WO2012025389A1 - Ausdehnungssystem des wärmeträgermedium-kreislaufes eines solarthermischen kraftwerks - Google Patents

Ausdehnungssystem des wärmeträgermedium-kreislaufes eines solarthermischen kraftwerks Download PDF

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WO2012025389A1
WO2012025389A1 PCT/EP2011/063810 EP2011063810W WO2012025389A1 WO 2012025389 A1 WO2012025389 A1 WO 2012025389A1 EP 2011063810 W EP2011063810 W EP 2011063810W WO 2012025389 A1 WO2012025389 A1 WO 2012025389A1
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expansion
tank
heat transfer
transfer medium
flooding
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WO2012025389A9 (de
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Francesco La Porta
Frieder GRÄTER
Wolfhard Bickmeyer
Christian Möbius
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Flagsol Gmbh
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/06—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means
    • F03G6/065—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means having a Rankine cycle
    • F03G6/067—Binary cycle plants where the fluid from the solar collector heats the working fluid via a heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/12—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having two or more accumulators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
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    • F24S40/50—Preventing overheating or overpressure
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    • 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 ⁇ usdehnungssystem the heat transfer medium circuit of a solar thermal
  • the invention relates to a solar thermal power plant with a
  • Parabolic trough collectors formed solar field.
  • Solar thermal power plants have a heat transfer medium circuit and a water vapor circuit operatively connected thereto.
  • a heat transfer medium or heat transfer medium is circulated, which is guided in the focal line of parabolic trough mirrors absorber lines through a solar field and is heated there by incident in the parabolic trough mirror parabolic trough collectors and reflected sun rays.
  • the heat of the heated heat transfer medium is delivered via a provided in the heat transfer medium circuit heat exchanger to a steam circuit in which steam is generated.
  • a turbine the heat contained in the steam is converted into usable energy, for example via a generator connected to the turbine into electrical energy.
  • a thermal oil is used as the heat transfer medium or heat transfer medium. Due to the operation of such a solar thermal power plant in the heat transfer medium cycle, for example, when changing from Day to night, resulting temperature difference and associated changing volume of the heat transfer medium, for example, is warmer at night than at night, an expansion or expansion system must be provided, which compensates for the volume expansions of the heat transfer medium at elevated temperature and compensated.
  • Expansion tank in fluid-conducting connection form, depending on the size of the solar thermal power plant several flooding tanks are provided.
  • a gas cushion of a protective gas or inert gas is formed, which is located above the liquid level of the heat transfer medium in the expansion tank.
  • the flooding tank preferably has no gas cushion.
  • the known expansion tank is arranged at the level highest point of the heat transfer medium circuit. It is provided with a vent valve in order to be able to blow off forming gas fractions, for example oil vapor, of the heat transfer medium.
  • the expansion tank is connected to the flooding tanks to adjust the level of the expansion tank to the changing
  • the pumps and valves are redundant, so that the reliability of the expansion system is ensured.
  • a disadvantage of this prior art is the associated large capital outlay, which results from the fact that the flooding tank and the expansion tank must be arranged at a great distance from each other, so that the heat transfer system is part of the expansion system, are built in at least two different heights floors got to.
  • the valves and pumps must be duplicated. This also means that the self-consumption of energy of the power plant is relatively high, since the redundant existing pumps consume electrical power.
  • the entire system must be integrated into the plant control of the solar thermal power plant.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide an ⁇ usdehnungssystem and a solar thermal power plant available, which is characterized by a technically simplified and structurally less complex design.
  • this object is achieved in that the expansion tank is arranged at a higher height level than the flooding tank.
  • this inventive arrangement of the flooding tank to the expansion tank is achieved that when a heating of the heat transfer medium by a thermal expansion energy, the heat transfer medium of the
  • Expansion tank and the flooding tank are preferably arranged laterally offset from one another, wherein preferably the upper edge of the flooding tank is arranged at a height with the lower edge of the expansion tank.
  • the intended expansion tank is preferably designed such that it can compensate for the thermal expansion of the heat transfer medium flowing through the solar field.
  • the proposed flooding container is preferably designed such that it can accommodate the volume of the heated heat transfer medium at the design temperature of the expansion system.
  • the expansion system can also comprise more than one expansion tank and / or more than one flooding tank.
  • the expansion tank is arranged immediately close to the location of the flooding tank at a higher height level than the flooding tank.
  • the first fluid line between the expansion tank and the flooding tank can be made as short as possible, so that the pressures occurring in the expansion system can be kept so low that it thereby improves independently, without additional aids such as pumps , the heat transfer medium via the first fluid line from the flooding tank in the
  • Expansion tank and vice versa can flow. Larger distances between the expansion tank and the flooding tank are avoided.
  • the first fluid line preferably has the largest possible diameter in order to be able to largely avoid flow-related resistances occurring in the fluid line.
  • the flooding tank via a second fluid line with a cross-sectional widened line section of a
  • Heat transfer medium leading line of the heat transfer medium circuit connected.
  • the formation of a cross-sectional widened line section within the heat transfer medium in the line leading line, in particular pipeline, allows the degassing of, for example, forming oil vapor on the flooding tank into the expansion tank inside, as in the extended line section, the flow velocity of the
  • the second fluid line between the flooding container and the cross-sectional widened line section is preferably designed as a return line, wherein the second line preferably has no shut-off device and thus forms a continuous, uninterrupted fluid-conducting connection.
  • the cross-sectional widened line section preferably has at least in the upstream direction of the
  • Heat transfer medium circuit in a preferably uniformly continuous cross-sectional change in the normal cross-section of the heat transfer medium leading line opening transition section.
  • This makes it possible to achieve a uniform reduction in the flow velocity by realizing a transition from the normal cross-section of the heat transfer medium leading conduit of the heat transfer medium circuit as little as possible impairing the flow of the heat transfer medium and on the opposite cross-section enlarged or cross-section enlarged line section.
  • the cross-sectional widened line section in the downstream direction of the heat transfer medium circuit can each have a preferably uniformly continuous change in cross section into the normal cross section of the line carrying the heat transfer medium
  • the expansion tank is connected via a third fluid line with a solar field integrated in the heat transfer medium circuit.
  • the direct connection of the solar field with the expansion tank via a third fluid line can be prevented in a cooling of the heat transfer medium in the lines of the solar field, the formation of a vacuum in the lines of the solar field and thus in the lines of the heat transfer medium cycle.
  • the first fluid line and the third fluid line a
  • shut-off device By providing a shut-off device on the first fluid line and the third fluid line, targeted control and optimum adaptation of the expansion system to the respective operating state of the heat transfer medium circuit and the solar field and thus to the solar thermal power plant are possible.
  • the shut-off device on the first fluid line is preferably open and the shut-off device on the third fluid line is closed, so that the expansion of the heat transfer medium in the heat transfer medium circuit via the flooding tank can be taken from the expansion tank by the heat transfer medium can flow via the second line into the flooding tank and from the flooding tank via the first line in the expansion tank.
  • the shut-off device in the third line is preferably closed, it can be prevented that the heat transfer medium can flow back from the expansion tank to the solar field via the third line. If there is no solar radiation on the parabolic trough collectors of the solar field, for example at night, the shut-off device of the first line is preferably closed and the shut-off device of the third line is opened. This allows the heat transfer medium flow directly from the lines of the solar field in the expansion tank, whereby the formation of vacuum in the cooling heat transfer medium in the lines of the solar field can be prevented.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that an additional expansion tank is provided, which is connected via a fourth fluid line to the flooding tank, wherein the additional expansion tank has a smaller volume than the expansion tank.
