eines solarthermischen kraftwerkes sowie kesselanlage zur durchführung des verfahrens Download PDF

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WO2012025284A1
WO2012025284A1 PCT/EP2011/061378 EP2011061378W WO2012025284A1 WO 2012025284 A1 WO2012025284 A1 WO 2012025284A1 EP 2011061378 W EP2011061378 W EP 2011061378W WO 2012025284 A1 WO2012025284 A1 WO 2012025284A1
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steam
superheater
heated
evaporator
turbine
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PCT/EP2011/061378
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Bernd Gericke
Stephan KÖBERLE
Jürgen Müller
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Thyssenkrupp Xervon Energy Gmbh
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Publication date
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    • 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
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • 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
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    • 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
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    • 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 method for operating a steam turbine of a solar thermal power plant and to a boiler system suitable for carrying out the method.
  • solar radiation is mirrored by collectors with the help of a concentrator and focused specifically on a location in which thereby high temperatures.
  • the concentrated heat can be dissipated and used to operate thermal engines that drive a generator to generate electricity.
  • Different types of solar thermal system are known, which differ in terms of the state of aggregation of the heat carrier and the operating temperature of the heat carrier.
  • parabolic trough systems These have large numbers of parabolic mirrors that focus sunlight along a focal line.
  • an absorber line is arranged, which is flowed through by a liquid heat transfer medium.
  • the heat carrier used is usually a thermal oil, which is heated to about 400 ° C. by focusing the sunlight.
  • the liquid heat carrier has a very high energy density.
  • the heat transfer medium is not suitable for generating superheated high-pressure steam, which is required for energy-efficient operation of a steam turbine in a power plant process. For a conventionally fired steam
  • the invention has for its object to provide an energy-efficient method for operating a steam turbine of a solar thermal power plant.
  • typical power plant turbines z. B. a 100 MW power plant to operate with optimal steam parameters and large steam mass flows.
  • the object of the invention and solution of this problem is a method according to claim 1.
  • a liquid heat carrier heated to a temperature of 300 ° C. to 450 ° C. by solar energy is used in a first process.
  • saturated steam that is, saturated steam used.
  • saturated steam is supplied to a superheater in which superheated steam is generated by heat exchange with a heated by solar energy to a temperature of about 550 ° C gaseous heat transfer medium.
  • the cooled by heat exchange in the superheater gaseous heat transfer medium is used in a second evaporator for generating water vapor, which is also supplied to the superheater. With the superheated steam exiting the superheater, a steam turbine is driven.
  • the inventive method makes each of the special advantages of a liquid heat carrier, which is obtained at a temperature level of less than 450 ° C, and the specific advantages of a gaseous heat carrier, which has been heated in a solar thermal system to temperatures of mostly more than 700 ° C. , advantage.
  • the inventive method allows the effective utilization of two heating media in different physical states and at different temperature levels in a common water-steam cycle.
  • a large energy density of the liquid heat transfer medium is used to generate the largest part of the steam mass flow required for economic operation of a steam turbine.
  • the resulting at a high temperature gaseous heat transfer medium is used to overheat the steam in a sufficient for the steam turbine process.
  • the method according to the invention is used as a steam turbine, a two-stage turbine plant with a high-pressure stage and a medium-pressure stage.
  • the overheated steam leaving the superheater is fed to the high-pressure stage of the turbine system as high-pressure steam, the high-pressure steam having a pressure of more than 100 bar, which is usual for steam turbine processes.
  • the leaving steam is heated in a reheater and superheated medium pressure steam, z. B. supplied with a pressure of 30 to 40 bar the medium-pressure stage of the steam turbine.
  • the reheater is operated with the exiting from the superheater gaseous heat carrier, the gaseous heat carrier is then used for saturated steam generation.
  • the mass flow of the saturated steam generated here is, however, usually smaller than the mass flow, which is generated by heat exchange with the liquid heat carrier.
