WO2015027988A2 - Drainagesystem für ein solarthermisches kollektorfeld - Google Patents

Drainagesystem für ein solarthermisches kollektorfeld Download PDF

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WO2015027988A2
WO2015027988A2 PCT/DE2014/100279 DE2014100279W WO2015027988A2 WO 2015027988 A2 WO2015027988 A2 WO 2015027988A2 DE 2014100279 W DE2014100279 W DE 2014100279W WO 2015027988 A2 WO2015027988 A2 WO 2015027988A2
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drainage
absorber
line
tank
manifold
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Frieder GRÄTER
Gabriel MORIN
Max Mertins
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Novatec Solar Gmbh
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S40/00—Safety or protection arrangements of solar heat collectors; Preventing malfunction of solar heat collectors
    • F24S40/60—Arrangements for draining the working fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S90/00—Solar heat systems not otherwise provided for
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers

Definitions

  • the present invention relates to a drainage system for a solar thermal collector field operated with a molten salt as a heat transfer medium, comprising at least one absorber line, which has at least one outlet, via which the heat transfer medium can be fed to a drainage tank or a collecting line, and an associated method for emptying an absorber line and the manifolds.
  • the heat transfer medium in particular here the molten salt
  • the heat transfer medium distributed over a manifold to individual absorber lines, these absorber lines are heated by means of concentrating mirrors and thus heat the heat transfer medium.
  • the heated heat transfer medium is passed through manifolds in a hot storage, from which a steam generator can be fed, which then serves as needed by steam turbine and generator for electrical energy. If, for example, an absorber line is no longer heated, for example due to maintenance work or the failure of equipment, the molten salt in the absorber line would cool down and possibly solidify.
  • the solidified salt After the solidified salt has a greater density than the molten salt, will still refill molten salt to the solidified salt and also solidify in the same line section, so that in the case of re-thawing the melting salt could cause the absorber line due to its lower density for plastic deformation or even bursting.
  • the present invention should now contribute to specifying suitable methods for emptying the pipelines in a solar thermal power plant and to designate suitable devices.
  • the present invention is furthermore intended to show possibilities for realizing variable emptying of individual absorber sections.
  • the molten salt in a compact container By storing the molten salt in a compact container as possible, it is possible to maintain the temperature of the salt in the liquid state as long as possible. While the molten salt in the elongated absorber lines would cool relatively quickly, because there is a very large surface which accelerates the cooling as long as there is no exposure to concentrated sunlight, the reaction latitude of the system is greatly increased. Also, if necessary, the necessary re-melting of the salt is also easier when the salt is in a compact container rather than in a distributed pipeline.
  • a first solution provides a drainage system in which an absorber line is connected to a drainage tank. From the absorber line the molten salt used is spent in the drainage tank via a drain, which is located in a local geodesic low point or a flat line section of the absorber line. This is done using an intermediate manifold, via which several absorber lines are connected to the drainage tank.
  • the manifold is a pipe for the supply of Absorber pipes with molten salt as the heat transfer medium, from which the absorber pipes branch off to the side.
  • a first supply manifold in the sense of a distribution line here is usually the supply of molten salt to the absorber lines, while a second, analogously shaped return-collecting manifold is used to return the molten salt.
  • the absorber lines are mounted elevated relative to the manifolds, so that the molten salt in the absorber line can flow due to gravity in the manifolds.
  • the manifolds for example, terminally connected to the drainage tank, wherein the connection with the drainage tank via a plurality of inlets is realized, which are each connected at different levels to the drainage tank.
  • the collecting line can also be emptied via this inlet.
  • the drainage tank has at least the volume that is required for emptying one or more parts of the solar field and its lines.
  • the drainage pump may in particular be a submersible pump.
  • the drainage pump For the design and operation case that the drained salt is transported during drainage in another section of pipe or in one of the large storage tank, it is not absolutely necessary to dimension the drainage tank so large that it is the total amount of salt to draining pipes. It is then a container size sufficient, which ensures only the minimum level for pump operation.
  • the drainage pump can be made redundant for this design and operation case, which can be provided several times to further increase the security and their power supply.
  • the statements on the application of a drainage pump therefore apply to all variants of the invention, although they are expressly linked in the above text only with one of the variants.
  • a further solution provides for a decentralized emptying of the absorber line, which is to be realized via optionally removable drainage tanks of the individual absorber lines.
  • an absorber line has an outlet, via which the heat transfer medium molten salt enters the drainage tank.
  • the drain is associated with a closure valve to which the drainage tank can be removably attached. It can therefore be used in the solar field with one or more removable drainage tanks, if necessary the absorber line to be emptied to be connected. The salt can then be taken with the tank to the central storage and converted there. Once the absorber line is back in the operating state, the heat transfer medium can be pumped back into the absorber line.
  • a dip tube for emptying the drainage tank.
  • the mouth of the dip tube is in this case in the bottom region of the tank, so that by injecting a gas into the upper region of the pressure vessel, the liquid, so the molten salt, rise above the dip tube and run back into the pipeline.
  • a pressure discharge is possible not only via a dip tube but also via a tank opening in the region of the geodetic low point of the tank.