  • the additional container can be used in particular for night operation when the memory is discharged.
  • Flooding container preferably designed so that they together can compensate for the volume of the heated heat transfer medium at design temperature.
  • Additional expansion tank is preferably subjected to the same type of inert gas to form a gas cushion as the expansion tank, with the possibility is given to produce different gas pressures between the Rajausdehnungs knowner and the expansion tank.
  • the additional expansion tank is preferably connected exclusively to the flooding tank via a fluid line and not to the expansion tank via a fluid line. Furthermore, the different
  • the additional expansion tank is preferably also immediately close to the place, arranged at a higher height level than the flooding tank, so that the fourth fluid line can be formed as short as possible and no pumps or fittings must be provided to realize a flow movement between the flooding tank and the additional expansion tank.
  • the fourth fluid line between the flooding tank and the additional expansion tank preferably has no
  • more than one expansion tank is provided, wherein the expansion tank are in fluid communication with each other and are arranged at substantially the same height level to each other.
  • the expansion tanks are thus preferably all arranged on one level, wherein the expansion tank are in fluid communication with each other, so that the liquid in the form of the heat transfer medium of an expansion tank can flow independently in an adjacent expansion tank without pumps or other fittings, the fluid-conducting connections below the Liquid levels are formed in the individual expansion tanks and thus the same liquid level of the heat transfer medium can be adjusted in total across the existing number of expansion tanks in all expansion tanks.
  • pumps and valves between the expansion tanks are no longer necessary, which significantly reduces the maintenance and repair work of the expansion system. In particular, no moving parts between two expansion tanks are necessary.
  • the own consumption of electrical energy is reduced and the plant control of the solar thermal power plant is relieved.
  • the ⁇ usdehnungs actuallyer with a from the same inert gas formed gas cushion equal pressure beat beau expediently the pressure is above the vapor pressure of the heat transfer medium, whereby evaporation of the heat transfer medium can be prevented.
  • the number of expansion tanks with which the expansion system is equipped depends individually on the size of the plant and is designed as well as the size of the individual expansion tank depending on the design and performance of the heat transfer medium cycle and solar thermal power plant.
  • the size of the individual expansion tank is essentially of the particular production process and also
  • One or more expansion tanks preferably have a safety valve in the form of a pressure relief valve. As a result, an excess of the permissible level of pressure increase and thus excessive gas accumulation in the interconnected in the form of a communicating tube expansion tanks are avoided.
  • the additional expansion tank can also have a pressure relief valve.
  • one or more expansion tanks may have a degassing valve. If the gas chambers or gas cushion chambers of the individual expansion tanks are connected to one another in fluid-conducting connection via a pipeline in which the degassing valve is arranged, then the degassing valve can be actuated as a blow-off valve, for example from a control room, and thus uniform Degassing all existing and in fluid-conducting connection with the degassing valve standing expansion tank perform.
  • the additional expansion tank may also have a degassing valve.
  • the degassing valve or the degassing valves can be designed to be controllable via a signal line from a control room.
  • the plurality of expansion tanks may, according to a preferred embodiment of the invention, be positioned in a serial arrangement or in a parallel arrangement with the flooding tank.
  • the serial arrangement d. H. the arrangement of the expansion tank to the flooding tank in series, characterized by a particularly good handling of stress conditions, insofar as they are collected in the largest extent in the flooding tank next to the expansion tank.
  • This expansion vessel which is arranged closest to the flooding container, is preferably designed for the correspondingly higher stress states, whereas the others are arranged further away from the flooding container
  • Expansion tank are preferably designed for correspondingly lower load cases.
  • the first conduit opens from the flooding container directly into the flooding container closest to it
  • the invention is characterized by a solar thermal power plant comprising an expansion system as developed above and further developed.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a, in a
  • Expansion system wherein the expansion tanks are arranged to the flooding tank in a serial arrangement;
  • Fig. 2 is a schematic representation of a flooding tank and two expansion tank of an expansion system according to the invention in a parallel arrangement.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a heat transfer medium circuit 10 of a solar thermal power plant, symbolized by a circular guided pipe 12 is shown schematically.
  • the heat transfer medium circuit 10 is a with
  • Parabolic trough mirrors or parabolic trough collectors equipped solar field 14 formed in which the in the heat transfer medium circuit 10 of one or more pumps 16 in the flow direction 18 moving heat transfer medium 20, for example thermal oil, from the mirror surface of the Parabolic trough collectors reflected solar radiation in the form of heat.
  • the heated heat transfer medium 20 is in a plurality of heat exchangers
  • Heat transfer stage 22 heat to the steam circuit 24 of the solar thermal power plant from. Downstream of the heat transfer stage 22 and upstream of the pump 16, a cross-sectional widened line section 28 is formed in a line 26 of the heat transfer medium circuit 10. 1, a transition section is formed at both ends of the cross-sectional widened line section 28, along which a continuous cross-sectional change is formed from the cross-section of the cross-sectional widened line section 28 to the cross section of the line 26 carrying the heat transfer medium 20 in this region, so that this transitional section of the cross-sectional widened
  • Line section 28 opens into the normal cross section of the line 26.
  • the cross-sectional widened line section 28 is part of the expansion system shown as a dashed line 30.
  • the expansion system 30 comprises a flooding tank 32, two expansion tanks 34a, 34b, and a
  • the expansion tanks 34a, 34b and the auxiliary expansion tank 36 are disposed at a higher level than the flooding tank 32.
  • the flooding tank 32 is connected via a first fluid line 38 to the expansion tank 34a located closest to it.
  • the expansion tank 34 a, 34 b and the additional expansion tank 36 at a higher height level than the flooding tank 32 is a formed at least slight slope between the expansion tanks 34a, 34b and the additional expansion tank 36 and the flooding tank 32, whereby the heat transfer medium independently, ie without the provision of tools, such as pumps, between the flooding tank 32 and the expansion tanks 34a, 34b and
  • Additional expansion tank 36 can flow.
  • Additional expansion tank 36 and vice versa are no longer necessary.
  • the liquid exchange between the flooding tank 32 and the expansion tanks 34a, 34b and the additional expansion tank 36 takes place automatically.
  • the flooding tank 32 is expanded with a cross-section via a second fluid line 40
  • Line section 28 of the line 26 is connected, via which the heat transfer medium 20 from the heat transfer medium circuit 10 in the flooding tank 32 and back into the heat transfer medium circuit 10 can flow.
  • the expansion tanks 34a, 34b in the embodiment of the expansion tank 34a shown here, are connected to the solar field 14 integrated into the heat transfer medium circuit 10. Due to the direct connection of the solar field 14 or the lines of the solar field 14 with the expansion tanks 34a, 34b via the third fluid line 42, the formation of a vacuum in the lines of the solar field 14 may occur during cooling of the heat transfer medium 20 in the lines of the solar field 14 and thus be prevented in the lines 12 of the heat transfer medium circuit 10.
  • the additional expansion tank 36 is provided in this embodiment, which is connected via a fourth fluid line 44 directly to the flooding tank 32.
  • the additional expansion tank 36 is not connected to the expansion tanks 34a, 34b via a fluid line.
  • the additional expansion tank 36 has a smaller volume than the expansion tanks 34a, 34b, wherein the volume of the additional expansion tank 36 is preferably about one-hundredth of the volume of the expansion tank 34a, 34b.