  • the steam expanded in the steam turbine is liquefied in the condenser and can be recycled as feed water into the two evaporators.
  • the feed water is preheated by heat exchange with the gaseous heat transfer medium and in a second feedwater preheater by heat exchange with the liquid heat carrier in a first feed water preheater.
  • the feedwater preheaters can be connected in series or in parallel.
  • evaporator circulation evaporator preferably natural circulation evaporator, are used, which are integrated into a common water and steam cycle.
  • the liquid heat carrier can be heated in a solar field of mirrors, which focus sunlight at a point or along a route, or in a memory associated with the solar field and is incident at an operating temperature of mostly about 400 ° C.
  • the gaseous carrier can be heated in a volumetric radiation receiver, which is heated by a bundled solar radiation or heated in a memory associated with the radiation receiver, and precipitates at a temperature of more than 700 ° C.
  • the solar thermal systems are equipped with an
  • a solar thermal power plant can be operated economically as a base load power plant.
  • the inventive method makes it possible to operate the steam turbine of a power plant with typical steam plant parameters. Existing or only slightly modifiable power plant turbines can be used. It is also within the scope of the invention to modernize older parabolic trough power plants by connecting a solar tower unit, thereby increasing both the power of the parabolic trough power plant and its efficiency.
  • the invention furthermore relates to a boiler installation according to claim 8 suitable for carrying out the method described.
  • Claims 9 to 11 relate to advantageous configurations of this boiler installation.
  • FIG. 1 shows a boiler system for operating a steam turbine of a solar thermal power plant
  • Fig. 2 shows the representation of the water-steam cycle of the process shown in Fig. 1 in a T-s diagram.
  • the boiler system 1 shown in FIG. 1 comprises two functional units 2, 3.
  • a first functional unit 2 is operated with a liquid heat carrier 4 heated to a temperature of 300 ° C. to 450 ° C. and comprises a first evaporator 5 and a feedwater preheater 6 liquid
  • Heat transfer medium consists of a thermal oil, which in a z. B. equipped with parabolic troughs solar field or in a solar field associated memory has been heated to a temperature of about 400 ° C.
  • the second functional unit 3 of the boiler installation 1 shown schematically in FIG. 1 is operated with a gaseous heat transfer medium 7 heated to a temperature of above 550 ° C.
  • the gaseous heat transfer medium 7 is, for example, hot air, the z. B. has been heated in a volumetric radiation re- DCver or in a radiation receiver associated memory.
  • the operated with the gaseous heat transfer medium 7 second functional unit 3 comprises at least one superheater 8 and a second evaporator 9.
  • a reheater 10 and a second feedwater preheater 1 1 are provided in the embodiment.
  • the heated by solar energy liquid heat transfer medium 4 is supplied to the evaporator 5 of the first functional unit 2 and used to generate saturated steam 12.
  • the saturated steam 12 is supplied to the superheater 8 of the second functional unit 3, in which superheated steam is generated by heat exchange with the gaseous heat carrier 7.
  • the cooled in the superheater 8 by heat exchange gaseous heat carrier 7 is used in the evaporator 9 of the second functional unit 3 for generating saturated steam 12 ', said saturated steam 12' is also supplied to the superheater 8. From the superheater 8 exits a superheated steam 13 and drives a steam turbine 14, to which a generator 15 is connected to generate electricity.
  • the steam turbine 14 used is a two-stage turbine system with a high-pressure stage HD and a medium-pressure stage MD.
  • the superheater 8 leaving superheated steam 13 is fed as high-pressure steam of the high-pressure stage HD of the steam turbine 14.
  • the steam leaving the high pressure stage HD 16 is heated in the reheater 10 of the second functional unit 3 and as superheated medium pressure steam 17th
  • the medium-pressure stage MD of the steam turbine 14 is supplied.
  • the reheater is operated with the exiting from the superheater 8 gaseous heat transfer medium 7.
