[go: up one dir, main page]

WO2011080021A2 - Solarthermisches kraftwerk und verfahren zum betrieb eines solarthermischen kraftwerks - Google Patents

Solarthermisches kraftwerk und verfahren zum betrieb eines solarthermischen kraftwerks Download PDF

Info

Publication number
WO2011080021A2
WO2011080021A2 PCT/EP2010/068618 EP2010068618W WO2011080021A2 WO 2011080021 A2 WO2011080021 A2 WO 2011080021A2 EP 2010068618 W EP2010068618 W EP 2010068618W WO 2011080021 A2 WO2011080021 A2 WO 2011080021A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
steam
temperature
solar
power plant
thermal power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2010/068618
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2011080021A3 (de
Inventor
Jürgen Birnbaum
Peter Gottfried
Zsuzsa Preitl
Frank Thomas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to CN2010800644009A priority Critical patent/CN102762858A/zh
Priority to EP10787397A priority patent/EP2516854A2/de
Priority to AU2010338478A priority patent/AU2010338478A1/en
Priority to US13/518,099 priority patent/US20120255300A1/en
Publication of WO2011080021A2 publication Critical patent/WO2011080021A2/de
Publication of WO2011080021A3 publication Critical patent/WO2011080021A3/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/06—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means
    • F03G6/065—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means having a Rankine cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/071—Devices for producing mechanical power from solar energy with energy storage devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/121—Controlling or monitoring
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines

Definitions

  • the invention relates to a solar thermal power plant with ei ⁇ ner solar panel steam generator unit for generating steam, with a solar panel steam generator unit downstream solar collector steam superheater unit for superheating the steam and a steam line via a system connected to an output of the solar panel steam superheater unit steam turbine, which is fed during operation with the superheated steam. Moreover, the invention relates to a method for operating such a solar thermal power plant.
  • Solar thermal power plants represent an alternative to conventional power generation ⁇ forth.
  • solar-thermal power plants with parabolic trough collectors with an indirect evaporative means of an additional oil circuit are ⁇ leads.
  • Solar thermal power plants with direct evaporation are being developed for the future.
  • a solar thermal power ⁇ factory with direct evaporation for example, from one or more solar panels nenkollektoren each with several parabolic trough and / or Fresnel collectors consist in which the in-pumped feed water is first preheated and vaporized and then the steam is superheated. The superheated steam is directed to a conventional power plant section, where the thermal energy of the water vapor is converted into electrical energy.
  • first preheating and evaporation of the water in first solar fields with multiple parallel strands of parabolic trough collectors and / or Fresnel collectors takes place (hereinafter also "evaporator solar fields” called.)
  • the generated steam or water produced - vapor mixture is then fed into a first of Dampfabschei- to deposit the remaining, not yet evaporated What ⁇ ser the steam is then further into the.
  • Solar panel steam superheater units piped.
  • the solar collector steam superheater units can be individual solar collectors, a plurality of parallel solar collector strands or solar fields that in turn consist of a plurality of solar collector strands.
  • the power plant part of coming from the solar collector steam superheater units superheated steam turbine is supplied ⁇ leads, which drives a generator.
  • the steam Upon subsequent cooling in a condenser, the steam reverts to water, which is collected in a feedwater tank and fed to the solar panels via the feed water pump.
  • the power plant part can not only have a turbine, but several with respect to the steam transport direction in series turbines, such as a high-pressure turbine, in the first steam is passed, and a medium-pressure and / or low-pressure turbine, in which of the high-pressure turbine coming steam is used again.
  • a typical temperature range is between 390 and 500 ° C, whereby the vapor pressure between 41 and 140 bar can lie.
  • these parameters may vary from plant to plant depending on the design of the components. Nevertheless, the problem always remains that the temperature of the delivered to the turbine
  • a steam temperature control can be controlled with steam cooling devices z. B. in the area of the solar collector steam superheater units that cool the initially over the actual desired temperature superheated steam to the required temperature.
  • this injection coolers are used, which inject precisely defined amounts of water into the steam and cool it.
  • Other steam cooling systems mix colder steam. Depending on the heat input or load case, the amount ofdemedi ⁇ ums be reduced or increased to maintain the desired Tem ⁇ temperature.
  • a solar thermal power plant has thereto according to the invention to an intermediate memory which th at at least one steam superheating unit and the steam turbine is arranged between the solar panel ers high-temperature storage connection point is connected to the Dampflei ⁇ processing system, is superheated in a memory operation mode steam from the Remove steam line system.
  • This buffer comprises a heat accumulator in which thermal energy is extracted and stored in the steam introduced in the storage operating mode. In a Entddlingbe ⁇ operation mode the stored thermal energy is released back into the steam which is supplied from the buffer memory to the steam circuit.
  • ⁇ tion according to a capacitor and / or a relaxation device of the solar thermal power plant connected.
  • connections to the high-temperature storage connection point and the low-temperature storage connection point can usefully take place via a storage connection valve device with one or more valves.
  • a part of the superheated steam in the insectspei- is accordingly rather directed to the heat accumulator in a SpeI ⁇ cher Seasmodus at a high-temperature storage ⁇ connection point.
  • this steam is extracted from the thermal energy and stored.
  • the cooled steam or water formed thereby / steam mixture is fed to a capacitor and / or an expansion device.
  • the latch at one is low-temperature storage connection ⁇ point of water and / or steam supplied and the stored thermal energy is released into the water or the steam and the superheated steam thus generated is supplied directly or indirectly to the steam turbine.
  • the buffer is therefore connected to a low-temperature storage connection point (preferably directly but possibly also indirectly, ie via further components) to a condenser and / or a relaxation device of the solar thermal power plant.
  • the expansion device may be, for example, a flash tank or the like, in which the pressurized steam or the water / steam mixture z. B. is relaxed atmospherically.
  • a feed water tank with a suitable design as a relaxation device for the derivative serve the medium at the low temperature end of the cache.
  • an expansion tank it is also possible for an expansion tank to be connected in series between the low-temperature-side outlet of the intermediate store and the condenser. This is particularly useful if it is specified by the herstel ⁇ ler of the condenser system is that only liquid medium should enter the condenser from such a bypass.