  • shut-off valve 46, 48 is provided on the first fluid line 38 and the third fluid line 42, by means of which the respective fluid lines 38, 42 can be closed or opened.
  • the second fluid line 40 and the fourth fluid line 44 no shut-off valves are provided, so that these fluid lines 40, 44 are permanently open, so that at any time the heat transfer medium 20 can flow through these fluid lines 40, 44.
  • the shut-off valve 46 of the first fluid line 38 is open and the shut-off valve 48 is closed, so that the expanding heat transfer medium 20 through the first fluid line 38, the second fluid line 40 and the fourth fluid line 44 can flow unhindered and over the flooding container 32 in the expansion tank 34 a, 34 b and the Additional expansion tank 36 can expand.
  • the thermal expansion of the heat transfer medium 20 is thus in this operating condition of all containers, the flooding tank 32, the expansion tanks 34 a, 34 b and the
  • the shut-off valve 46 of the first fluid line 38 is closed and the shut-off valve 48 of the third fluid line 42 is opened.
  • the heat transfer medium 20 can now flow unhindered via the second fluid line 40, the third fluid line 42 and the fourth fluid line 44.
  • the thermal reservoir 50 which is arranged in the vicinity of the solar field 14, discharged, in which case the flooding tank 32, the expansion of the heat transfer medium 20 compensated to avoid a pressure above the design value of the expansion system 30.
  • the flooding tank 32 at the beginning of the storage operation of the thermal storage 50 is usually completely filled with heat transfer medium 20, which is expanded by the storage discharge heat transfer medium 20 is received by the additional expansion tank 36.
  • the additional expansion tank 36 can be achieved that in this operating condition, as usual, no protective gas, in particular nitrogen, must be discharged to the environment, whereby the consumption of inert gas can be significantly reduced.
  • the expansion tanks 34a, 34b are positioned at substantially the same height as each other and are connected to one another in their lower tank areas via a fluid line 52, so that a volume of heat transfer medium 20 can form and accumulate within the expansion tanks 34a, 34b in such a way that in the expansion tanks 34a, 34b the same level of a bath mirror surface is achieved.
  • Expansion tanks 34a, 34b form and arrange pumps or valves. The liquid exchange between the expansion tanks 34a, 34b takes place automatically.
  • Additional expansion tank 36 with a gas cushion 54 of inert gas, in the embodiment, for example, nitrogen equipped.
  • the same type of protective gas is preferably provided in the expansion tanks 34a, 34b and the additional expansion tank 36.
  • the gas pressure in the expansion tanks 34a, 34b is the same, wherein in the additional expansion tank 36, a different gas pressure can be set as in the expansion tanks 34a, 34b.
  • the flooding tank 32 in contrast to the expansion tanks 34 a, 34 b and the
  • Additional expansion tank 36 have no gas cushion, but can only with the heat transfer medium 20th be filled. But it is also possible that the flooding tank 32 also has a, preferably very low, gas cushion.
  • Additional expansion tank 36 and the flooding tank 20 are each a vent valve 56 are arranged, which are in a manner not shown via a signal line with a control room or control room in operative connection, from which control room from the vent valves can be controlled.
  • a safety valve 58 designed as a pressure relief valve is also provided on the expansion tanks 34a, 34b, on the additional expansion tank 36 and the flooding tank 32, via which gas can be discharged from the expansion system 30 at an inadmissibly high gas pressure.
  • the expansion system 30 comprises two expansion tanks 34a, 34b, an additional expansion tank 36 and a flooding tank 32
  • the expansion system 30 according to the invention can also from any number of expansion tanks 34a, 34b, 1925ausdehnungs electern 36 and flooding tanks 32, but at least one in each case exist, which are selected and designed depending on the size and design of the heat transfer medium circuit 10 and the water vapor cycle and the performance of the solar thermal power plant.
  • the expansion tanks 34 a, 34 b are arranged in a serial arrangement to the flooding tank 32.
  • the serial arrangement, d. H. the arrangement of the expansion tank 34a, 34b to the flooding tank 32 in series, characterized by a particularly good handling of stress states, insofar as they are collected in the largest extent in the flooding tank 32 the next expansion tank 34a.
  • the first conduit 38 discharges from the flooding tank 32 directly into the flooding tank 32 closest to it
  • Expansion tank 34a Expansion tank 34a.
  • Fig. 2 shows a parallel arrangement of the expansion tanks 34a, 34b to the flooding tank 32.
  • the first conduit 38 opens from the flooding tank 32 into the fluid conduit 52 interconnecting the expansion tanks 34a, 34b and not directly into one of the expansion tanks 34a, 34b.

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Ausdehnungssystem des Wärmeträgermedium-Kreislaufes (10) eines solarthermischen Kraftwerks, umfassend einen Ausdehnungsbehälter (34a, 34b) und einen Flutungsbehälter (32), wobei der Ausdehnungsbehälter (34a, 34b) und der Flutungsbehälter (32) über eine erste Fluidleitung (38) miteinander verbunden sind. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Ausdehnungsbehälter (34a, 34b) auf einem höheren Höhenniveau als der Flutungsbehälter (32) angeordnet ist.

Description

Äusdehnungssystem des Wärmeträgermedium-Kreislaufes eines solarthermischen Kraftwerks
Die Erfindung betrifft ein Äusdehnungssystem des Wärmeträgermedium-Kreislaufes eines solarthermischen
Kraftwerks umfassend einen Ausdehnungsbehälter und einen Flutungsbehälter, wobei der Ausdehnungsbehälter und der Flutungsbehälter über eine erste Fluidleitung miteinander verbunden sind. Ferner betrifft die Erfindung ein solarthermisches Kraftwerk mit einem aus
Parabolrinnenkollektoren gebildeten Solarfeld.
Solarthermische Kraftwerke weisen einen Wärmeträgermedium- Kreislauf und einen damit in Wirkverbindung stehenden Wasserdampfkreislauf auf. Im Wärmeträgermedium-Kreislauf wird ein Wärmeträgermedium oder Wärmeübertragungsmedium im Kreislauf geführt, welches in der Brennlinie von Parabolrinnenspiegeln angeordneten Absorberleitungen durch ein Solarfeld geführt wird und dort von in die Parabolrinnenspiegel der Parabolrinnenkollektoren einfallenden und reflektierten Sonnenstrahlen erwärmt wird. Die Wärme des erwärmten Wärmeübertragungsmediums wird über einen in dem Warmeträgermedium-Kreislauf vorgesehenen Wärmetauscher an einen Wasserdampfkreislauf abgegeben, in welchem Dampf erzeugt wird. Über eine Turbine wird die in dem Dampf enthaltene Wärme in nutzbare Energie, beispielsweise über einen an die Turbine angeschlossenen Generator in elektrische Energie, umgewandelt. Bei solarthermischen Kraftwerken mit Parabolrinnenspiegeln wird üblicherweise ein Thermoöl als Wärmeträgermedium oder Wärmeübertragungsmedium eingesetzt. Aufgrund des sich bei Betrieb eines solchen solarthermischen Kraftwerkes im Wärmeträgermedium-Kreislauf, beispielsweise beim Wechsel vom Tag zur Nacht, ergebenden Temperaturunterschiedes und damit verbunden sich ändernden Volumens des Wärmeträgermediums, das beispielsweise bei Tag wärmer als bei Nacht ist, muss ein Expansions- oder Ausdehnungssystem vorgesehen sein, das die Volumenausdehnungen des Wärmeträgermediums bei erhöhter Temperatur ausgleicht und kompensiert.