  • the gaseous heat transfer medium 7 leaving the reheater 10 is fed to the second evaporator 9 and used to generate saturated steam.
  • the steam expanded in the steam turbine 14 is liquefied in the condenser 20 and fed back as feed water 18 into the two evaporators 5, 9, wherein the feed water 18 in the feedwater preheater 11 is replaced by heat exchange with the gaseous heat carrier 7 and in the feedwater preheater 6 by heat exchange is preheated with the liquid heat carrier 4.
  • evaporator 5 9 circulation evaporator, preferably natural circulation evaporator, are used, which are integrated into a common water and steam cycle.
  • the water-steam cycle is shown in a simplified Ts diagram (T: temperature; s: entropy).
  • T temperature; s: entropy
  • the surfaces describe the energy that is transferred by heat exchange to the material flows water / steam.
  • the area A represented by cross-hatching represents the energy transferred in the first functional unit, the area Ai illustrating the heat transfer in the feedwater preheater 6 and the area A2 depicting the heat transfer in the first evaporator 5.
  • the heat energy of the evaporator 9 of the second functional unit was not shown to simplify and to produce a better overview. This falsifies the representation only minimally, since the main part of the vapor is generated in the evaporator 5 of the first functional unit.
  • the surfaces B marked with a diagonal hatch illustrate the energy which is transferred from the gaseous heat carrier 7 to the water or the steam.
  • the area B1 relates to the energy
  • the dashed line 19 shows the water vapor saturation line. It is clear from the illustration that the greater part of the energy required for evaporation is transmitted in the first functional unit 2 and is provided by the liquid heat transfer medium 4 obtained at a lower temperature, while the energy required for superheating is provided by the gaseous heat carrier 7 and in the second functional unit 3 is transferred to the water-steam system.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine eines solarthermischen Kraftwerkes. Ein durch Solarenergie auf eine Temperatur von 300°C bis 450°C erwärmter flüssiger Wärmeträger (4) wird in einem ersten Verdampfer (5) zur Erzeugung von Sattdampf (12) benutzt. Der Sattdampf (12) wird einem Überhitzer (8) zugeführt, in dem durch Wärmeaustausch mit einem durch Solarenergie auf eine Temperatur von über 700° C aufgeheizten gasförmigen Wärmeträger (7) überhitzter Dampf (13) erzeugt wird. Der im Überhitzer (8) durch Wärmeaustausch abgekühlte gasförmige Wärmeträger (7) wird in einem zweiten Verdampfer (9) zur Erzeugung von Sattdampf (12') genutzt, der ebenfalls dem Überhitzer (8) zugeführt wird. Mit dem aus dem Überhitzer (8) austretenden überhitzten Dampf (13) wird eine Dampfturbine (14) angetrieben.

Description

Kraftwerkes sowie Kesselanlage zur Durchführung des Verfahrens
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine eines solarthermischen Kraftwerkes sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Kesselanlage. In solarthermischen Kraftwerken wird die Sonnenstrahlung durch Kollektoren mit Hilfe eines Konzentrators gespiegelt und gezielt auf einen Ort fokussiert, in welchem dadurch hohe Temperaturen entstehen. Die konzentrierte Wärme kann abgeführt und zum Betrieb von thermischen Kraftmaschinen verwendet werden, die einen Generator zur Stromerzeugung antreiben. Dabei sind unter- schiedliche Bauformen der solarthermischen Anlage bekannt, die sich hinsichtlich des Aggregatzustandes des Wärmeträgers sowie der Betriebstemperatur des Wärmeträgers unterscheiden.