  • the supply line in a condenser or to a relaxation device has the advantage that regardless of the temperature and pressure conditions and the state of matter of the medium (water and / or steam) at the output of the buffer the medium carried away and the water / steam cycle of solar thermal Power plant can be fed again.
  • This allows a very high thermal charge of the heat accumulator.
  • the buffer can be brought to a higher temperature level in total, as in a construction in which, for example, only a storage operation is possible, as long as the capacity of the heat accumulator is sufficient to completely convert the steam into the liquid phase and supply the condensate to the feed water.
  • feed water can in particular be extracted from the Lucaswas ⁇ water pipe, which is then first vaporized in a thermally highly charged heat storage by releasing the stored thermal energy and then overheated, so that the superheated steam can be fed back at a high-temperature storage connection point the Dampf effetssys- tem can.
  • the buffer may be preferably connected via a valve at a low-temperature storage connection point with the feedwater line. At a common pressure difference between the feedwater line and the main steam line, the water flows in the removal mode automatically in the buffer and then steam in the main steam line.
  • the storage operation mode is usefully set when the solar thermal power plant is in a
  • the removal ⁇ operating mode is set when the solar-thermal power plant ⁇ is in a lower power mode, ie when the solar collector field less steam power supplies than is actually needed. It is clear that in such a system, the capacity of the solar field, ie the Son ⁇ nenkollektor-steam generator unit (s) and the solar collector ⁇ gate steam superheater unit (s), must be sized larger than it is needed in normal average operation, as sufficient to provide capacity to fill the insectspei ⁇ chers during the memory operation mode. In addition to the short-term increase in capacity or to support the live steam temperature, the buffer can be used even in sunny periods, especially in the evening and at night, to continue to produce steam and produce electricity with the solar thermal power plant even in these times.
  • the cooled and possibly even partially or completely condensed steam can at least temporarily be returned to the water / steam cycle of the solar thermal power at other suitable locations. plants are supplied.
  • the buffer is preferably connected to other low-temperature Speicheran gleichstel ⁇ len with different lines or other components in the line system of the solar thermal power plant.
  • the buffer may also be connected to various low-temperature storage connection points-via controllable valves-with different steam lines, in which steam is conducted at different temperatures or pressures during operation.
  • the connection to the various steam lines at the various low-temperature storage connection points is advantageously carried out via suitable valves, which are individually controllable.
  • the connection of the buffer with different low-temperature storage connection points on a condenser or a relaxation device and / or on different steam lines is particularly useful for those cases in which the heat accumulator due to design or because he is already so heavily charged, the steam not enough energy can escape, so that the steam condenses completely.
  • the valve can always be opened to the steam line, in which steam is guided with the suitable steam temperature range and in the appropriate pressure range.
  • the steam or the water / steam mixture can then be used without energy losses at the appropriate places in the circuit. It is preferably arranged to ⁇ least a part of the low-temperature storage connection points in output steam lines of a steam turbine and / or at least a part of the low-memory connection points connected to heat exchangers.
  • the medium coming from the intermediate storage can still be used for regenerative feedwater pre-heating. If the pressure and / or temperature conditions at the low-temperature end of the accumulator are not suitable for any of the connected steam pipes or other components, then the steam or the water / steam mixture according to the invention is supplied to the flash tank or the condenser.
  • the accumulator at the low-temperature accumulator connection point is preferably also connected to a feed water line via which the accumulator is connected in the buffer memory resulting water is fed as feed water to the solar collector steam generator unit.
  • the buffer is connected to the low-temperature storage connection point via a pump with the feedwater ⁇ line.
  • the connection preferably takes place via controllable valves.
  • the pump is controlled by a control device suitable for the valves.
  • a steam cooling device (hereinafter also referred to as “end steam cooling device”) is arranged in the steam line system between the abovementioned high-temperature storage connection point at which the steam is conducted into the intermediate store and the steam turbine.
  • the solar thermal power plant a control ⁇ device on which is formed so as to drove the be ⁇
  • the temperature of the superheated steam controlled to a Turbi ⁇ NEN-steam temperature by the steam first in the solar collector steam superheating unit to above the Superheater final temperature is superheated and is then cooled by means of the final steam cooling device to the turbine steam temperature in a corresponding preferred operating method so the temperature of the superheated steam beispielswe ise under measurement of a current actual temperature to a given turbine live steam temperature (as target temperature) regulated by the steam is first superheated to a lying above the Tur ⁇ binen fresh steam temperature steam superheater end temperature and then cooled only in a arranged behind the solar collector steam superheater steam cooling device controlled to the turbine live steam temperature.
  • the live steam temperature can thus be kept constant within certain limits even when the end steam cooling device is completely deactivated, even if the steam supplied by the solar collector steam superheater unit is below the live steam temperature lies. This means that even with a partial performance of the solar collector steam generator unit and / or the solar collector steam superheater unit, the fresh steam temperature for the door ⁇ bine easier in predetermined limits can be maintained. This increases the availability and operational flexibility of the entire solar thermal power plant.
  • this arrangement takes place while the Supplying the steam from the intermediate storage in the steam line system during the removal operating mode preferably at the first high-temperature storage connection point itself, ie at the same connection point at which the steam is also supplied to the memory in the storage mode of operation.
  • This can be used in any case within the steam line system angeord ⁇ designated end steam cooling device to cool and the next from the buffer superheated steam during the removal operation mode temperature to the appropriate Frischdampftempe-.
  • Another advantage of the arrangement is that when a short-term requirement of power reserves (so-called “seconds reserve”) stored in the long-term storage thermal see energy can be used to additional steam production, even if no temperature drop of coming from the solar panel steam superheater steam before ⁇ is, but merely to increase power, the amount of steam to be increased.
  • the vapor additionally produced can then be mixed into the steam circuit before the final steam cooling means the Hauptdampfström and be brought into the cooling device to the main steam temperature. Due to the advantageous coupling of the latch to the Steam line system before the final steam cooling device can thus be ensured in a simple manner, a constant live steam ⁇ temperature during the provision of seconds reserve.
  • the live steam temperature can also be maintained longer in an operating mode by the steam cooling device, in which, in times of low sunshine, e.g. As in the evening, continues to produce steam and electricity is produced.