  • a valve in the upper region of the tank container serves to introduce a gas which is inert with respect to the molten salt to displace it into the drainage tank.
  • the gas can originate, for example, from a gas tank or from gas surfaces, which can be connected to the drainage tank.
  • Use of a gas that is chemically unreactive or less reactive with the salt prevents the desired salinity properties from changing.
  • the drainage tank can also be assigned a heating loop for heating, with the aid of which the liquid salt can be kept warm. This eliminates the need to empty the drainage tank into a storage tank. Rather, the drainage tank can remain directly on site. Alternatively, refilling is also possible directly via the manifold.
  • the feeding manifold can be connected via a short-circuit line to the returning manifold, so that even when emptying or switching off all absorber lines, a circulation in the manifolds is possible.
  • the solar thermal collector field can be approached by means of the short-circuit line by first charging the collecting lines and only gradually switching on the absorber lines.
  • an absorber line is in principle also a short-circuit line
  • the short-circuit line in the sense of the invention is characterized by its length, which is significantly shorter in relation to the absorber lines, and its significantly greater cross-sectional to length ratio.
  • the short-circuit line can be specially insulated and / or heated.
  • a ventilation valve may be provided which supplies the expelled salt volume by air or another with the respective one Salt type inert gas allowed.
  • this gas can also be introduced at elevated pressure to accelerate drainage.
  • this may be a specially filled gas, but also ambient air which flows into the absorber line or manifold to be emptied for pressure equalization.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a solar thermal
  • Collector field with an absorber line, a pair of manifolds, two storage tanks and a steam generator, and a drainage pump, which carries the salt in the drainage case in one of the large salt storage tank,
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an absorber line with a connected collecting line and its outlet into a drainage tank, with two tank inlets at different altitudes, sketching the height relationships in the side view;
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a removable drainage tank for connection to an absorber line in a lateral cross-sectional view
  • Figure 4 is a plan view of a schematically illustrated solar field, which is divided into four subfields.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a solar field of a solar thermal power plant, which consists in principle of a pair of manifolds 30, 31 and a plurality of absorber lines 10.
  • An incoming manifold 31 is hereby provided in normal operation for the supply of the molten salt used as a heat transfer medium from a cold storage tank 41.
  • the absorber line 10 in this case forms a loop from an inlet 12 from the feeding manifold 31 to a drain 1 1 in a recirculating manifold 30, which leads to a hot storage tank 40.
  • the heat transfer medium heated in the absorber line 10 can then be removed from the hot storage tank 40 and fed to a steam generator 50, which removes its heat energy from the molten salt and generates steam for the production of electrical energy.
  • an absorber line 10 which is fed by each of a plurality of collector mirrors with reflected sunlight, is a Emptying of the respective absorber line 10 and Absorber effetsschleife provided. This can be spent by withdrawing the molten salt via the returning manifold 30 by means of a pump 23 in the storage tank assembly 40, 41. By opening the closure valve at the outlet 1 1 of the absorber line 10, the absorber line 10 can idle into the returning manifold 30. This can be assisted by connecting the absorber line 10 at a high point to a gas container or a separate gas line, via which a pressurized gas is conducted into the absorber line 10 and the heat transfer medium molten salt is thereby expelled from the absorber line 10.
  • FIG. 2 further shows details of the inflow of the salt melt into the drain tank 20 and outlines the geodetic conditions in the side view. Due to the lateral representation in FIG. 2, it can be seen that the absorber line 10 is located geodetically above the returnable collecting line 30. Thus, if the outlet 1 1 of the absorber line 10 is opened, the molten salt from the absorber line 10 will run back into the manifold 30, assuming pressure equalization. A lower inlet 22 lies in an altitude below the manifold 30, while an upper inlet 21 is located in the altitude above the manifold 30. When the upper inlet 21 is opened, the molten salt only flows into the drainage tank 20 from the absorber line 10, which likewise lies above the upper inlet 21, in accordance with the principle of the communicating tubes. If exclusively or additionally the lower inlet 22 of the drainage tank 20 is opened, then the manifold 30 in the drainage tank 20 will also run empty. The drainage tank 20 can in turn be emptied by means of the drainage pump 23.
  • FIG. 3 shows a removable drainage tank 60 for receiving the molten salt from an absorber line 10.
  • the molten salt is led out of the absorber line 10 into the drainage tank 60 via a closure valve 63, which prevents unwanted leakage of molten salt.
  • existing gas is displaced via a gas valve 64.
  • the drainage tank 60 at the closure valve 63 can be separated from the absorber line 10 and stored separately from the absorber line 10. Remains the molten salt in the drainage tank 60, the molten salt is cooled therein.
  • the drainage tank 60 can be optionally carried out mobile for this purpose. That after one
  • FIG. 4 shows a solar field 13, which comprises a multiplicity of absorber lines 10, not shown in greater detail. These lead, depending on the situation in the solar field 13 in one of four pairs of manifolds 30, 31, via which they are charged with molten salt at a low temperature level from a cold storage tank 41 and heated by which heated molten salt in a hot storage tank 40. For this purpose, each two recirculating manifolds 30 and feeding manifolds 31 unite to a pair of central manifolds 32, which open into the central storage tank assembly 40, 41.