Aus der Praxis ist es bekannt, ein Ausdehnungssystem aus einem mehrere Meter über dem Erdniveau angeordneten, hochgelegenen Ausdehnungsbehälter und mit mehreren in einem großen Abstand, vorzugsweise mehreren Metern, zu dem Ausdehnungsbehälter angeordneten Flutungsbehältern, die mit dem
Ausdehnungsbehälter in fluidleitender Verbindung stehen, auszubilden, wobei je nach Größe des solarthermischen Kraftwerkes mehrere Flutungsbehälter vorgesehen sind. In dem Ausdehnungsbehälter ist ein Gaspolster aus einem Schutzgas bzw. Inertgas ausgebildet, das sich oberhalb des Flüssigkeitsniveaus des Wärmeträgermediums in dem Ausdehnungsbehälter befindet. Der Flutungsbehälter weist vorzugsweise kein Gaspolster auf. Der bekannte Ausdehnungsbehälter ist an der niveaumäßig höchsten Stelle des Wärmeträgermedium-Kreislaufs angeordnet. Er ist mit einem Entlüftungsventil versehen, um sich bildende Gasanteile, beispielsweise Öl-Dampf, des Wärmeträgermediums abblasen zu können. Über Leitungen, in denen ein System von Pumpen und Ventilen angeordnet ist, ist der Ausdehnungsbehälter mit den Flutungsbehältern verbunden, um eine Anpassung des Füllstandes des Ausdehnungsbehälters an die wechselnden
Betriebsbedingungen anpassen zu können. Darüber hinaus sind die Pumpen und Ventile redundant ausgebildet, damit die Betriebssicherheit des Ausdehnungssystems gewährleistet ist. Nachteilig bei diesem Stand der Technik ist der damit verbundene große Investitionsaufwand, der sich daraus ergibt, dass die Flutungsbehälter und der Ausdehnungsbehälter in einer großen Distanz zueinander angeordnet werden müssen, so dass das Wärmeübertragungssystem dessen Bestandteil das Ausdehnungssystem ist, in mindestens zwei höhenunterschiedlichen Etagen aufgebaut werden muss. Ferner müssen die Armaturen und Pumpen doppelt vorhanden sein. Dies führt ferner dazu, dass der Eigenverbrauch an Energie des Kraftwerkes relativ hoch ist, da die redundant vorhandenen Pumpen elektrische Leistung verbrauchen. Schließlich ist mit dem Vorhandensein von Pumpen und Armaturen auch ein erhöhtes Ausfallrisiko und ein entsprechender Wartungs- und Reparaturaufwand verbunden. Auch muss das gesamte System in die Anlagensteuerung des solarthermischen Kraftwerkes eingebunden sein.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Äusdehnungssystem und ein solarthermisches Kraftwerk zur Verfügung zu stellen, welches sich durch eine technisch vereinfachte und konstruktiv weniger aufwändige Ausgestaltung auszeichnet.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 und 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei einem Ausdehnungssystem der eingangs näher bezeichneten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Ausdehnungsbehälter auf einem höheren Höhenniveau als der Flutungsbehälter angeordnet ist. Durch diese erfindungsgemäße Anordnung des Flutungsbehälters zu dem Ausdehnungsbehälter wird erreicht, dass bei einer Erwärmung des Wärmeträgermediums durch eine thermische Expansionsenergie das Wärmeträgermedium von dem
Flutungsbehälter in den höher liegenden Ausdehnungsbehälter gedrückt wird und bei einer Abkühlung des Wärmeträgermediums das Wärmeträgermedium von dem Ausdehnungsbehälter in den Flutungsbehälter zurückströmt. Durch die Anordnung des Ausdehnungsbehälters auf einem höheren Höhenniveau als der Flutungsbehälter wird zwischen dem Ausdehnungsbehälter und dem Flutungsbehälter ein, vorzugsweise leichtes, Gefälle ausgebildet, was das Vorsehen von insbesondere Pumpen nicht mehr notwendig macht. Dadurch, dass nunmehr keine zusätzlichen Hilfsmittel mehr notwendig sind, können die Wartungs- und Reparaturarbeiten deutlich reduziert werden. Insbesondere sind bis auf Armaturen keine beweglichen Teile mehr zwischen dem Ausdehnungsbehälter und dem Flutungsbehälter notwendig. Der Ausdehnungsbehälter und der Flutungsbehälter sind dabei möglichst dicht beieinander angeordnet, so dass auch keine zwei getrennt voneinander angeordneten Etagen für den Ausdehnungsbehälter und den Flutungsbehälter mehr vorgesehen werden müssen. Dies vermindert die Investitionskosten und den konstruktiven Aufwand deutlich. Neben dem verminderten Investitionsaufwand sowie dem verringerten Wartungs- und Reparaturaufwand werden auch der Eigenverbrauch an elektrischer Energie vermindert und die Anlagensteuerung des solarthermischen Kraftwerkes entlastet. Der
Ausdehnungsbehälter und der Flutungsbehälter sind dabei vorzugsweise seitlich versetzt zueinander angeordnet, wobei vorzugsweise die Oberkante des Flutungsbehälters auf einer Höhe mit der Unterkante des Ausdehnungsbehälters angeordnet ist . Der vorgesehene Ausdehnungsbehälter ist dabei vorzugsweise derart ausgelegt, dass er die Wärmeausdehnung des das Solarfeld durchfließenden Wärmeträgermediums kompensieren kann. Der vorgesehene Flutungsbehälter ist vorzugsweise derart ausgelegt, dass er das Volumen des aufgeheizten Wärmeträgermediums bei der Auslegungstemperatur des AusdehnungsSystems aufnehmen kann. Das Ausdehnungssystem kann dabei auch mehr als einen Ausdehnungsbehälter und/oder mehr als einen Flutungsbehälter umfassen.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der Ausdehnungsbehälter unmittelbar ortsnah zu dem Flutungsbehälter auf einem höheren Höhenniveau als der Flutungsbehälter angeordnet ist. Durch die unmittelbar ortsnahe Anordnung des Ausdehnungsbehälters zu dem Flutungsbehälter kann die erste Fluidleitung zwischen dem Ausdehnungsbehälter und dem Flutungsbehälter möglichst kurz ausgebildet sein, so dass die im Ausdehnungssystem auftretenden Drücke so gering gehalten werden können, dass hierdurch noch verbessert selbständig, ohne zusätzliche Hilfsmittel, wie Pumpen, das Wärmeträgermedium über die erste Fluidleitung von dem Flutungsbehälter in den
Äusdehnungsbehälter und umgekehrt fließen kann. Größere Distanzen zwischen dem Ausdehnungsbehälter und dem Flutungsbehälter werden dadurch vermieden. Die erste Fluidleitung weist dabei vorzugsweise einen möglichst großen Durchmesser auf, um in der Fluidleitung auftretende strömungsbedingte Widerstände weitestgehend vermeiden zu können.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Flutungsbehälter über eine zweite Fluidleitung mit einem querschnittserweiterten Leitungsabschnitt einer
Wärmeträgermediums führenden Leitung des Wärmeträgermedium- Kreislaufes verbunden. Die Ausbildung eines querschnittserweiterten Leitungsabschnittes innerhalb der das Wärmeträgermedium im Kreislauf führenden Leitung, insbesondere Rohrleitung, ermöglicht die Entgasung des sich beispielsweise bildenden Öl-Dampfes über den Flutungsbehälter in den Ausdehnungsbehälter hinein, da sich in dem erweiterten Leitungsabschnitt die Strömungsgeschwindigkeit des