  • a lowering of the temperature of the live steam via the steam cooling device and accepted by the turbine would also be possible with this arrangement, for B. if the cache is to be emptied in night mode.
  • the superheated steam is the steam circuit from the buffer at a second high-temperature storage junction leads conces- which is disposed in the steam circuit between the "end steam cooling means" and the turbine.
  • the yes should have a temperature above the steam temperature at the main steam temperature, a steam cooling device. It is true that with such further Supply line to the second high-temperature storage connection point and a second steam cooling device additional
  • the opening of the valve in response to a pre give ⁇ NEN mass flow setpoint in the steam circuit before the steam turbine is regulated.
  • the opening of the valve is regulated to a constant pressure upstream of the steam turbine.
  • the buffer is also connected by opening a valve with the steam line between the solar collector steam superheater unit and the steam turbine, but preferably here the opening of the valve is controlled to a constant temperature in the steam ⁇ line system at the high-temperature storage connection point. If the supply of steam from the Intermediate storage at the first high-temperature storage connection point, ie before the end steam cooling device, at which the steam is also led from the steam line system into the memory, it can be ensured in this way ⁇ the that before the last steam cooling device, the temperature already on a kept as constant as possible, so that in the context of temperature control using the final steam cooling device no large control fluctuations occur.
  • the heat accumulator can be constructed in different ways.
  • PCM phase change material
  • the heat-storing medium of a PCM memory can, for. B. from salts or already molten salts.
  • a phase change of the salts between a solid and a liquid state or the molten salts between a liquid and a gaseous state is used here to store thermi ⁇ specific energy.
  • Conversely is released during a phase ⁇ transition from gaseous to liquid or liquid to solid thermal energy.
  • the heat transfer between the steam and the storage medium for example, within a heat exchanger, preferably in a tube register, take place.
  • the buffer may also include at least one heat storage in which the thermal energy is stored or released again from a storage medium without phase transition.
  • a heat storage medium for example, high-temperature concrete can be used as the storage medium here.
  • the heat transfer in a heat exchanger preferably within a tube register, are performed.
  • the buffer memory comprises a plurality of storage stages for receiving and emitting thermal energy.
  • particular ⁇ DERS preferably composed of at least two of the memory stages functionally different. Ie.
  • one memory level is constructed as PCM memory and another is
  • the steam is stored in one of the storage stages
  • the storage stages are preferably constructed functionally parallel to the solar collector-steam generator unit with the downstream solar panel steam superheater unit. That is, for example, the buffer is parallel to the So ⁇ larfeldern in a kind of by-pass between the feed water supply line and the steam line system upstream of the turbine located and is graded in a manner similar to a ⁇ individual steps in the solar fields.
  • a storage stage is arranged parallel to the solar collector-steam generator units, in which steam condenses in the storage operating mode and water is evaporated in boss istsmodus and paral ⁇ lel to the solar collector steam superheater units then the storage stages are arranged, which cool the superheated steam in Speicher Stahlsmo ⁇ ; In recovery mode, overheat the steam again. It is clear that the condensation of steam in the low-temperature side last memory stage is only possible if the light coming from the pre-turn ⁇ th memory stage steam is sufficient till ⁇ cools and the last memory level is still able, extract enough energy from the steam. Because of he ⁇ inventive coupling of the latch on the low temperature side to a capacitor or an expansion device, and optionally other connection points but the water can, as explained above, regardless of the temperature and pressure conditions and the physical state
  • the single figure shows a schematic block diagram of a solar thermal power plant according to a preferred embodiment of the invention.
  • the figure shows a simplified solar thermal power plant with direct evaporation.
  • This has a solar collector steam generator unit 2 formed from a plurality of solar collector strands for the evaporation of feed water, which is supplied via a feedwater line.
  • the solar collector-boiler unit 2 is followed by a likewise formed of sev- eral solar panel solar collector strands steam superheating unit 4 to superheat the generated from the Son ⁇ nenkollektor steam generator steam unit 2 to about ⁇ .
  • a steam separator 3 in which residual water still present in the steam is separated off and fed back to the feedwater line 10 via a return line 11 with a pump 9.
  • the steam coming from the solar panel steam superheater unit 4 is supplied to a high pressure turbine 40 via a steam line system 13.
  • a check valve or turbine control valve 18 is located over an output shaft in front of the turbine inlet 41, the turbine 45 is connected to a 40 Ge ⁇ gear 46, which in turn is connected to a generator 62 connected to convert the kinetic energy of the drive shaft into electrical energy.
  • the steam used in the high-pressure turbine 40 is then routed in stages at different outputs of the high-pressure turbine 40 in output steam lines 42, 43, 44, which lead to heat exchangers 47, with which the feed water for the solar collector-steam generator unit 2 preheated can be.
  • a part of the steam from the steam output line 44 is fed to 50 to use the steam further to Encrypt ⁇ lung in electric power a turbine input 56 of a low pressure turbine.
  • An output shaft 53 of this low-pressure turbine 50 is also connected to the generator 62 for this purpose.
  • a separator 52 to separate condensed water, and a heat exchanger 51, in which the steam is heated again (reheated) before it is the low-pressure turbine 50 is fed.
  • a valve 54 in front of the turbine inlet 56 the pressure at the inlet of the low-pressure turbine 50 can be regulated. 50 supplying the steam for the low-pressure turbine in the heat exchanger 51 more thermal energy, this is traversed by steam, which is branched off via a diverter valve 48 in a branch ⁇ line 49 seen from the upstream se for the high-pressure turbine 40 superheated steam becomes.
  • the steam coming from the branch line 49 condenses in the furnishedtau ⁇ shear 51 and is fed via a line 55 via the heat exchanger 47 a feedwater tank 63.
  • the low-pressure turbine 50 also has at several turbine stages a plurality of outputs which are connected to output steam lines 57, 58, 59, 60, 61.
  • An output steam line 57 leads into the feedwater tank 63.
  • Another output steam line 61 which is located at the very end of the low pressure turbine 50, ie the line with the lowest vapor pressure, leads to a condenser 65, which via another heat exchanger 67 with a Cooling tower 68 is connected.