  • Each subfield here has its own drainage tank 20, into which the molten salt can be emptied in the event of emptying of individual absorber lines or of the entire subfield.
  • the capacity of the drainage tanks 20 together corresponds to at least the common volume of all absorber lines 10 of the subfield.

Abstract

Gegenüber Thermoölen besitzen Salzschmelzen als Wärmeträgermedium in solarthermischen Kollektorfeldern zahlreiche Vorteile. Ein Nachteil besteht jedoch darin, dass bei einer Außerbetriebnahme des Kollektorfelds oder einzelner Leitungen die Salzschmelze von ihrer Betriebstemperatur herunterkühlt und letzten Endes in den Leitungen erstarrt. Bei einem Wiederaufschmelzen dehnt sich die Salzschmelze wieder aus und es besteht die Gefahr eines Leitungsbruchs. Daher sieht die vorliegende Erfindung vor, die Salzschmelze aus den Leitungen, insbesondere den Absorberleitungen, zu entfernen, indem die Absorberleitungen entweder in die Sammelleitungen oder über diese in zentrale Drainagetanks oder über einzelne Ablaufleitungen direkt in dezentrale Drainagetanks entleert werden.

Description

D RAI NAGESYSTEM FÜR EIN SOLARTHERMISCHES
KOLLEKTORFELD Die vorliegende Erfindung betrifft ein Drainagesystem für ein mit einer Salzschmelze als Wärmeübertragungsmedium betriebenes solarthermisches Kollektorfeld, umfassend zumindest eine Absorberleitung, welche wenigstens einen Ablauf aufweist, über den das Wärmeübertragungsmedium einem Drainagetank oder einer Sammelleitung zuführbar ist, sowie ein zugehöriges Verfahren zum Entleeren einer Absorberleitung sowie der Sammelleitungen.
Ein Betrieb von Hochtemperatur-Solarfeldern wie beispielsweise in solarthermischen Kraftwerken ist mit mehreren unterschiedlichen Wärmeübertragungsmedien möglich. So ist es bereits seit längerem bekannt, anstelle der weit verbreiteten Thermoöle nunmehr Salzschmelzen einzusetzen, die bei noch höheren Temperaturen einsetzbar sind. Grundsätzlich besteht hierbei der Wunsch, möglichst hohe Temperaturen bedienen zu können und ein Wärmeträgermedium mit einem möglichst niedrigen Schmelzpunkt zu verwenden, so dass sichergestellt ist, dass auch bei einem Ausfall des Systems das sich in den Rohrleitungen befindliche Salz möglichst lange im flüs- sigen Zustand bleibt.
In dem Kollektorfeld wird das Wärmeträgermedium, insbesondere hier die Salzschmelze, über eine Sammelleitung an einzelne Absorberleitungen verteilt, wobei diese Absorberleitungen mithilfe von konzentrierenden Spiegeln erhitzt werden und damit auch das Wärmeträgermedium aufheizen. Das aufgeheizte Wärmeträgermedium wird über Sammelleitungen in einen Heißspeicher geleitet, aus dem ein Dampferzeuger gespeist werden kann, welcher dann bedarfsweise mittels Dampfturbine und Generator zur elektrischer Energie dient. Wird nun beispielsweise wegen Wartungsarbeiten oder dem Ausfall von Betriebsmitteln eine Absorberleitung nicht mehr erwärmt, so würde die Salzschmelze in der Absorberleitung abkühlen und gegebenenfalls erstarren. Nachdem das erstarrte Salz eine größere Dichte hat als das geschmolzene Salz, wird noch geschmolzenes Salz zu dem erstarrten Salz nachfließen und ebenfalls in demselben Leitungsabschnitt erstarren, so dass im Falle eines Wiederauftauens das schmelzende Salz aufgrund seiner geringeren Dichte die Absorberleitung zur plastischen Deformation oder gar zum Bersten bringen könnte.
Um dem vorzubeugen, soll die vorliegende Erfindung nun dazu beitragen, geeignete Verfahren zur Entleerung der Rohrleitungen in einem solarthermischen Kraftwerk anzugeben und geeignete Vorrichtungen zu benennen. Angesichts der Möglichkeit einer Außerbetriebnahme lediglich einzelner Absorberleitungen eines gesamten Systems soll die vorliegende Erfindung darüber hinaus Möglichkeiten aufzeigen, eine variable Entleerung einzelner Absorberabschnitte zu realisieren.
Durch die Aufbewahrung der Salzschmelze in einem möglichst kompakten Behältnis ist es möglich, die Temperatur des Salzes im flüssigen Aggregatszustand möglichst lange beizubehalten. Während die Salzschmelze in den langgestreckten Absorberleitungen relativ schnell abkühlen würde, da eine sehr große Oberfläche vorhanden ist welche die Kühlung beschleunigt solange keine Beaufschlagung mit konzentriertem Sonnenlicht erfolgt, wird so der Reaktionsspielraum des Systems bei weitem vergrö- ßert. Auch das gegebenenfalls notwendige Wiederaufschmelzen des Salzes stellt sich ebenfalls einfacher dar, wenn sich das Salz in einem kompakten Behältnis anstatt in einer verteilten Rohrleitung befindet.