Wärmeträgermediums verringert und damit ein Gasaustritt aus dem Flüssigkeitsstrom des Wärmeträgermediums erleichtert wird. Die zweite Fluidleitung zwischen dem Flutungsbehälter und dem querschnittserweiterten Leitungsabschnitt ist vorzugsweise als Hin- und Rücklaufleitung ausgebildet, wobei die zweite Leitung vorzugsweise keine Absperrvorrichtung aufweist und damit eine ständige, ununterbrochene fluidleitende Verbindung bildet. Der querschnittserweiterte Leitungsabschnitt weist vorzugsweise zumindest in strömungsaufwärtiger Richtung des
Wärmeträgermedium-Kreislaufs einen in vorzugsweise gleichmäßig stetiger Querschnittsveränderung in den Normalquerschnitt der das Wärmeträgermedium führenden Leitung einmündenden Übergangsabschnitt auf. Hierdurch lässt sich eine gleichmäßige Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit erreichen, indem ein die Strömung des Wärmeträgermediums möglichst wenig beeinträchtigenden und eine gute Entgasung des Wärmeträgermediums ermöglichender Übergang von dem Normalquerschnitt des das Wärmeträgermedium führenden Leitungsrohres des Wärmeträgermedium-Kreislaufes auf den dem gegenüber querschnittserweiterten oder querschnittsvergrößerten Leitungsabschnitt realisiert wird. Um zudem auch einen ebenso gleichmäßigen Anstieg der Strömungsgeschwindigkeit des Wärmeträgermediums beim Verlassen des querschnittserweiterten Leitungsabschnittes zu erzielen, kann auch der querschnittserweiterte Leitungsabschnitt in stromabwärtiger Richtung des Wärmeträgermedium-Kreislaufs jeweils einen in vorzugsweise gleichmäßig stetiger Querschnittsveränderung in den Normalquerschnitt der das Wärmeträgermedium führenden Leitung einmündenden
Übergangsabschnitt aufweisen.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Ausdehnungsbehälter über eine dritte Fluidleitung mit einem in den Wärmeträgermedium-Kreislauf integrierten Solarfeld verbunden ist. Durch die direkte Verbindung des Solarfeldes mit dem Ausdehnungsbehälter über eine dritte Fluidleitung kann bei einem Abkühlen des Wärmeträgermediums in den Leitungen des Solarfeldes die Ausbildung eines Vakuums in den Leitungen des Solarfeldes und damit in den Leitungen des Wärmeträgermedium-Kreislaufes verhindert werden.
Vorzugsweise ist es weiter vorgesehen, dass die erste Fluidleitung und die dritte Fluidleitung eine
Absperrvorrichtung aufweisen. Durch das Vorsehen einer Absperrvorrichtung an der ersten Fluidleitung und der dritten Fluidleitung sind eine gezielte Steuerung und eine optimale Anpassung des Ausdehnungssystems an den jeweiligen Betriebszustand des Wärmeträgermedium-Kreislaufes und des Solarfeldes und damit an das solarthermische Kraftwerk möglich. Bei Sonneneinstrahlung auf die Parabolrinnenspiegel bzw. die Parabolrinnenkollektoren des Solarfeldes ist vorzugsweise die Absperrvorrichtung an der ersten Fluidleitung offen und die Absperrvorrichtung an der dritten Fluidleitung geschlossen, so dass die Ausdehnung des Wärmeträgermediums in dem Wärmeträgermedium-Kreislauf über den Flutungsbehälter von dem Ausdehnungsbehälter aufgenommen werden kann, indem das Wärmeträgermedium über die zweite Leitung in den Flutungsbehälter und von dem Flutungsbehälter über die erste Leitung in den Ausdehnungsbehälter fließen kann. Dadurch, dass dabei die Absperrvorrichtung in der dritten Leitung vorzugsweise geschlossen ist, kann verhindert werden, dass das Wärmeträgermedium von dem Ausdehnungsbehälter zu dem Solarfeld über die dritte Leitung zurück fließen kann. Erfolgt keine Sonneneinstrahlung auf die Parabolrinnenkollektoren des Solarfeldes, beispielsweise in der Nacht, ist vorzugsweise die Absperrvorrichtung der ersten Leitung geschlossen und die Absperrvorrichtung der dritten Leitung geöffnet. Dadurch kann das Wärmeträgermedium unmittelbar aus den Leitungen des Solarfeldes in den Ausdehnungsbehälter fließen, wodurch die Bildung von Vakuum in dem sich abkühlenden Wärmeträgermedium in den Leitungen des Solarfeldes verhindert werden kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein Zusatzausdehnungsbehälter vorgesehen ist, welcher über eine vierte Fluidleitung mit dem Flutungsbehälter verbunden ist, wobei der Zusatzausdehnungsbehälter ein geringeres Volumen als der Ausdehnungsbehälter aufweist. Der Zusatzbehälter ist insbesondere für den Nachtbetrieb bei Entladung des Speichers einsetzbar. Durch das Vorsehen eines Zusatzausdehnungsbehälters zusätzlich zu dem
Äusdehnungsbehälter kann es ermöglicht werden, dass die Ausdehnung des Wärmeträgermediums im Speicherkreislauf, welcher ein wesentlich geringeres Volumen als der des Wärmeträgermedium-Kreislaufes des Solarfeldes aufweist, bei der Entladung des thermischen Speichers aufgefangen werden. Durch das Auffangen der Ausdehnung des Wärmeträgermediums mittels des Zusatzausdehnungsbehälters ist eine ansonsten notwendige Abgabe von reinem Schutzgas, insbesondere Stickstoff (N2) , aus dem Ausdehnungsbehälter an die Umgebung nicht mehr notwendig, wodurch der Verbrauch des Schutzgases wesentlich reduziert werden kann, da große Mengen an Schutzgas eingespart werden können. Damit kann die Wirtschaftlichkeit des Ausdehnungssystems wesentlich verbessert werden. Der Zusatzausdehnungsbehälter ist zusammen mit dem
Flutungsbehälter vorzugsweise derart ausgelegt, dass sie zusammen das Volumen des aufgeheizten Wärmeträgermediums bei Auslegungstemperatur kompensieren können. Der
Zusatzausdehnungsbehälter ist vorzugsweise mit der gleichen Art Schutzgas unter Ausbildung eines Gaspolsters wie der Ausdehnungsbehälter beaufschlagt, wobei die Möglichkeit gegeben ist, zwischen dem Zusatzausdehnungsbehälter und dem Ausdehnungsbehälter unterschiedliche Gasdrücke herzustellen. Der Zusatzausdehnungsbehälter ist dabei vorzugsweise ausschließlich mit dem Flutungsbehälter über eine Fluidleitung und nicht mit dem Ausdehnungsbehälter über eine Fluidleitung verbunden. Ferner unterscheidet sich der
Zusatzausdehnungsbehälter im Wesentlichen dadurch von dem Ausdehnungsbehälter, dass er ein wesentlich geringeres Volumen und damit geringere Abmessungen aufweist, als der Ausdehnungsbehälter. Der Zusatzausdehnungsbehälter ist vorzugsweise ebenfalls unmittelbar ortsnah, auf einem höheren Höhenniveau als der Flutungsbehälter angeordnet, so dass auch die vierte Fluidleitung möglichst kurz ausgebildet sein kann und keine Pumpen oder Armaturen vorgesehen werden müssen, um eine Fließbewegung zwischen dem Flutungsbehälter und dem Zusatzausdehnungsbehälter zu realisieren. Die vierte Fluidleitung zwischen dem Flutungsbehälter und dem Zusatzausdehnungsbehälter weist vorzugsweise keine
Absperrvorrichtung auf, so dass zu jeder Zeit ein Austausch an Wärmeträgermedium zwischen dem Flutungsbehälter und dem Zusatzausdehnungsbehälter stattfinden kann.