  • the residual steam condenses to water, which is supplied via a pump 69 to the feedwater tank 63.
  • several heat exchangers 70 can pass, which are supplied with residual steam via the outlet steam lines 58, 59, 60 from the low-pressure turbine 50.
  • the residual steam also condenses to water, which is mixed at the mixing point 66 with the condensed water in the condenser 65 and this is supplied via the pump 69 in turn through the heat exchanger 70 to the feedwater tank 63. This effectively condenses the water and keeps it at a high temperature (below the steam temperature) without giving away the thermal energy in the residual steam.
  • the feed water tank 63 is also supplied with the condensed in the other heat exchangers 51, 47 water.
  • the feed water is then fed back to the solar panel steam generator unit 2 via a feedwater line 10 by means of a feed water pump 64, so as to close the circuit.
  • the solar collector-steam generator unit 2 consists here, as already mentioned, of several strands of individual solar panels 5. This may be, for. For example, parabolic trough collectors or Fresnel collectors. Shown here are only four strands, each with three collectors 5. In reality, such a solar thermal power plant will have a variety of other solar collector strands with a significantly higher number of solar panels. Possibly. There are also several collector strands grouped into spatially separated solar fields and the steam generated therein is mixed behind the solar fields before entering the solar collector steam superheater units. In this case, the individual solar fields for generating steam each own solar panels are assigned to overheat the steam. Ie.
  • the solar collector steam superheater unit 4 consists of several solar collector strands, each with a plurality of solar panels 6V, 6E.
  • pre-superheater solar panels 6V
  • final superheater the solar panels 6E to end superheater solar panels 6E
  • injection coolers which are shown schematically here by an injection point 7.
  • injection point 7 water is injected for cooling, so as to regulate the output ⁇ temperature TD at the end of the final superheater 6E, ie the steam superheater end temperature TD to a predetermined value.
  • a control device 19 which inter alia receives the measured at a temperature measuring point 34 behind the final superheater 6E steam superheater end temperature TD as the current actual temperature and regulated to a predetermined target temperature by an intermediate injection control signal ZKS to a control valve outputs, which regulates the water to ⁇ drove to the injection coolers at the injection point.
  • the control can in principle be carried out separately for each collector strand, if the injection cooler of the collector strands are each supplied via separately controllable valves.
  • the cooling water can be removed, for example via adewas ⁇ sertechnisch 12 behind the pump 9 for returning the condensed water from the water separator 3.
  • the control device 19 may for this purpose one or more control devices (not shown) which entwe ⁇ the discrete electronic components in the form of individual or integrated into a computer in the form of software can be implemented.
  • This control device 19 may obtain another measurement data from the entire pipe system, such as the current pressure in the solar collector steam generator unit, in the solar collector steam superheater unit or Dampflei ⁇ processing system upstream of the turbine 40.
  • the desired temperature to which the steam superheater final temperature TD should always be higher than the required fresh steam temperature for the steam turbine 40.
  • a further actual temperature in this case, the actual live steam temperature TE, is measured at a temperature measuring point 35 behind the end injector 15 and measured with a setpoint temperature value, i. here with the setpoint value of the required for the turbine 40 live steam temperature, which the control device 19 is given for example by the block control of the turbine gets compared. Accordingly, the Endinspritzer 15 is then driven.
  • a high-temperature Storage connection HAI to which a buffer 20 is connected via a controllable valve 25.
  • This buffer 20 consists of several storage stages Sl, S2, S3 with different heat accumulators 22, 23, 24, which are connected in a chain in series.
  • the individual heat storage 22, 23, 24 may be constructed differently and also work differently. In the present case it is for all heat accumulators 22, 23, 24 to such a memory, the escape the guided medium by thermal energy for storage or thermal energy again consider ⁇ ben to the conducted medium, if necessary.
  • This may for example, be heat storage, which operate without a phase change of energiespei ⁇ chernden medium, eg. As solid state memory such as high-temperature concrete storage, or to PCM memory with storage media that perform a phase change in the energy storage.
  • solid state memory such as high-temperature concrete storage, or to PCM memory with storage media that perform a phase change in the energy storage.
  • An example of this is a storage facility with molten salt as storage medium, which undergoes a phase change to a gaseous state for energy storage.
  • the heat storage 22, 23 of the first two storage stages Sl, S2 are constructed as non-phase-change memory and the heat storage 24 in the storage stage S3 as a PCM memory.
  • other arrangements are mög ⁇ Lich.
  • the latch 20 is connected to two low-temperature connection points NAl, NA2 with the feedwater line 10.
  • the connection to the first low-temperature storage connection point NAl via a first valve 31, a pump 26 and a second valve 27.
  • a parallel connection to a second low-temperature storage connection NA2 takes place only via a third valve 28, ie without an intermediate ⁇ circuit of a pump.
  • the buffer 20 on the low-temperature side is connected at a branch point 30 via a fourth valve 32 to a line 80 which leads to a low-pressure storage connection NA3 on the capacitor 65 of the power plant.
  • a flash tank 81 is connected here, in which the medium coming from the line 80 from the buffer is atmospherically expanded.
  • the medium is supplied to the capacitor 65, can also be dispensed with this expansion tank 81.
  • the line 80 can be shut off to the expansion tank 81 or to the condenser 65.
  • the line 80 is connected via separate controllable ⁇ valves 82, 83, 84, 85, 86, 87 to different steam lines within the power plant block. As an example, it is shown here that part of the
  • All valves 27, 28, 31, 32, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88 of the low-temperature side of the buffer 20 are controlled as well as the valve 25 on the high-temperature side of the intermediate ⁇ memory 20 by a memory controller 21.
  • This also receives as a further input signal, a temperature SNT of the steam, which is measured at a temperature measuring point 36 on the low temperature side of the intermediate storage ⁇ chers 20.
  • This memory control device 21 in turn is in contact with the control device 19 via a communication connection 17, so that these two control signals Facilities 19, 21 work in a coordinated manner.
  • the memory controller 21 may also be formed as a subcomponent of the control device 19.
  • the first valve 27 is opened at the low-temperature storage connection point NA1 and the pump 26 is put into operation.