Die Erfindung löst dieses Problem mit einem Drainagesystem gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 . Ebenfalls wird dies durch ein Drainagesystem gemäß den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Schließlich lösen die Verfahren gemäß den Merkmalen der Ansprüche 13 und 14 ebenfalls die gestellte Aufgabe.
Eine erste Lösung sieht ein Drainagesystem vor, bei dem eine Absorberleitung mit einem Drainagetank verbunden ist. Aus der Absorberleitung wird die verwendete Salzschmelze über einen Ablauf, welcher sich in einem lokalen geodätischen Tiefpunkt oder einem ebenen Leitungsabschnitt der Absorberleitung befindet, in den Drainagetank verbracht. Dies erfolgt unter Nutzung einer zwischengeschalteten Sammelleitung, über die mehrere Absorberleitungen mit dem Drainagetank verbun- den sind. Bei der Sammelleitung handelt es sich um ein Rohr zur Versorgung der Absorberleitungen mit Salzschmelze als Wärmeträgermedium, von dem die Absorberleitungen seitlich abzweigen. Im Normalbetrieb dient eine erste zuführende Sammelleitung im Sinne einer Verteilerleitung hierbei üblicherweise der Zuführung der Salzschmelze zu den Absorberleitungen, während eine zweite, analog geformte rückführende Sammelleitung zur Rückführung der Salzschmelze dient. Hierbei sind die Absorberleitungen gegenüber den Sammelleitungen erhöht gelagert, so dass die Salzschmelze in der Absorberleitung aufgrund der Schwerkraft in die Sammelleitungen fließen kann. Die Sammelleitungen sind beispielsweise endständig mit dem Drainagetank verbunden, wobei die Verbindung mit dem Drainagetank über eine Mehrzahl von Zuläufen realisiert ist, die jeweils in unterschiedlicher Höhenlage mit dem Drainagetank verbunden sind. So ist aufgrund der Schwerkraft bei einem Öffnen eines über der Höhenlage der Sammelleitung angeordneten Zulaufs ein Entleeren sämtlicher höher gelegener Absorberleitungen im System realisierbar, während die Sammelleitungen oder deren Teile, deren Niveau unterhalb des Zulaufs liegen, nicht entleert werden. Die Entleerung erfolgt hierbei nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren.
Umgekehrt ist auch ein reines Entleeren nur der Sammelleitungen in die Drainage- oder Speichertanks möglich, insbesondere wenn die Absorberleitungen bereits zuvor beziehungsweise anderweitig, z.B. über die mobile Drainage, entleert worden sind.
Wird hingegen ein unterhalb des Niveaus der Sammelleitung liegender Zulauf zum Drainagetank geöffnet, so wird über diesen Zulauf auch die Sammelleitung entleert werden können.
Auch andere Strategien zur Entleerung bestimmter Rohrleitungs- und Absorberabschnitte sind in Abhängigkeit der geodätischen Verhältnisse denkbar, gegebenenfalls auch mit Tank-Einlaufrohren auf mehr als zwei Niveaus. Eine Entleerung einzelner Absorberleitungen kann durch ein Absperren der nicht zu entleerenden Absorberleitungen realisiert werden. Nach dem Leerlaufen der zu entleerenden Absorberleitung wird diese ebenfalls verschlossen und die anderen Absorberleitungen können wieder geöffnet werden um den Betrieb bzw. den Salzfluss wieder in Gang zu setzen. Der Drainagetank weist mindestens das Volumen auf, das für eine Entleerung einzelner oder mehrerer Teile des Solarfeldes und seiner Leitungen benötigt wird.
Mit einigem Vorteil ist es möglich, den Drainagetank als solchen mithilfe einer Drainagepumpe seinerseits in einen Rohrleitungsabschnitt, der nicht dem zu drainieren- den Solarfeldabschnitt zugeordnet ist oder direkt in eine Speichertankanordnung bestehend aus wenigstens einem Speichertank zu entleeren.
Bei der Drainagepumpe kann es sich insbesondere um eine Tauchpumpe handeln. Für den Auslegungs- und Betriebs-Fall, dass das drainierte Salz schon während der Drainage in einen anderen Rohrleitungsabschnitt beziehungsweise in einen der großen Speicherbehälter befördert wird, ist es nicht zwingend notwendig, den Drainagetank so groß zu dimensionieren, dass er die gesamte Salzmenge der zu drainieren- den Rohrleitungen fassen kann. Es ist dann eine Behältergröße ausreichend, die lediglich den Mindestfüllstand für den Pumpenbetrieb sicherstellt. Aus Sicherheitsgründen kann für diesen Auslegungs- und Betriebsfall die Drainagepumpe redundant ausgeführt sein, wobei zur weiteren Erhöhung der Sicherheit auch deren Stromversorgung mehrfach vorgesehen sein kann. Um die Betriebssicherheit dieses Drai- nagesystems stets und nicht nur im seltenen Drainagefall sicherstellen zu können, ist es besonders vorteilhaft, die Drainagepumpe auch im Normalbetrieb zur Salzförderung zu nutzen und damit bereits auf Temperatur zu halten, indem die Pumpen im Salz-Hauptstrom eingebracht werden. Die Ausführungen zur Anwendung einer Drainagepumpe gelten mithin für alle Varianten der Erfindung, wenngleich sie im vorstehenden Text lediglich mit einer der Varianten ausdrücklich verknüpft sind.