Verbreitet sind insbesondere Parabolrinnensysteme. Diese weisen Parabol- Spiegel in großer Anzahl auf, die das Sonnenlicht entlang einer Brennlinie konzentrieren. In der Brennlinie ist eine Absorberleitung angeordnet, die von einem flüssigen Wärmeträger durchströmt wird. Als Wärmeträger wird zumeist ein Thermoöl verwendet, welches durch die Fokussierung des Sonnenlichtes auf etwa 400° C erhitzt wird. (DE 10 2008 037 71 1 A1 ) Wesentliche höhere Tempe- raturen sind unter anderem deshalb nicht erreichbar, da bei sehr hohen Temperaturen eine Schädigung des Thermoöls. z. B. durch Cracken, zu befürchten ist. Der flüssige Wärmeträger besitzt eine sehr hohe Energiedichte. Allerdings eignet sich der Wärmeträger nicht zur Erzeugung von überhitztem Hochdruckdampf, der für einen energieeffizienten Betrieb einer Dampfturbine in einem Kraftwerksprozess benötigt wird. Die für ein konventionell befeuertes Dampf-
kraftwerk typischen Dampfparameter können mit einem solarthermisch erhitzten Thermoöl nicht erzeugt werden.
Daneben sind Solarturmkraftwerke bekannt. H ierbei wird die einfallende Sonnenstrahlung von Heliostaten oder Kollektoren beispielsweise auf einen Solarempfänger gebündelt, der aus einer Vielzahl von keramischen Absorberkörpern zusammengesetzt ist. Die auf den Absorberkörper auftreffende konzentrierte Solarstrahlung erzeugt Temperaturen in den Absorberkörpern, die 1000° C und mehr erreichen können. Durch das poröse Absorbermaterial wird Umgebungsluft gesaugt, welche sich dabei auf hohe Temperaturen erwärmt. Die heiße Luft bildet einen gasförmigen Wärmeträger, der in der Praxis mit einer Temperatur von über 700° C anfällt und in einem nachgeschalteten Wärmekraftprozess zur Dampferzeugung genutzt wird. (DE 101 49 806 C2, DE 1 97 44 541 C2). Aufgrund der hohen Temperatur des gasförmigen Wärme- trägers können Dampfparameter realisiert werden, die in konventionell gefeuerten Dampfkraftwerken üblich sind. Aufgrund der geringen Energiedichte des gasförmigen Wärmeträgers lässt sich allerdings nur ein verhältnismäßig geringer Dampfmassenstrom realisieren, so dass übliche Kraftwerksturbinen zumindest nicht wirtschaftlich betrieben werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein energieeffizientes Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine eines solarthermischen Kraftwerkes anzugeben. Insbesondere soll es mit dem Verfahren möglich sein, typische Kraftwerksturbinen, z. B. eines 100 MW-Kraftwerkes, mit optimalen Dampfparametern und großen Dampfmassenströmen zu betreiben.
Gegenstand der Erfindung und Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren nach Anspruch 1 . Erfindungsgemäß wird ein durch Solarenergie auf eine Temperatur von 300° C bis 450° C erwärmter flüssiger Wärmeträger in einem ersten Ver-
dampfer zur Erzeugung von Sattdampf, das heißt gesättigtem Wasserdampf, genutzt. Der Sattdampf wird einem Überhitzer zugeführt, in dem durch Wärmeaustausch mit einem durch Solarenergie auf eine Temperatur von über 550° C aufgeheiztem gasförmigen Wärmeträger überhitzter Dampf erzeugt wird. Der im Überhitzer durch Wärmeaustausch abgekühlte gasförmige Wärmeträger wird in einem zweiten Verdampfer zur Erzeugung von Wasserdampf genutzt, der ebenfalls dem Überhitzer zugeführt wird. Mit dem aus dem Überhitzer austretenden überhitzten Dampf wird eine Dampfturbine angetrieben. Das erfindungsgemäße Verfahren macht sich jeweils die speziellen Vorteile eines flüssigen Wärmeträgers, der auf einem Temperaturniveau von weniger als 450° C anfällt, und die spezifischen Vorteile