  • the valve is opened regulated at the high-temperature storage junction HAI 25, wherein a re ⁇ gelung the open position of the valve 25 is preferably carried out mass senstromgeregelt.
  • a required mass flow measuring device is provided accordingly (not shown in the figure).
  • a pressure-controlled ⁇ tes opening of the valve 25 is conceivable, so that the pressure within the steam line system 13 remains as constant as possible.
  • the pressure p is measured at a pressure measuring point 33 and supplied to the storage control device 21, so that the valve 25 can be regulated accordingly.
  • this is coordinated with an already effective Druckre ⁇ gelung on the steam turbine valve.
  • the buffer 20 is already significantly charged with thermal energy and the low temperature side last storage stage S3 is no longer able to remove so much heat from the supplied steam that it completely condenses. It is then a water / steam mixture.
  • this state can be detected by the Spei ⁇ cher control device 21.
  • the valves 27, 31 to the first low-temperature storage junction ⁇ NA1 are then closed and the pump is stopped 26 and instead be the valve 32 to the line 80 and open the valve 88 before the flash tank 81st
  • the water / steam mixture is thermally expanded and forwarded to the condenser 65 at the third low-temperature storage connection point NA3.
  • the expansion tank 81 in front of the condenser 65 is optional and that the water / steam mixture can also be fed directly to the condenser 65 if the condenser 65 is designed accordingly.
  • an additional pressure measurement (not shown) may be checked by the memory controller 21 determines whether the temperature and pressure of the steam at the low temperature side of the buffer 20 corresponds approximately to the temperature and the pressure in one of the steam lines 42, 43, 44, 58, 59, 60 of the further low-temperature connection points NA4, NA5, NA6, NA7, NA8, NA9. If so, the valve 88 in front of the flash tank 81 and the condenser 65 is closed again and the corresponding valve 82, 83, 84, 85, 86, 87 opened on the low temperature side. If the pressure and / or temperature conditions are not suitable for any of the lines 42, 43, 44, 58, 59, 60, the valve 88 in front of the expansion vessel 81 or the condenser 65 simply remains open or is opened when it was previously closed ,
  • the latch 20 can be brought to a higher temperature level in total than in a construction in which only a storage operation is possible, as long as the absorption capacity of the last storage stage S3 is sufficient to convert the steam completely in the liquid phase ⁇ .
  • the storage mode of operation can be carried out until the heat accumulator 20 is fully charged, ie can no longer absorb heat energy.
  • the storage operating mode can then be temporarily switched on again in phases for a short time.
  • a maximum steam temperature is defined, with which the temperature SNT at the low-temperature end of the buffer 20 is compared.
  • Such a removal operation mode is the pitch switched at ⁇ when the solar panels with the sun collector steam generator units 2 and solar panel steam superheating unit 4 are not able to achieve a vapor ⁇ superheater finish temperature TD, which is above the required steam temperature to the turbine 40 ,
  • the second valve 28 is opened at the second low-temperature storage connection point NA2 and again the valve 25 is opened controlled at the high-temperature storage connection HAI, but now this is not pressure-controlled, but temperature-controlled in the way that the Temperature is kept at the high-temperature Speicheran- closing point HAI to a constant value above the ei ⁇ cently required live steam temperature.
  • the exact setting of the live steam temperature then takes place as usual on the final injection 15. In this removal operating mode so water from the
  • Feedwater line 10 removed. Given a customary pressure difference between the feedwater line 10 (eg 50-145 bar) and the steam line system 13 (for example 41-110 bar), no pump is expected to be required for water to flow into the buffer memory 20 in the extraction mode of operation
  • the workflow of the intermediate memory 20 thus takes place functionally ⁇ in the same order as in the parallel switched solar collector-steam generator unit 2 with the downstream solar panel steam superheater unit 4, as can be seen easily from Figure 1.
  • the entire solar thermal power plant 1 not only in addition to the illustrated solar collector strands or solar fields have more solar fields, which are connected in parallel and superheated steam supply the Dampflei ⁇ processing system 13 in front of the turbine 40, but also several parallel memory 20, which also separately depending According to Be ⁇ may be operated in the various operating modes.
  • an optional bypass 14 from the high-temperature side end of the buffer 20 to a high-temperature connection point HA2 behind the Endin ⁇ splitter 15 is located.
  • This bypass 14 is opened over a se ⁇ parates valve 29th Behind this valve 29 is a separate bypass injection cooler 16 for reducing the temperature of the coming out of the buffer 20 steam.
  • the additional bypass injection cooler 16 is also controlled by the control device 19 and the valve 21 by the memory controller 29
  • the bypass 14 can be used in the extraction operation mode the overheated over ⁇ vapor not before the Endeinspritzung 15 via the valve 25 into the Admit steam line system 13, but instead via the valve 29 and the additional bypass injection cooler 16 already set exactly to the desired Frisch ⁇ steam temperature adjusted steam to the turbine 40.
  • any other direct or indirect processing ⁇ tends solar panels used.
  • use in connection with the newer solar tower technology with direct evaporation is possible.
  • the above-mentioned temperature and pressure ranges are merely exemplary and not restrictive. It is critically dependent on the available types and materials of storage, up to which temperatures and pressures the invention can be used.

Landscapes

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

Abstract

Beschrieben wird ein solarthermisches Kraftwerk (1) mit einer Sonnenkollektor-Dampferzeugereinheit (2) zur Erzeugung von Dampf, einer der Sonnenkollektor-Dampferzeugereinheit (2) nachgeschalteten Sonnenkollektor-Dampfüberhitzereinheit (4) zur Überhitzung des Dampfes und eine über ein Dampfleitungssystem (13) mit einem Ausgang der Sonnenkollektor-Dampfüberhitzereinheit (4) verbundene Dampfturbine (40), welche im Betrieb mit dem überhitzten Dampf gespeist wird. Das solarthermische Kraftwerk (1) weist einen Zwischenspeicher (20) auf, welcher zumindest an einer zwischen der Sonnenkollektor-Dampfüberhitzereinheit (4) und der Dampfturbine (40) angeordneten ersten Hochtemperatur-Speicheranschlussstelle (HA1) mit dem Dampfleitungssystem (13) verbunden ist, um in einem Speicherbetriebsmodus überhitzten Dampf aus dem Dampfleitungssystem (13) zu entnehmen, welcher einen Wärmespeicher (22, 23, 24) umfasst, in dem dem im Speicherbetriebsmodus eingeleiteten Dampf thermische Energie entzogen und gespeichert wird und in dem in einem Entnahmebetriebsmodus die gespeicherte thermische Energie wieder an Dampf abgegeben wird, der aus dem Zwischenspeicher (20) dem Dampf leitungssystem (13) zugeführt wird, und welcher an einer Niedertemperatur-Speicheranschlussstelle (NA3) mit einem Kondensator (65) und/oder einer Entspannungseinrichtung (89) des solarthermisches Kraftwerks (1) verbunden ist. Außerdem wird ein Verfahren zum Betrieb eines solchen solarthermischen Kraftwerks (1) beschrieben.