Nach einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist mehr als ein Ausdehnungsbehälter vorgesehen, wobei die Ausdehnungsbehälter miteinander in fluidleitender Verbindung stehen und auf im Wesentlichen demselben Höhenniveau zueinander angeordnet sind. Die Ausdehnungsbehälter sind damit vorzugsweise alle auf einer Ebene angeordnet, wobei die Ausdehnungsbehälter in fluidleitender Verbindung miteinander stehen, so dass ohne Pumpen oder sonstige Armaturen die Flüssigkeit in Form des Wärmeträgermediums von einem Ausdehnungsbehälter selbständig in einen benachbarten Ausdehnungsbehälter fließen kann, wobei die fluidleitenden Verbindungen unterhalb des Flüssigkeitsniveaus in den einzelnen Ausdehnungsbehältern ausgebildet sind und dadurch insgesamt über die jeweils vorhandene Anzahl an Ausdehnungsbehältern hinweg in allen Ausdehnungsbehältern dasselbe Flüssigkeitsniveau des Wärmeträgermediums sich einstellen kann. Damit sind Pumpen und Armaturen zwischen den Ausdehnungsbehältern nicht mehr notwendig, was die Wartungsund Reparaturarbeiten des Ausdehnungssystems deutlich reduziert. Insbesondere sind keine beweglichen Teile mehr zwischen zwei Ausdehnungsbehältern notwendig. Neben dem verminderten Investitionsaufwand sowie dem verringerten Wartungs- und Reparaturauf and werden auch der Eigenverbrauch an elektrischer Energie vermindert und die Anlagensteuerung des solarthermischen Kraftwerkes entlastet. Vorzugsweise sind die Äusdehnungsbehälter mit einem aus dem gleichen Schutzgas gebildeten Gaspolster gleichen Drucks beau schlagt, wobei zweckmäßigerweise der Druck über dem Dampfdruck des Wärmeträgermediums liegt, wodurch ein Verdampfen des Wärmeträgermediums unterbunden werden kann.
Die Anzahl an Ausdehnungsbehältern mit denen das Ausdehnungssystem ausgestattet ist, hängt individuell von der jeweiligen Anlagengröße ab und ist ebenso wie die Größe der einzelnen Ausdehnungsbehälter je nach Ausgestaltung und Leistung des Wärmeträgermedium-Kreislaufs und des solarthermischen Kraftwerkes ausgelegt. Hierbei ist die Größe der einzelnen Ausdehnungsbehälter im Wesentlichen von dem jeweils gewählten Produktionsverfahren und auch
Transportverfahren begrenzt.
Ein oder mehrere Ausdehnungsbehälter weisen vorzugsweise ein Sicherheitsventil in Form eines Überdruckventils auf. Hierdurch werden ein über das zulässige Maß hinausgehender Druckanstieg und damit eine übermäßige Gasansammlung in den in Form einer kommunizierenden Röhre miteinander verbundenen Ausdehnungsbehältern vermieden. Der Zusatzausdehnungsbehälter kann ebenfalls ein Überdruckventil aufweisen.
Um je nach Wunsch und Bedarf eine Entgasung der Ausdehnungsbehälter vornehmen zu können, können ein oder mehrere Ausdehnungsbehälter ein Entgasungsventil aufweisen. Wenn die Gasräume oder Gaspolsterräume der einzelnen Ausdehnungsbehälter in fluidleitender Verbindung über eine Rohrleitung miteinander verbunden sind, in welcher das Entgasungsventil angeordnet ist, dann lässt sich beispielsweise von einer Leitwarte aus das Entgasungsventil als Abblaseventil betätigen und damit eine gleichmäßige Entgasung aller vorhandener und in fluidleitender Verbindung mit dem Entgasungsventil stehender Ausdehnungsbehälter durchführen. Der Zusatzausdehnungsbehälter kann ebenfalls ein Entgasungsventil aufweisen. Das Entgasungsventil oder die Entgasungsventile können über eine Signalleitung von einer Leitwarte aus ansteuerbar ausgebildet sein.
Die mehreren Ausdehnungsbehälter können nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung in einer seriellen Anordnung oder in einer parallelen Anordnung zu dem Flutungsbehälter positioniert sein. Die serielle Anordnung, d. h. die Anordnung der Ausdehnungsbehälter zu dem Flutungsbehälter in Reihe, zeichnet sich durch eine besonders gute Handhabung von Spannungszuständen aus, insofern diese im größten Umfang in dem dem Flutungsbehälter am nächsten angeordneten Ausdehnungsbehälter aufgefangen werden. Dieser dem Flutungsbehälter am nächsten angeordnete Ausdehnungsbehälter ist dabei bevorzugt auf die entsprechend höheren Spannungszustände auszulegen, wohingegen die übrigen, weiter von dem Flutungsbehälter entfernt angeordneten
Ausdehnungsbehälter bevorzugt für entsprechend niedrigere Lastfälle ausgelegt sind. Bei der seriellen Anordnung mündet die erste Leitung von dem Flutungsbehälter unmittelbar in den dem Flutungsbehälter am nächsten angeordneten
Ausdehnungsbehälter. Bei der parallelen Anordnung mündet vorzugsweise die erste Leitung von dem Flutungsbehälter in eine gemeinsame Leitung der parallel zueinander angeordneten Ausdehnungsbehälter und nicht unmittelbar in einen Ausdehnungsbehälter . Ferner zeichnet sich die Erfindung durch ein solarthermisches Kraftwerk umfassend ein wie vorstehend aus- und weitergebildetes Ausdehnungssystem aus.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.
Es zeigen;
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines, in einen
Wärmeträgermedium-Kreislauf eines solarthermischen Kraftwerkes eingebundenen, erfindungsgemäßen
Ausdehnungssystems, wobei die Ausdehnungsbehälter zu dem Flutungsbehälter in einer seriellen Anordnung angeordnet sind; und
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Flutungsbehälters und zweier Ausdehnungsbehälter eines erfindungsgemäßen Ausdehnungssystems in einer parallelen Anordnung.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Wärmeträgermedium-Kreislauf 10 eines solarthermischen Kraftwerks, der durch eine kreisförmig geführte Rohrleitung 12 symbolisiert schematisch dargestellt ist. In dem Wärmeträgermedium-Kreislauf 10 ist ein mit
Parabolrinnenspiegeln bzw. Parabolrinnenkollektoren ausgestattetes Solarfeld 14 ausgebildet, in welchem das in dem Wärmeträgermedium-Kreislauf 10 von einer oder mehreren Pumpen 16 in Strömungsrichtung 18 bewegte Wärmeträgermedium 20, beispielsweise Thermoöl, von der Spiegelfläche der Parabolrinnenkollektoren reflektierte Sonnenstrahlung in Form von Wärme aufnimmt. Das erhitzte Wärmeträgermedium 20 gibt in einer mehrere Wärmetauscher aufweisenden
Wärmeübertragungsstufe 22 Wärme an den Wasserdampfkreislauf 24 des solarthermischen Kraftwerkes ab. Stromabwärts der Wärmeübertragungsstufe 22 und stromaufwärts der Pumpe 16 ist in einer Leitung 26 des Wärmeträgermedium-Kreislaufs 10 ein querschnittserweiterter Leitungsabschnitt 28 ausgebildet. In aus der Fig. 1 nicht ersichtlicher Art und Weise ist an beiden Enden des querschnittserweiterten Leitungsabschnittes 28 jeweils ein Übergangsabschnitt ausgebildet, längs welchem eine stetige Querschnittsveränderung vom Querschnitt des querschnittserweiterten Leitungsabschnittes 28 auf den Querschnitt der das Wärmeträgermedium 20 in diesem Bereich führenden Leitung 26 ausgebildet, so dass dieser Übergangsabschnitt vom querschnittserweiterten
Leitungsabschnitt 28 aus in den Normalquerschnitt der Leitung 26 einmündet. Der querschnittserweiterte Leitungsabschnitt 28 ist Bestandteil des als gestrichelte Linie 30 dargestellten Ausdehnungssystems .