eines gasförmigen Wärmeträgers, der in einer solarthermischen Anlage auf Temperaturen von zumeist mehr als 700° C aufgeheizt worden ist, zu Nutze. Das erfindungsgemäße Ver- fahren ermöglicht die effektive Ausnutzung von zwei Heizmedien in unterschiedlichen Aggregatzuständen und auf unterschiedlichen Temperaturniveaus in einem gemeinsamen Wasser-Dampf-Kreislauf. Eine große Energiedichte des flüssigen Wärmeträgers wird genutzt, um den größten Teil des für einen wirtschaftlichen Betrieb einer Dampfturbine benötigten Dampfmassestroms zu er- zeugen. Der bei einer hohen Temperatur anfallende gasförmige Wärmeträger wird genutzt, um den Wasserdampf in einem für den Dampfturbinenprozess ausreichenden Maße zu überhitzen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Dampfturbine eine zweistufige Turbinenanlage mit einer Hochdruckstufe und einer Mitteldruckstufe verwendet. Der den Überhitzer verlassende überhitzte Dampf wird der Hochdruckstufe der Turbinenanlage als Hochdruckdampf zugeführt, wobei der Hochdruckdampf einen für Dampfturbinenprozesse üblichen Druck von mehr als 100 bar weist. Der die Hochdruckstufe ver-
lassende Dampf wird in einem Zwischenüberhitzer aufgeheizt und als überhitzter Mitteldruckdampf, z. B. mit einem Druck von 30 bis 40 bar der Mitteldruckstufe der Dampfturbine zugeführt. Der Zwischenüberhitzer wird mit dem aus dem Überhitzer austretenden gasförmigen Wärmeträger betrieben, wobei der gasförmige Wärmeträger anschließend noch zur Sattdampferzeugung genutzt wird. Der Massestrom des hierbei erzeugten Sattdampfes ist allerdings zumeist kleiner als der Massestrom, der durch Wärmeaustausch mit dem flüssigen Wärmeträger erzeugt wird. Der in der Dampfturbine entspannte Dampf wird im Kondensator verflüssigt und kann als Speisewasser in die beiden Verdampfer zurückgeführt werden. Zweckmäßig wird das Speisewasser in einem ersten Speisenwasservorwärmer durch Wärmeaustausch m it dem gasförmigen Wärmeträger und in einem zweiten Speisewasservorwärmer durch Wärmeaustausch mit dem flüssigen Wärmeträger vorgewärmt. Die Speisewasservorwärmer können hintereinander oder auch parallel geschaltet werden.
Als Verdampfer werden Umlaufverdampfer, vorzugsweise Naturumlaufverdampfer, verwendet, die in einen gemeinsamen Wasser- und Dampf-Kreislauf eingebunden sind.
Der flüssige Wärmeträger kann in einem Solarfeld aus Spiegeln, welche Sonnenlicht an einem Punkt oder entlang einer Strecke fokussieren, oder in einem dem Solarfeld zugeordneten Speicher aufgeheizt werden und fällt mit einer Betriebstemperatur von zumeist etwa 400° C an. Der gasförmige Träger kann in einem volumetrischen Strahlungsreceiver, der durch eine gebündelte Solarstrahlung erwärmt wird oder in einem dem Strahlungsreceiver zugeordneten Speicher aufgeheizt werden und fällt bei einer Temperatur von mehr als 700° C an. Üblicherweise sind die solarthermischen Anlagen mit einem Ener-
giespeicher ausgestattet. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein solarthermisches Kraftwerk als Grundlastkraftwerk wirtschaftlich betrieben werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die Dampfturbine eines Kraftwerkes mit kraftwerkstypischen Dampfparametern zu betreiben . Es können vorhandene oder nur leicht zu modifizierende Kraftwerksturbinen verwendet werden. Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, ältere Parabolrinnenkraftwerke durch Zuschaltung einer Solarturmeinheit zu modernisieren und dadurch so- wohl die Leistung des Parabolrinnenkraftwerks als auch dessen Wirkungsgrad zu steigern.