Description

Beschreibung
Solarthermisches Kraftwerk und Verfahren zum Betrieb eines solarthermischen Kraftwerks
Die Erfindung betrifft ein solarthermisches Kraftwerk mit ei¬ ner Sonnenkollektor-Dampferzeugereinheit zur Erzeugung von Dampf, mit einer der Sonnenkollektor-Dampferzeugereinheit nachgeschalteten Sonnenkollektor-DampfÜberhitzereinheit zur Überhitzung des Dampfes und einer über ein Dampfleitungssys- tem mit einem Ausgang der Sonnenkollektor-DampfÜberhitzereinheit verbundenen Dampfturbine, welche im Betrieb mit dem überhitztem Dampf gespeist wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines solchen solarther- mischen Kraftwerks.
Solarthermische Kraftwerke stellen eine Alternative zur her¬ kömmlichen Stromerzeugung dar. Derzeit werden solarthermische Kraftwerke mit Parabolrinnenkollektoren mit einer indirekten Verdampfung mittels eines zusätzlichen Ölkreislaufs ausge¬ führt. Für die Zukunft werden solarthermische Kraftwerke mit direkter Verdampfung entwickelt. Ein solarthermisches Kraft¬ werk mit direkter Verdampfung kann beispielsweise aus einem oder mehreren Solarfeldern mit jeweils mehreren Parabolrin- nenkollektoren und/oder Fresnel-Kollektoren bestehen, in denen das hineingepumpte Speisewasser zunächst vorgewärmt und verdampft wird und schließlich der Dampf überhitzt wird. Der überhitzte Dampf wird an einen konventionellen Kraftwerksteil geleitet, in dem die thermische Energie des Wasserdampfs in elektrische Energie umgewandelt wird. Vorteilhafterweise ist es dabei so, dass zunächst eine Vorwärmung und Verdampfung des Wassers in ersten Solarfeldern mit mehreren parallelen Strängen von Parabolrinnenkollektoren und/oder Fresnel- Kollektoren erfolgt (im Folgenden auch „Verdampfer- Solarfelder" genannt) . Der erzeugte Dampf bzw. das erzeugte Wasser- Dampfgemisch wird danach erst in einen Dampfabschei- der geleitet, um das verbliebene, noch nicht verdampfte Was¬ ser abzuscheiden. Anschließend wird der Dampf weiter in die Sonnenkollektor-Dampfüberhitzereinheiten geleitet. Bei den Sonnenkollektor-Dampfüberhitzereinheiten kann es sich um einzelne Sonnenkollektoren, um mehrere parallele Sonnenkollek- torstränge oder um wiederum aus mehreren Sonnenkollektor- strängen bestehende Solarfelder handeln.
Im Kraftwerksteil wird der aus den Sonnenkollektor-Dampfüberhitzereinheiten kommende überhitzte Dampf einer Turbine zuge¬ führt, welche einen Generator antreibt. Beim nachfolgenden Abkühlen in einem Kondensator wandelt sich der Dampf wieder in Wasser um, welches in einem Speisewasserbehälter gesammelt und über die Speisewasserpumpe den Solarfeldern zugeführt wird. Zur effizienteren Nutzung der Energie kann der Kraftwerksteil nicht nur eine Turbine aufweisen, sondern mehrere bezüglich der Dampftransportrichtung hintereinander geschaltete Turbinen, beispielsweise eine Hochdruckturbine, in die zunächst der Frischdampf geleitet wird, und eine Mitteldruck- und/oder Niederdruckturbine, in der der von der Hochdruckturbine kommende Dampf noch einmal genutzt wird.
Dem Betrieb einer Turbine sind in der Regel enge Temperatur¬ grenzen gesetzt, um bei einem möglichst hohen Wirkungsgrad eine möglichst lange Lebensdauer zu erreichen. Sinkt die Dampftemperatur zu stark ab, verringert sich der Wirkungs- grad. Eine zu hohe Temperatur kann dagegen zu Beschädigungen der Turbine führen und deren Lebensdauer verkürzen. Ein typischer Temperaturbereich liegt zwischen 390 und 500°C, wobei der Dampfdruck zwischen 41 und 140 bar liegen kann. Diese Parameter können aber von Anlage zu Anlage je nach Auslegung der Komponenten variieren. Dennoch bleibt immer die Problematik, dass die Temperatur des an die Turbine gelieferten
Frischdampfs möglichst stabil zu halten ist und keinen großen Schwankungen unterliegen soll. Daher ist es notwendig, eine geeignete Frischdampf-Temperaturregelung zu realisieren, wel- che in der Lage ist, sogar im instationären Betrieb, d. h. wenn die Leistung des Kraftwerks variiert, die Frischdampf¬ temperatur auf einem konstanten Soll-Wert zu halten. Eine Dampf-Temperaturregelung lässt sich mit Dampfkühlem- richtungen z. B. im Bereich der Sonnenkollektor-DampfÜberhitzereinheiten erreichen, die den zunächst über die eigentlich gewünschte Temperatur überhitzten Dampf auf die erforderliche Temperatur abkühlen. Typischerweise werden hierfür Einspritzkühler verwendet, welche genau definierte Mengen an Wasser in den Dampf einspritzen und ihn damit abkühlen. Andere Dampfkühleinrichtungen mischen kälteren Dampf hinzu. Je nach Wärmeeintrag bzw. Lastfall kann die Menge des Kühlmedi¬ ums verringert oder vergrößert werden, um die gewünschte Tem¬ peratur zu halten.