Eine weitere Lösung sieht eine dezentrale Entleerung der Absorberleitung vor, wel- che über optional abnehmbare Drainagetanks der einzelnen Absorberleitungen realisiert werden soll. Auch in diesem Fall weist eine Absorberleitung einen Ablauf auf, über den das Wärmeübertragungsmedium Salzschmelze in den Drainagetank einläuft. Hier ist jedoch dem Ablauf ein Verschlussventil zugeordnet, an dem der Drainagetank abnehmbar befestigt sein kann. Es kann also in dem Solarfeld mit einem oder mehreren abnehmbaren Drainagetanks gearbeitet werden, die bedarfsweise an die Absorberleitung, die zu entleeren ist, angeschlossen werden. Das Salz kann dann mit dem Tank zu dem zentralen Speicher verbracht und dort umgeleert werden. Sobald die Absorberleitung wieder im Betriebszustand ist, kann das Wärmeübertragungsmedium wieder in die Absorberleitung hineingepumpt werden.
Konkret kann in einen Drainagetank, ob feststehend oder abnehmbar, ein Tauchrohr zur Entleerung des Drainagetanks einragen. Die Mündung des Tauchrohrs befindet sich hierbei im Bodenbereich des Tankbehälters, so dass durch ein Einpressen eines Gases in den oberen Bereich des Druckbehälters die Flüssigkeit, also die Salz- schmelze, über das Tauchrohr nach oben steigen und in die Rohrleitung zurücklaufen kann. Eine Druckentleerung ist nicht nur über ein Tauchrohr möglich sondern auch über eine Tanköffnung im Bereich des geodätischen Tiefpunkts des Tanks.
Ein Ventil im oberen Bereich des Tankbehälters dient dazu, ein gegenüber der Salzschmelze inertes Gas zu deren Verdrängung in den Drainagetank einzuleiten. Das Gas kann hierbei beispielsweise aus einem Gastank oder aus Gasflachen stammen, welche mit dem Drainagetank verbunden werden können. Eine Verwendung eines mit dem Salz chemisch nicht oder wenig reagierenden Gases verhindert, dass sich die gewünschten Salzeigenschaften verändern.
Dem Drainagetank kann zudem eine Heizschleife zur Beheizung zugeordnet sein, mit deren Hilfe das flüssige Salz warmgehalten werden kann. Hierdurch kann es entfallen, den Drainagetank in einen Speichertank zu entleeren. Vielmehr kann der Drainagetank direkt vor Ort bleiben. Alternativ ist ein Wiederbefüllen auch direkt über die Sammelleitung möglich.
Grundsätzlich ist jedoch vorgesehen, die Absorberleitung, sei es in einen dezentralen Tank oder über die Sammelleitung in den zentralen Tank, zu entleeren. Soweit dies geschieht, kann in der Absorberleitung ein Überdruck erzeugt werden, mit dessen Hilfe eine Entleerung der Absorberleitung erleichtert und beschleunigt wird. Das Erzeugen dieses Überdrucks kann hierbei ebenfalls aus den oben genannten Gründen mithilfe einer Zuführung eines gegenüber der verwendeten Salzschmelze inerten Gases erfolgen, was über ein Gasventil, beispielsweise im Bereich eines lokalen o- der auch globalen geodätischen Hochpunkts der Absorberleitung oder in einem ebe- nen Leitungsabschnitt realisiert werden kann. Es ist hierbei insbesondere in konkreter Ausgestaltung vorgesehen, ein Solarfeld in mehrere Subfelder zu unterteilen. Jedem Subfeld ist ein eigenes Paar Sammelleitungen zugeordnet und es kann jedem Subfeld ein eigener Drainagebehälter zugeord- net sein, in den die jeweiligen Sammelleitungen und die damit verbundenen Absorberleitungen drainiert werden können.