Gegenstand der Erfindung ist ferner eine zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens geeignete Kesselanlage nach Anspruch 8. Die Ansprüche 9 bis 1 1 betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Kesselanlage.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigen schematisch: Fig. 1 eine Kesselanlage zum Betreiben einer Dampfturbine eines solarthermischen Kraftwerkes,
Fig. 2 die Darstellung des Wasser-Dampf-Kreislaufes des in Fig. 1 dargestellten Prozesses in einem T-s-Diagramm..
Die in Fig. 1 dargestellte Kesselanlage 1 umfasst zwei Funktionseinheiten 2, 3. Eine erste Funktionseinheit 2 wird mit einem auf eine Temperatur von 300° C bis 450° C erwärmten flüssigen Wärmeträger 4 betrieben und umfasst einen ersten Verdampfer 5 sowie einen Speisewasservorwärmer 6. Der flüssige
Wärmeträger besteht aus einem Thermoöl, welches in einem z. B. mit Parabol- rinnen ausgestatteten Solarfeld oder in einem dem Solarfeld zugeordneten Speicher auf eine Temperatur von etwa 400° C aufgeheizt worden ist. Die zweite Funktionseinheit 3 der in Fig. 1 schematisch dargestellten Kesselanlage 1 wird mit einem auf eine Temperatur von über 550° C aufgeheizten gasförmigen Wärmeträger 7 betrieben. Bei dem gasförmigen Wärmeträger 7 handelt es sich beispielsweise um heiße Luft, die z. B. in einem volumetrischen Strah- lungsreceiver oder in einem dem Strahlungsreceiver zugeordneten Speicher aufgeheizt worden ist. Die mit dem gasförmigen Wärmeträger 7 betriebene zweite Funktionseinheit 3 umfasst zumindest einen Überhitzer 8 sowie einen zweiten Verdampfer 9. Zusätzlich sind im Ausführungsbeispiel ein Zwischenüberhitzer 10 sowie ein zweiter Speisewasservorwärmer 1 1 vorgesehen. Der durch Solarenergie erwärmte flüssige Wärmeträger 4 wird dem Verdampfer 5 der ersten Funktionseinheit 2 zugeführt und zur Erzeugung von Sattdampf 12 genutzt. Der Sattdampf 12 wird dem Überhitzer 8 der zweiten Funktionseinheit 3 zugeführt, in dem durch Wärmeaustausch mit dem gasförmigen Wärmeträger 7 überhitzter Dampf erzeugt wird. Der im Überhitzer 8 durch Wärmeaustausch abgekühlte gasförmige Wärmeträger 7 wird in dem Verdampfer 9 der zweiten Funktionseinheit 3 zur Erzeugung von Sattdampf 12' verwendet, wobei dieser Sattdampf 12' ebenfalls dem Überhitzer 8 zugeführt wird. Aus dem Überhitzer 8 tritt ein überhitzter Dampf 13 aus und treibt eine Dampfturbine 14 an, an die ein Generator 15 zur Stromerzeugung angeschlossen ist.
Im Ausführungsbeispiel wird als Dampfturbine 14 eine zweitstufige Turbinen- anläge mit einer Hochdruckstufe HD und einer Mitteldruckstufe MD verwendet. Der den Überhitzer 8 verlassende überhitzte Dampf 13 wird als Hochdruckdampf der Hochdruckstufe HD der Dampfturbine 14 zugeführt. Der die Hochdruckstufe HD verlassende Dampf 16 wird in dem Zwischenüberhitzer 10 der zweiten Funktionseinheit 3 aufgeheizt und als überhitzter Mitteldruckdampf 17
der Mitteldruckstufe MD der Dampfturbine 14 zugeführt. Der Zwischenüberhitzer wird mit dem aus dem Überhitzer 8 austretenden gasförmigen Wärmeträger 7 betrieben. Der den Zwischenüberhitzer 10 verlassende gasförmige Wärmeträger 7 wird dem zweiten Verdampfer 9 zugeführt und zur Erzeugung von Sattdampf genutzt.