In der in Fig. 1 gezeigten möglichen Ausführungsform umfasst das Ausdehnungssystem 30 einen Flutungsbehälter 32, zwei Ausdehnungsbehälter 34a, 34b, und einen
Zusatzausdehnungsbehälter 36. Die Ausdehnungsbehälter 34a, 34b und der Zusatzausdehnungsbehälter 36 sind auf einem höheren Höhenniveau als der Flutungsbehälter 32 angeordnet. Der Flutungsbehälter 32 ist über eine erste Fluidleitung 38 mit dem ihm am nächsten angeordneten Ausdehnungsbehälter 34a verbunden. Durch die Anordnung der Ausdehnungsbehälter 34a, 34b und des Zusatzausdehnungsbehälters 36 auf einem höher gelegenen Höhenniveau als der Flutungsbehälter 32 wird ein zumindest leichtes Gefälle zwischen den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b bzw. des Zusatzausdehnungsbehälter 36 und dem Flutungsbehälter 32 ausgebildet, wodurch das Wärmeträgermedium selbständig, d. h. ohne das Vorsehen von Hilfsmitteln, wie Pumpen, zwischen dem Flutungsbehälter 32 und den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b bzw. dem
Zusatzausdehnungsbehälter 36 fließen kann. Hilfsmittel, wie Pumpen, zur Bewegung der Flüssigkeit in Form des Wärmeträgermediums 20 von dem Flutungsbehälter 32 in die Ausdehnungsbehälter 34a, 34b bzw. den
Zusatzausdehnungsbehälter 36 und umgekehrt sind dadurch nicht mehr notwendig. Der Flüssigkeitsaustausch zwischen dem Flutungsbehälter 32 und den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b bzw. dem Zusatzausdehnungsbehälter 36 erfolgt selbsttätig.
Ferner ist der Flutungsbehälter 32 über eine zweite Fluidleitung 40 mit dem querschnittserweiterten
Leitungsabschnitt 28 der Leitung 26 verbunden, über welche das Wärmeträgermedium 20 aus dem Wärmeträgermedium-Kreislauf 10 in den Flutungsbehälter 32 und wieder zurück in den Wärmeträgermedium-Kreislauf 10 fließen kann. über eine dritte Fluidleitung 42 sind die Ausdehnungsbehälter 34a, 34b, in der hier gezeigten Ausführungsform der Ausdehnungsbehälter 34a mit dem in den Wärmeträgermedium- Kreislauf 10 integrierten Solarfeld 14 verbunden. Durch die direkte Verbindung des Solarfeldes 14 bzw. der Leitungen des Solarfeldes 14 mit den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b über die dritte Fluidleitung 42 kann bei einem Abkühlen des Wärmeträgermediums 20 in den Leitungen des Solarfeldes 14 die Ausbildung eines Vakuums in den Leitungen des Solarfeldes 14 und damit in den Leitungen 12 des Wärmeträgermedium- Kreislaufes 10 verhindert werden.
Neben den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b ist bei diesem Ausführungsbeispiel der Zusatzausdehnungsbehälter 36 vorgesehen, welcher über eine vierte Fluidleitung 44 unmittelbar mit dem Flutungsbehälter 32 verbunden ist. Der Zusatzausdehnungsbehälter 36 ist dabei nicht mit den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b über eine Fluidleitung verbunden. Der Zusatzausdehnungsbehälter 36 weist ein geringeres Volumen auf als die Ausdehnungsbehälter 34a, 34b, wobei das Volumen des Zusatzausdehnungsbehälters 36 vorzugsweise etwa Einhundertstel des Volumens der Ausdehnungsbehälter 34a, 34b aufweist.
An der ersten Fluidleitung 38 und der dritten Fluidleitung 42 ist jeweils ein Absperrventil 46, 48 vorgesehen, mittels welcher die jeweiligen Fluidleitungen 38, 42 geschlossen oder geöffnet werden können. An der zweiten Fluidleitung 40 und der vierten Fluidleitung 44 sind keine Absperrventile vorgesehen, so dass diese Fluidleitungen 40, 44 permanent geöffnet sind, so dass zu jeder Zeit das Wärmeträgermedium 20 diese Fluidleitungen 40, 44 durchfließen kann.
Tagsüber, bei Sonneneinstrahlung auf die
Parabolrinnenkollektoren des Solarfeldes 14, ist das Absperrventil 46 der ersten Fluidleitung 38 geöffnet und das Absperrventil 48 geschlossen, so dass das sich ausdehnende Wärmeträgermedium 20 durch die erste Fluidleitung 38, die zweite Fluidleitung 40 und die vierte Fluidleitung 44 ungehindert fließen kann und sich über den Flutungsbehälter 32 in die Ausdehnungsbehälter 34a, 34b und den Zusatzausdehnungsbehälter 36 ausdehnen kann. Die thermische Ausdehnung des Wärmeträgermediums 20 wird somit bei diesem Betriebszustand von allen Behältern, dem Flutungsbehälter 32, den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b und dem
Zusatzausdehnungsbehälter 36, aufgenommen.
Bei Speicherbetrieb ohne Sonneneinstrahlung, z. B. abends oder nachts, wird das Absperrventil 46 der ersten Fluidleitung 38 geschlossen und das Absperrventil 48 der dritten Fluidleitung 42 geöffnet. Das Wärmeträgermedium 20 kann nun über die zweite Fluidleitung 40, die dritte Fluidleitung 42 und die vierte Fluidleitung 44 ungehindert fließen. Dadurch wird bei der Abkühlung des Wärmeträgermediums 20 die Bildung von Vakuum in den Leitungen des Solarfeldes 14 vermieden. Gleichzeitig wird der thermische Speicher 50, welcher in der Nähe des Solarfeldes 14 angeordnet ist, entladen, wobei hierbei der Flutungsbehälter 32 die Ausdehnung des Wärmeträgermediums 20 kompensiert, um einen Druck über dem Auslegungswert des Ausdehnungssystems 30 zu vermeiden. Da der Flutungsbehälter 32 zu Beginn des Speicherbetriebs des thermischen Speichers 50 in der Regel komplett mit Wärmeträgermedium 20 aufgefüllt ist, wird das sich durch die Speicherentladung ausdehnende Wärmeträgermedium 20 von dem Zusatzausdehnungsbehälter 36 aufgenommen. Durch den Zusatzausdehnungsbehälter 36 kann erreicht werden, dass in diesem Betriebszustand wie sonst üblich kein Schutzgas, insbesondere kein Stickstoff, an die Umgebung abgegeben werden muss, wodurch der Verbrauch an Schutzgas deutlich reduziert werden kann.