Ferner kann die zuführende Sammelleitung über eine Kurzschlussleitung mit der rückführenden Sammelleitung verbunden sein, so dass auch bei einem Entleeren bzw. Abschalten sämtlicher Absorberleitungen eine Zirkulation in den Sammelleitungen ermöglicht ist. Ferner kann mithilfe der Kurzschlussleitung das solarthermische Kollektorfeld angefahren werden, indem zunächst die Sammelleitungen beschickt und erst nach und nach die Absorberleitungen zugeschaltet werden. Zwar stellt eine Absorberleitung prinzipiell auch eine Kurzschlussleitung dar, die Kurzschlussleitung im Sinne der Erfindung ist aber durch ihre im Verhältnis zu den Absorberleitungen deutlich verkürzte Länge und ihr deutlich größeres Querschnitts- zu-Länge-Verhältnis gekennzeichnet. Zudem kann die Kurzschlussleitung besonders isoliert und/oder beheizt werden. Für alle oben genannten Drainage-Varianten kann, um die Drainage zu beschleunigen oder überhaupt erst zu ermöglichen, insbesondere an einem lokalen geodätischen Hochpunkt oder an einem ebenen Abschnitt der Leitung ein Belüftungsventil vorgesehen sein, welches das ausgetriebene Salzvolumen durch Luft oder ein anderes mit dem jeweiligen Salztyp inerten Gas erlaubt. Optional kann dieses Gas auch mit erhöhtem Druck eingeführt werden, um die Drainage zu beschleunigen. Es kann sich hierbei aus oben genannten Gründen um ein speziell eingefülltes Gas handeln, aber auch um Umgebungsluft, die zum Druckausgleich in die zu entleerende Absorberleitung oder Sammelleitung einströmt. Die vorstehend beschriebene Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen Figur 1 eine schematische Darstellung eines solarthermischen
Kollektorfelds mit einer Absorberleitung, einem Paar Sammelleitungen, zwei Speichertanks und einem Dampfgenerator, sowie eine Drainagepumpe, welche das Salz im Drainagefall in einen der großen Salz-Speicher- Behälter befördert,
Figur 2 eine schematische, die Höhenverhältnisse in der Seitenansicht skizzierende Darstellung einer Absorberleitung mit angeschlossener Sammelleitung und deren Ablauf in einen Drainagetank, mit zwei Tankeinläufen in unterschiedlicher Höhenlage,
Figur 3 eine schematische Darstellung eines abnehmbaren Drai- nagetanks zur Verbindung mit einer Absorberleitung in einer seitlichen Querschnittsdarstellung, sowie
Figur 4 eine Draufsicht auf ein schematisch dargestelltes Solarfeld, das in vier Subfelder unterteilt ist.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Solarfeldes eines solarthermischen Kraftwerks, welches prinzipiell aus einem Paar Sammelleitungen 30, 31 sowie einer Vielzahl von Absorberleitungen 10 besteht. Eine zuführende Sammelleitung 31 ist hierbei im Normalbetrieb für die Zuführung des als Wärmeträgermedium verwendeten geschmolzenen Salzes aus einem kalten Speichertank 41 vorgesehen. Die Absorberleitung 10 bildet hierbei eine Schleife von einem Zulauf 12 aus der zuführenden Sammelleitung 31 bis hin einem Ablauf 1 1 in eine rückführende Sammelleitung 30, welche zu einem heißen Speichertank 40 führt. Das in der Absorberleitung 10 erhitzte Wärmeträgermedium kann dann aus dem heißen Speichertank 40 entnommen und einem Dampfgenerator 50 zugeführt werden, welcher der Salzschmelze ihre Wärmeenergie entzieht und Dampf zur Herstellung von elektrischer Energie erzeugt.
Im Falle einer Außer-Betrieb-Setzung einer Absorberleitung 10, welche von je einer Vielzahl an Kollektorspiegeln mit reflektiertem Sonnenlicht beschickt wird, ist eine Entleerung der jeweiligen Absorberleitung 10 bzw. Absorberleitungsschleife vorgesehen. Diese kann durch ein Abziehen der Salzschmelze über die rückführende Sammelleitung 30 mithilfe einer Pumpe 23 in die Speichertankanordnung 40, 41 verbracht werden. Durch ein Öffnen des Verschlussventils am Ablauf 1 1 der Absorber- leitung 10 kann die Absorberleitung 10 in die rückführende Sammelleitung 30 leerlaufen. Dies kann dadurch unterstützt werden, dass der Absorberleitung 10 in einem Hochpunkt ein Gasbehälter oder eine separate Gasleitung, angeschlossen wird, über den ein unter Druck stehendes Gas in die Absorberleitung 10 geleitet und das Wärmeübertragungsmedium Salzschmelze hierdurch aus der Absorberleitung 10 her- ausgedrückt wird.
Figur 2 zeigt im Weiteren Einzelheiten des Zulaufs der Salzschmelze in den Draina- getank 20 und skizziert die geodätischen Verhältnisse in der Seitenansicht. Aufgrund der seitlichen Darstellung in der Figur 2 ist erkennbar, dass die Absorberleitung 10 geodätisch oberhalb der rückführenden Sammelleitung 30 liegt. Wird also der Ablauf 1 1 der Absorberleitung 10 geöffnet, so wird, unter der Voraussetzung eines Druckausgleichs, die Salzschmelze aus der Absorberleitung 10 in die Sammelleitung 30 zurücklaufen. Ein unterer Zulauf 22 liegt hierbei in einer Höhenlage unterhalb der Sammelleitung 30, während ein oberer Zulauf 21 in der Höhenlage oberhalb der Sammelleitung 30 liegt. Bei einem Öffnen des oberen Zulaufs 21 wird die Salzschmelze lediglich aus der Absorberleitung 10, welche ebenfalls oberhalb des oberen Zulaufs 21 liegt, nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren in den Draina- getank 20 einlaufen. Wird ausschließlich oder ergänzend der untere Zulauf 22 des Drainagetanks 20 geöffnet, so wird auch die Sammelleitung 30 in den Drainagetank 20 leerlaufen. Der Drainagetank 20 kann wiederum mithilfe der Drainagepumpe 23 entleert werden.