Der in der Dampfturbine 14 entspannte Dampf wird im Kondensator 20 verflüssigt und als Speisewasser 18 in die beiden Verdampfer 5, 9 zurückgeführt, wobei das Speisewasser 18 in dem Speisewasservorwärmer 1 1 durch Wärme- austausch mit dem gasförmigen Wärmeträger 7 und in dem Speisewasservorwärmer 6 durch Wärmeaustausch mit dem flüssigen Wärmeträger 4 vorgewärmt wird. Als Verdampfer 5, 9 werden Umlaufverdampfer, vorzugsweise Naturumlaufverdampfer, verwendet, die in einen gemeinsamen Wasser- und Dampf-Kreislauf eingebunden sind.
In Fig. 2 ist der Wasser-Dampf-Kreislauf in einem vereinfachten T-s-Diagramm (T: Temperatur; s: Entropie) dargestellt. Die Flächen beschreiben die Energie, die durch Wärmeaustausch auf die Stoffströme Wasser/Dampf übertragen wird. Der mit einer Kreuzschraffur dargestellte Bereich A stellt die Energie dar, die in der ersten Funktionseinheit übertragen wird, wobei die Fläche Ai die Wärmeübertragung im Speisewasservorwärmer 6 und die Fläche A2 die Wärmeübertragung im ersten Verdampfer 5 veranschaulicht. Im dargestellten T-s-Diagramm wurden zur Vereinfachung und zur Herstellung einer besseren Übersichtlichkeit die Wärmenergie des Verdampfers 9 der zweiten Funktionseinheit nicht dargestellt. Dies verfälscht die Darstellung nur unwesentl ich, da der Hauptanteil des Dampfes im Verdampfer 5 der ersten Funktionseinheit erzeugt wird. Die mit einer Schrägschraffur gekennzeichneten Flächen B veranschaulichen die Energie, die von dem gasförmigen Wärmeträger 7 auf das Wasser bzw. den Dampf übertragen wird. Dabei betrifft die Fläche B1 die Energieüber-
tragung im Speisewasservorwärmer 1 1 , die Fläche B2 die Energieübertragung im Überhitzer 8 sowie die Fläche B3 die Wärmeübertragung im Zwischenüberhitzer 10. Die gestrichelte Linie 19 zeigt die Wasserdampf-Sättigungslinie. Aus der Darstellung wird deutlich, dass der größere Teil der für eine Verdampfung benötigten Energie in der ersten Funktionseinheit 2 übertragen wird und durch den mit einer niedrigeren Temperatur anfallenden flüssigen Wärmeträger 4 bereitgestellt wird, während die für die Überhitzung erforderliche Energie von dem gasförmigen Wärmeträger 7 bereitgestellt und in der zweiten Funktionseinheit 3 auf das Wasser-Dampf-System übertragen wird.