Über Nacht fallen Pegel und Druck in den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b, so dass am nächsten Morgen, das Absperrventil 46 wieder geöffnet werden kann und die Ausgangszustände in den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b und dem Flutungsbehälter 32 wieder hergestellt sein können.
Die Ausdehnungsbehälter 34a, 34b sind im Wesentlichen höhengleich zueinander positioniert und in ihren unteren Behälterbereichen über eine Fluidleitung 52 miteinander verbunden, so dass sich innerhalb der Ausdehnungsbehälter 34a, 34b jeweils ein Volumen an Wärmeträgermedium 20 derart ausbilden und ansammeln kann, dass in den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b dasselbe Niveau einer Badspiegeloberfläche erreicht wird. Durch die derart miteinander kommunizierend verbundene Ausgestaltung der fluidleitenden Verbindung zwischen den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b ist es nicht mehr notwendig, im Bereich der Fluidleitung 52 zwischen diesen
Ausdehnungsbehältern 34a, 34b Pumpen oder Armaturen auszubilden und anzuordnen. Der Flüssigkeitsaustausch zwischen den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b erfolgt selbsttätig.
Oberhalb des Badspiegels bzw. der Badspiegeloberfläche sind die Ausdehnungsbehälter 34a, 34b und der
Zusatzausdehnungsbehälter 36 mit einem Gaspolster 54 aus Schutzgas, im Ausführungsbeispiel zum Beispiel Stickstoff, ausgestattet. In den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b und dem Zusatzausdehnungsbehälter 36 sind vorzugsweise die gleiche Art Schutzgas vorgesehen. Hierbei ist der Gasdruck in den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b gleich, wobei in dem Zusatzausdehnungsbehälter 36 ein anderer Gasdruck eingestellt werden kann als in den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b. Der Flutungsbehälter 32 muss im Gegensatz zu den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b und dem
Zusatzausdehnungsbehälter 36 kein Gaspolster aufweisen, sondern kann ausschließlich mit dem Wärmeträgermedium 20 gefüllt werden. Es ist aber auch möglich, dass der Flutungsbehälter 32 auch ein, vorzugsweise sehr geringes, Gaspolster aufweist.
An den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b, dem
Zusatzausdehnungsbehälter 36 und dem Flutungsbehälter 20 sind jeweils ein Entlüftungsventil 56 angeordnet, welche in nicht dargestellter Weise über eine Signalleitung mit einer Steuerwarte oder Leitwarte in Wirkverbindung stehen, von welcher Leitwarte aus die Entlüftungsventile ansteuerbar sind.
Aus Sicherheitsgründen ist ferner an den Ausdehnungsbehältern 34a, 34b, an dem Zusatzausdehnungsbehälter 36 und dem Flutungsbehälter 32 jeweils ein als Überdruckventil ausgebildetes Sicherheitsventil 58 vorgesehen, über welches bei unzulässig hohem Gasdruck Gas aus dem Ausdehnungssystem 30 ausgelassen werden kann.
Auch wenn im Ausführungsbeispiel das Ausdehnungssystem 30 zwei Ausdehnungsbehälter 34a, 34b, einen Zusatzausdehnungsbehälter 36 und einen Flutungsbehälter 32 umfasst, so kann das erfindungsgemäße Ausdehnungssystem 30 auch aus einer beliebigen Anzahl an Ausdehnungsbehältern 34a, 34b, Zusatzausdehnungsbehältern 36 und Flutungsbehältern 32, mindestens aber aus jeweils einem, bestehen, die je nach Größe und Auslegung des Wärmeträgermedium-Kreislaufes 10 und des Wasserdampfkreislaufes und der Leistung des solarthermischen Kraftwerkes ausgewählt und ausgelegt sind.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform sind die Ausdehnungsbehälter 34a, 34b in einer seriellen Anordnung zu dem Flutungsbehälter 32 angeordnet. Die serielle Anordnung, d. h. die Anordnung der Ausdehnungsbehälter 34a, 34b zu dem Flutungsbehälter 32 in Reihe, zeichnet sich durch eine besonders gute Handhabung von Spannungszuständen aus, insofern diese im größten Umfang in dem dem Flutungsbehälter 32 am nächsten angeordneten Ausdehnungsbehälter 34a aufgefangen werden. Bei der seriellen Anordnung mündet die erste Leitung 38 von dem Flutungsbehälter 32 unmittelbar in den dem Flutungsbehälter 32 am nächsten angeordneten
Ausdehnungsbehälter 34a.
Fig. 2 zeigt eine parallele Anordnung der Ausdehnungsbehälter 34a, 34b zu dem Flutungsbehälter 32. Bei der parallelen Anordnung mündet die erste Leitung 38 von dem Flutungsbehälter 32 in die, die Ausdehnungsbehälter 34a, 34b miteinander verbindende, Fluidleitung 52 und nicht unmittelbar in einen der Ausdehnungsbehälter 34a, 34b.

Claims

Patentansprüche
1. Ausdehnungssystem des Wärmeträgermedium-Kreislaufes (10) eines solarthermischen Kraftwerks, umfassend einen Ausdehnungsbehälter (34a, 34b) und einen Flutungsbehälter {32), wobei der Ausdehnungsbehälter (34a, 34b) und der Flutungsbehälter (32) über eine erste Fluidleitung (38) miteinander verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ausdehnungsbehälter (34a, 34b) auf einem höheren Höhenniveau als der Flutungsbehälter (32) angeordnet ist.
2. Ausdehnungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flutungsbehälter (32) über eine zweite Fluidleitung (40) mit einem querschnittserweiterten Leitungsabschnitt (28) einer Wärmeträgermediums (20) führenden Leitung (26) des Wärmeträgermedium-Kreislaufes (10) verbunden ist.
3. Ausdehnungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausdehnungsbehälter (34a, 34b) über eine dritte Fluidleitung (42) mit einem in den Wärmeträgermedium-Kreislauf (10) integrierten Solarfeld (14) verbunden ist.
4. Ausdehnungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fluidleitung (38) und die dritte Fluidleitung (42) eine Absperrvorrichtung (46, 48) aufweisen.
5. Ausdehnungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zusatzausdehnungsbehälter (36) vorgesehen ist, welcher über eine vierte Fluidleitung (44) mit dem Flutungsbehälter (32) verbunden ist, wobei der Zusatzausdehnungsbehälter (36) ein geringeres Volumen als der Ausdehnungsbehälter (34a, 34b) aufweist.
6. Ausdehnungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Fluidleitung (44) keine Absperrvorrichtung aufweist .
7. Ausdehnungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als ein Ausdehnungsbehälter (34a, 34b) vorgesehen ist, wobei die Ausdehnungsbehälter (34a, 34b) miteinander in fluidleitender Verbindung stehen und auf im Wesentlichen demselben Höhenniveau zueinander angeordnet sind.
8. Ausdehnungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Äusdehnungsbehälter (34a, 34b) in einer seriellen Anordnung oder in einer parallelen Anordnung zu dem Flutungsbehälter (32) positioniert sind.
9. Solarthermisches Kraftwerk mit einem aus Parabolrinnenkollektoren gebildeten Solarfeld (14), umfassend ein Ausdehnungssystem (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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