Unter extremen Umständen jedoch, wie sie im instationären Betrieb solarthermischer Kraftwerke durchaus vorkommen können, kann allerdings eine konstante Frischdampftemperatur durch das eingesetzte Einspritzsystem nicht immer gewährleistet werden, da die Dampfkühleinrichtungen im Extremfall ihren Regelbereich verlassen. Z. B. kann bei einem großflächigen Wolkendurchzug über dem Solarfeld aufgrund des sich schlagartig verringernden Wärmeeintrags die Frischdampftemperatur auch durch vollständiges Schließen der Einspritzkühler nicht aufrechterhalten werden. Eine solche Situation kann auch durch die Speisewasserregelung nur schwer oder gar nicht abgefangen werden, da diese im Vergleich zu Einspritzkühlern oder anderen Dampfkühleinrichtungen ein wesentlich trägeres Zeitverhalten aufweist.
Derzeit gehen erste Planungen dahin, solarthermische Kraft¬ werke mit geeigneten thermischen Langzeitspeichern auszustatten. Diese Speicher sollen aufgeladen werden, indem aus dem Hauptkreislauf des Solarfeldes Frischdampf entnommen wird. Somit steht zwar weniger Dampf zum Durchströmen der Turbine zur Verfügung. Umgekehrt kann aber im Bedarfsfall die im Speicher vorhandene thermische Energie genutzt werden, um ei¬ ne zusätzliche Dampfmenge zur Verfügung zu stellen und so ei¬ nen vorübergehenden Leistungsabfall, beispielsweise durch ei¬ nen kurzzeitigen teilweisen oder vollständigen Ausfall der Solarfelder wegen einer Abschattung, auszugleichen. Eine we- sentliche Fragestellung bei der Realisierung solcher Zwischenspeicherkonzepte besteht darin, wie die Energie im Spei eher möglichst effektiv und lange gespeichert und bei Bedarf mit möglichst geringen Verlusten wieder aus dem Speicher abgerufen werden kann.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein so larthermisches Kraftwerk sowie ein Verfahren zum Betrieb ei¬ nes solarthermischen Kraftwerks der eingangs genannten Art mit Hilfe eines Zwischenspeicherkonzepts so zu verbessern, dass eine besonders effektive Energie-Zwischenspeicherung un Wiederentnahme der gespeicherten Energie erlaubt.
Diese Aufgabe wird zum einen durch ein solarthermisches Kraftwerk gemäß Anspruch 1 und zum anderen durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 12 gelöst.
Ein solarthermisches Kraftwerk, wie es eingangs beschrieben wird, weist hierzu erfindungsgemäß einen Zwischenspeicher auf, welcher zumindest an einer zwischen der Sonnenkollektor Dampfüberhitzereinheit und der Dampfturbine angeordneten ers ten Hochtemperatur-Speicheranschlussstelle mit dem Dampflei¬ tungssystem verbunden ist, um in einem Speicherbetriebsmodus überhitzten Dampf aus dem Dampfleitungssystem zu entnehmen. Dieser Zwischenspeicher umfasst einen Wärmespeicher, in dem dem im Speicherbetriebsmodus eingeleiteten Dampf thermische Energie entzogen und gespeichert wird. In einem Entnahmebe¬ triebsmodus wird die gespeicherte thermische Energie wieder an den Dampf abgegeben, der aus dem Zwischenspeicher dem Dampfleitungssystem zugeführt wird. An einer Niedertempera¬ tur-Speicheranschlussstelle ist der Zwischenspeicher erfin¬ dungsgemäß mit einem Kondensator und/oder einer Entspannungs einrichtung des solarthermischen Kraftwerks verbunden. Die Anschlüsse an der Hochtemperatur-Speicheranschlussstelle und der Niedertemperatur-Speicheranschlussstelle können dabei sinnvollerweise über eine Speicheranschlussventileinrichtung mit einem oder mehreren Ventilen erfolgen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb des solarthermischen Kraftwerks wird dementsprechend in einem Spei¬ cherbetriebsmodus an einer Hochtemperatur-Speicheranschluss¬ stelle ein Teil des überhitzten Dampfes in den Zwischenspei- eher mit dem Wärmespeicher geleitet. In diesem wird dem Dampf thermische Energie entzogen und gespeichert. An einer Nieder¬ temperatur-Speicheranschlussstelle wird der abgekühlte Dampf oder ein dabei entstandenes Wasser/Dampf-Gemisch einem Kondensator und/oder einer Entspannungseinrichtung zugeführt. Im Entnahmebetriebsmodus wird dem Zwischenspeicher an einer - vorzugsweise anderen - Niedertemperatur-Speicheranschluss¬ stelle Wasser und/oder Dampf zugeführt und die gespeicherte thermische Energie wird wieder an das Wasser bzw. den Dampf abgegeben und der dabei erzeugte überhitzte Dampf direkt oder indirekt der Dampfturbine zugeführt.