Claims

1 . Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine eines solarthermischen Kraftwerks, wobei ein durch Solarenergie auf eine Temperatur von 300 bis 450° C er- wärmter flüssiger Wärmeträger (4) in einen ersten Verdampfer (5) zur Erzeugung von Sattdampf (12) genutzt wird, wobei der Sattdampf (12) einem Überhitzer (8) zugeführt wird, in dem durch Wärmeaustausch mit einem durch Solarenergie auf eine Temperatur von über 700° C aufgeheizten gasförmigen Wärmeträger (7) überhitzter Dampf (13) erzeugt wird, wobei der im Überhitzer (8) durch Wärmeaustausch abgekühlte gasförmige Wärmeträger (7) in einem zweiten Verdampfer (9) zur Erzeugung von Sattdampf (12') genutzt wird, der ebenfalls dem Überhitzer (8) zugeführt wird, und wobei mit dem aus dem Überhitzer (8) austretenden überhitzten Dampf (13) eine Dampfturbine (14) angetrieben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei als Dampfturbine (14) eine zweistufige Turbinenanlage mit einer Hochdruckstufe (HD) und einer Mitteldruckstufe (MD) verwendet wird, wobei der den Überhitzer (8) verlassende überhitzte Dampf (13) als Hochdruckdampf der Hochdruckstufe (HD) der Turbinenanlage zuge- führt wird, wobei der die Hochdruckstufe (HD) verlassende Dampf in einem Zwischenüberhitzer (10) aufgeheizt und als überhitzter Mitteldruckdampf der Mitteldruckstufe (MD) der Turbinenanlage zugeführt wird und wobei der Zwischenüberhitzer (10) mit dem aus dem Überhitzer (8) austretenden gasförmigen Wärmeträger (7) betrieben wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der in der Dampfturbine (14) entspannte Dampf verflüssigt und als Speisewasser (18) den beiden Verdampfern (5, 9) zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Speisewasser (18) in einem ersten Speisewasservorwärmer (6) du rch Wärmeaustausch m it dem flüssigen Wärmeträger (4) und in einem zweiten Speisewasservorwärmer (1 1 ) durch Wärmeaustausch mit dem gasförmigen Wärmeträger (7) vorgewärmt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei als Verdampfer (5, 9) Umlaufverdampfer, vorzugsweise Naturumlaufverdampfer, verwendet werden, die in einen gemeinsamen Wasser- und Dampfkreislauf eingebunden sind.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der flüssige Wärmeträger (4) in einem Solarfeld aus Spiegeln, welche Sonnenlicht an einem Punkt oder entlang einer Strecke fokussieren, oder in einem den Solarfeld zugeordneten Speicher aufgeheizt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der gasförmige Träger (7) in einem volumetrischen Strahlungsreceiver, der durch eine gebündelte Solarstrahlung erwärmt wird, oder in einem dem Strahlungsreceiver zugeordneten Speicher ausgeheizt wird.
8. Kesselan lage zur Erzeugu ng von Dampf zum Betreiben einer Kraftwerksturbine mit einer ersten Funktionseinheit (2), die einen ersten Verdampfer (5) und einen Speisewasservorwärmer (6) umfasst und mit einem auf eine
Temperatur von 300 bis 450° C erwärmten flüssigen Wärmeträger (4) betreibbar ist, einer zweiten Funktionseinheit (3), die zumindest einen Überhitzer (8) sowie einen zweiten Verdampfer (9) umfasst und mit einem auf eine
Temperatur von über 550° C aufgeheizten gasförmigen Wärmeträger (7) betreibbar ist, wobei d ie beiden Verdampfer (5, 9) m it dem Überh itzer (8) der zweiten Funktionseinheit (3) durch Leitungen (12, 12') verbunden sind, durch die der erzeugte Dampf dem Überhitzer (8) zuführbar ist.
9. Kesselanlage nach Anspruch 8, wobei die zweite Funktionseinheit (3) einen Zwischenüberhitzer (1 0) umfasst, der im Strömungsweg des gasförmigen Wärmeträgers (7) zwischen dem Überhitzer (8) und dem zweiten Verdampfer (9) angeordnet ist.
10. Kesselanlage nach Anspruch 8 oder 9, wobei die zweite Funktionseinheit (3) einen Speisewasservorwärmer (1 1 ) umfasst.
1 1 . Kesselanlage nach Anspruch 10, wobei der Speisewasservorwärmer (6) der ersten Funktionseinheit (2) und der Speisewasservorwärmer (1 1 ) der zweiten Funktionseinheit (3) in Reihe geschaltet sind und das erwärmte Speisewasser d u rch ei ne Zufü h rei n richtu ng den Verdampfern (5, 9) der beiden Funktionseinheiten (2, 3) zuführbar ist.
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