Figur 3 zeigt einen abnehmbaren Drainagetank 60 zur Aufnahme der Salzschmelze aus einer Absorberleitung 10. Die Salzschmelze wird aus der Absorberleitung 10 über ein Verschlussventil 63, welches ein ungewünschtes Auslaufen von Salzschmelze verhindert, in den Drainagetank 60 geführt. In dem Drainagetank 60 vorhandenes Gas wird hierbei über ein Gasventil 64 verdrängt. Nach dem Befüllen kann der Drainagetank 60 an dem Verschlussventil 63 von der Absorberleitung 10 getrennt werden und separat von der Absorberleitung 10 aufbewahrt werden. Verbleibt die Salzschmelze in dem Drainagetank 60, so wird die Salzschmelze darin erkalten. Mithilfe einer Heizschleife zwischen dem Drainagetank 60 und einer Tankisolierung kann die Salzschmelze bedarfsweise warm gehalten werden, so dass sie wieder zurück in das System eingefüllt werden kann. Der Drainagetank 60 kann hierfür optional mobil ausgeführt werden. Das nach einer
Entleerung der Absorberleitung 10 im Drainagetank 60 befindliche flüssige oder bereits erstarrte Salz kann dann dem Flüssigsalzkreislauf an anderer Stelle, z.B. in einem der großen Speichertanks, wieder zugeführt werden oder aber mit Druckgas über das Gasventil 64 wieder herausgedrückt werden, sofern der Zulauf 63 dies ge- odätisch zulässt.
Figur 4 zeigt ein Solarfeld 13, welches eine Vielzahl von nicht näher dargestellten Absorberleitungen 10 umfasst. Diese münden, je nach Lage im Solarfeld 13 in eine von vier Paaren von Sammelleitungen 30, 31 , über welche sie mit Salzschmelze auf einem geringen Temperaturniveau aus einem kalten Speichertank 41 beschickt werden und über welche erhitzte Salzschmelze in einen heißen Speichertank 40 zurückgeführt wird. Hierzu vereinigen sich jeweils zwei rückführende Sammelleitungen 30 bzw. zuführende Sammelleitungen 31 zu einem Paar zentraler Sammelleitungen 32, die in die zentrale Speichertankanordnung 40, 41 münden.
Jedem Subfeld ist hierbei ein eigener Drainagetank 20 zugeordnet, in den die Salzschmelze im Fall einer Entleerung einzelner Absorberleitungen oder des gesamten Subfeldes entleert werden kann. Die Kapazität der Drainagetanks 20 entspricht hierbei zusammen mindestens dem gemeinsamen Volumen aller Absorberleitungen 10 des Subfeldes.
Vorstehend beschrieben ist somit ein Drainagesystem für ein mit einer Salzschmelze als Wärmeübertragungsmedium betriebenes solarthermisches Kollektorfeld und ein Verfahren zum Entleeren von Absorber- und Sammelleitungen in einem Drainage- System, wobei die Entleerung entweder über die Sammelleitungen in einen zentralen Tank oder über spezifische, meist dezentrale Drainage-Tanks erfolgen kann. BEZUGSZE ICH ENLISTE
Absorberleitung
Ablauf
Zulauf
Kollektorfeld
Subfeld 1
Subfeld 2
Subfeld 3
Subfeld 4
Belüftungsventil
Drainagetank
oberer Zulauf
unterer Zulauf
Drainagepumpe
rückführende Sammelleitung
zuführende Sammelleitung
zentrale Sammelleitungen
heißer Speichertank
kalter Speichertank
Dampferzeuger
Drainagetank
Verschlussventil
Gasventil

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
Drainagesystem für ein mit einer Salzschmelze als Wärmeträgermedium betriebenes solarthermisches Kollektorfeld, umfassend zumindest eine Absorberleitung (10), welche wenigstens einen Ablauf (1 1 ) aufweist, über den das Wärmeträgermedium einem Drainagetank (20) zuführbar ist, wobei zwischen der Absorberleitung (10) und dem Drainagetank (20) eine Sammelleitung (30, 31 ) u.a. zur Drainage mehrerer Absorberleitungen (10) zwischengeschaltet ist und der Drainagetank (20) zwei oder mehr Zuläufe (21 , 22) in unterschiedlicher Höhenlage zur Drainage unterschiedlicher Rohrleitungsabschnitte aufweist.
Drainagesystem gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich der Ablauf (1 1 ) der Absorberleitung (10) in einem lokalen geodätischen Tiefpunkt oder einem ebenen Leitungsabschnitt der Absorberleitung (10) befindet.
Drainagesystem gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Zulauf (21 , 22) des Drainagetanks (20) in Höhenlage unterhalb des höchst gelegenen Leitungsabschnitts eines Solarfelds, z.B. der Absorberleitungen (10), und oberhalb des tiefst gelegenen Leitungsabschnitts, z.B. der Sammelleitung (30, 31 ), angeordnet ist.
Drainagesystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Zulauf (22) in einer Höhenlage unterhalb des tiefst gelegenen Leitungsabschnitts eines Solarfelds, z.B. der Sammelleitung (30, 31 ), angeordnet ist.
Drainagesystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorberleitungen (10) den Sammelleitungen (30, 31 ) über Verschlussventile einzeln zuschaltbar sind.
Drainagesystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das solarthermische Kollektorfeld (13) in Subfelder (14, 15, 16, 17) unterteilt ist und jedem Subfeld (14, 15, 16, 17) eine zuführende und eine rückführende Sammelleitung (30, 31 ) zugeordnet ist, die in einen Drainagetank (20) entleerbar sind. Drainagesystem für ein mit einer Salzschmelze als Wärmeträgermedium betriebenes solarthermisches Kollektorfeld, umfassend zumindest eine jeweils endständig mit einer zuführenden Sammelleitung (31 ) und einer rückführenden Sammelleitung (30) verbundenen Absorberleitung (10), welche in wenigstens einem lokalen geodätischen Tiefpunkt oder einem ebenen Leitungsabschnitt einen Ablauf (1 1 ) aufweist, über den das Wärmeträgermedium einem Drainagetank (60) zuführbar ist, der ausschließlich einer Absorberleitung (10) oder ausschließlich mehreren sequenziell durchströmten Absorber- und Verbindungsleitungen zugeordnet ist, wobei der Drainagetank (60) mobil ausgeführt ist, indem er an einer dem Verschlussventil (63) zugeordneten Rohrleitung abgenommen bzw. an die Rohrleitung angebunden werden kann und dem Drainagetank (20, 60) eine Heizvorrichtung zum Warmhalten oder zur Erwärmung des Drainage- tanks (20, 60) zugeordnet ist.
Drainagesystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Drainagetank (20, 60) eine Drainagepumpe (23) zur Entleerung des Drainagetanks (20, 60) zugeordnet ist.
Drainagesystem gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drainagepumpe (23) eine Tauchpumpe ist, deren Saugseite im Bereich des globalen geodätischen Tiefpunkts des Drainagesystems angeordnet ist.
0. Drainagesystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Drainagetank (20, 60) im Bereich des Hochpunkts des Tanks ein Gasventil (64) zum Druckausgleich beim Entleeren oder zur Druckbeaufschlagung beim Befüllen zugeordnet ist.
1 . Verfahren zum Entleeren einer Absorberleitung (1 0) in einem mit einer Salzschmelze als Wärmeträgermedium betriebenen solarthermischen Kollektorfeld, wobei die Absorberleitung (10) über einen in einem lokalen geodätischen Tiefpunkt oder einem ebenen Leitungsabschnitt liegenden Ablauf (1 1 ) mit wenigstens einer Sammelleitung (30, 31 ) verbunden ist und hierüber in eine Speichertankanordnung (40, 41 ) entleert wird, wobei die Entleerung der Absorberleitung (10) bzw. der Sammelleitung (30, 31 ) mithilfe einer Drainagepumpe (23) erfolgt, welche als Tauchpumpe ausgeführt und in einem Behälter positioniert ist, dessen primärer Zweck die Sicherstellung des Mindestfüllstands für den Pumpenbetrieb ist, und welcher mit Druck beaufschlagt ist, um ein ungewünschtes Volllaufen zu verhindern, wobei die Drainagepumpe (23) nicht nur während der Drainage sondern auch im Normalbetrieb von Salzschmelze durchströmt wird.
12. Verfahren zum Entleeren einer Sammelleitung (30, 31 ) in einem mit einer Salzschmelze als Wärmeträgermedium betriebenen solarthermischen Kollektorfeld, wobei die Sammelleitung (30, 31 ) in eine Speichertankanordnung (40, 41 ) entleert wird, wobei die Entleerung der Absorberleitung (10) bzw. der Sammelleitung (30, 31 ) mithilfe einer Drainagepumpe (23) erfolgt, welche als Tauchpumpe ausgeführt und in einem Behälter positioniert ist, dessen primärer Zweck die Sicherstellung des Mindestfüllstands für den Pumpenbetrieb ist, und welcher mit Druck beaufschlagt ist, um ein ungewünschtes Volllaufen zu verhindern, wobei die Drainagepumpe (23) nicht nur während der Drainage sondern auch im Normalbetrieb von Salzschmelze durchströmt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Drainagepumpe (23) oder deren Stromversorgung zumindest einfach redundant ausgeführt ist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Abiaufens der Salzschmelze ein Druckausgleich oder ein Überdruck über ein Belüftungsventil (18) der Absorberleitung (10) bzw. der Sammelleitung (30, 31 ), welches im Bereich des jeweiligen lokalen oder globalen geodätischen Hochpunkts oder eines ebenen Leitungsabschnitt positioniert ist, erzeugt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein über das Belüftungsventil (18) in die Absorberleitung (10) bzw. die Sammelleitung (30, 31 ) eingebrachtes Gas ein gegenüber der Salzschmelze inertes Gas oder eine gegenüber der Salzschmelze inerte Gasmischung ist.
16. Drainagesystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zuführende und die rückführende Sammelleitung (31 , 30) über eine verschließbare Kurzschlussleitung miteinander verbunden sind.
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