Bei diesem Aufbau und Betrieb kann im Speicherbetriebsmodus also an der Hochtemperatur-Speicheranschlussstelle ständig neuer überhitzter Dampf in den Zwischenspeicher geleitet wer- den. Da der Wärmespeicher normalerweise nicht über die gesamte Dauer des Speicherbetriebsmodus in der Lage ist, mit einer konstanten Rate thermische Energie aufzunehmen, kann es sein, dass sich am niedertemperaturseitigen Ende des Wärmespeichers je nach Dauer des Speicherbetriebsmodus, d. h. nach bereits erfolgter Energieaufnahme des Wärmespeichers, die Temperatur- und Druckbedingungen ändern und entsprechend den aktuellen Bedingungen dort Wasser, Dampf oder ein Wasser/Dampf-Gemisch ansteht. Erfindungsgemäß ist daher der Zwischenspeicher an einer Niedertemperatur-Speicheranschlussstelle (vorzugsweise direkt aber gegebenenfalls auch indirekt, d. h. über weitere Komponenten) mit einem Kondensator und/oder einer Entspannungseinrichtung des solarthermischen Kraftwerks verbunden. Bei der Entspannungseinrichtung kann es sich beispielsweise um einen Entspannungsbehälter oder Ähnliches handeln, in wel- ehern der unter Druck stehende Dampf oder das Wasser/Dampf- Gemisch z. B. atmosphärisch entspannt wird. Dabei kann im Sinne der Erfindung auch ein Speisewasserbehälter bei geeigneter Auslegung als Entspannungseinrichtung für die Ableitung des Mediums am niedertemperaturseitigen Ende des Zwischenspeichers dienen. Insbesondere kann auch zwischen dem niedertemperaturseitigen Ausgang des Zwischenspeichers und dem Kondensator vorzugsweise ein Entspannungsbehälter vorgeschaltet sein. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn vom Herstel¬ ler des Kondensatorsystems vorgegeben ist, dass aus einer solchen Nebenleitung nur flüssiges Medium in den Kondensator eintreten sollte. Die Zuleitung in einen Kondensator bzw. zu einer Entspannungseinrichtung hat den Vorteil, dass unabhängig von den Temperatur- und Druckverhältnissen und vom Aggregatzustand des Mediums (Wasser und/oder Dampf) am Ausgang des Zwischenspeichers das Medium weggeführt und dem Wasser/Dampf- Kreislauf des solarthermischen Kraftwerks wieder zugeführt werden kann. Damit ist eine sehr hohe thermische Aufladung des Wärmespeichers möglich. D. h. der Zwischenspeicher kann insgesamt auf ein höheres Temperaturniveau gebracht werden, als bei einer Konstruktion, bei der beispielsweise nur ein Speicherbetrieb möglich ist, solange die Aufnahmekapazität des Wärmespeichers ausreicht, um den Dampf vollständig in die flüssige Phase umzuwandeln und das Kondenswasser dem Speisewasser zuzuführen. Umgekehrt kann dann im Entnahmebetriebsmo¬ dus eine größere Energiemenge bzw. Wärmeenergie bei ver¬ gleichsweise höherem Temperaturniveau aus dem Zwischenspei¬ cher wieder entnommen werden und so auch im Volllastbetrieb des Solarfeldes die Frischdampftemperatur besser gestützt werden .
Im Entnahmebetriebsmodus kann insbesondere aus der Speisewas¬ serleitung Speisewasser abgezogen werden, welches dann im thermisch hoch aufgeladenen Wärmespeicher unter Abgabe der gespeicherten thermischen Energie zunächst verdampft und dann überhitzt wird, so dass der überhitzte Dampf wieder an einer Hochtemperatur-Speicheranschlussstelle dem Dampfleitungssys- tem zugeführt werden kann. Hierzu kann der Zwischenspeicher vorzugsweise über ein Ventil an einer Niedertemperatur- Speicheranschlussstelle mit der Speisewasserleitung verbunden sein. Bei einem üblichen Druckunterschied zwischen der Speisewasserleitung und der Frischdampfleitung strömt das Wasser im Entnahmebetriebsmodus automatisch in den Zwischenspeicher und als Dampf dann weiter in die Frischdampfleitung.
Der Speicherbetriebsmodus wird sinnvollerweise dann einge- stellt, wenn sich das solarthermische Kraftwerk in einem
Überleistungsbetrieb befindet, in dem das Solarkollektorfeld mehr Dampfleistung liefert als gebraucht wird. Der Entnahme¬ betriebsmodus wird dann eingestellt, wenn sich das solarther¬ mische Kraftwerk in einem Unterleistungsbetrieb befindet, d. h. wenn das Solarkollektorfeld weniger Dampfleistung liefert als eigentlich gebraucht wird. Es ist klar, dass bei einer solchen Anlage die Kapazität des Solarfeldes, d. h. der Son¬ nenkollektor-Dampferzeugereinheit (en) und der Sonnenkollek¬ tor-Dampfüberhitzereinheit (en) , größer dimensioniert sein muss als sie im normalen Durchschnittsbetrieb benötigt wird, um so ausreichend Kapazität zum Auffüllen des Zwischenspei¬ chers während des Speicherbetriebsmodus zur Verfügung zu stellen . Außer zur kurzfristigen Leistungserhöhung oder zum Stützen der Frischdampftemperatur kann der Zwischenspeicher auch in sonnenschwachen Zeiten, insbesondere am Abend und in der Nacht, genutzt werden, um weiterhin Dampf zu erzeugen und mit dem solarthermischen Kraftwerk auch in diesen Zeiten Strom zu produzieren.
Die abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung enthalten besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung, wobei explizit darauf hingewiesen wird, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch entsprechend den abhängigen Ansprüchen zum solarthermischen Kraftwerk weitergebildet sein kann und umgekehrt.
Je nach den aktuellen Temperatur- und Druckbedingungen an der Niedertemperaturseite des Speichers kann der abgekühlte und gegebenenfalls sogar teilweise oder vollständig kondensierte Dampf zumindest zeitweise auch an anderen geeigneten Stellen wieder dem Wasser/Dampf-Kreislauf des solarthermischen Kraft- werks zugeführt werden. Hierzu ist der Zwischenspeicher vorzugsweise an weiteren Niedertemperatur Speicheranschlussstel¬ len mit unterschiedlichen Leitungen bzw. anderen Komponenten im Leitungssystem des solarthermischen Kraftwerks verbunden.
Besonders bevorzugt kann der Zwischenspeicher hierzu auch an verschiedenen Niedertemperatur-Speicheranschlussstellen - über ansteuerbare Ventile - mit verschiedenen Dampfleitungen verbunden sein, in denen im Betrieb Dampf bei unterschiedli- chen Temperaturen oder Drücken geführt wird. Die Verbindung mit den verschiedenen Dampfleitungen an den verschiedenen Niedertemperatur-Speicheranschlussstellen erfolgt vorteilhafterweise über geeignete Ventile, die einzeln ansteuerbar sind. Die Verbindung des Zwischenspeichers mit verschiedenen Niedertemperatur-Speicheranschlussstellen an einem Kondensator bzw. einer Entspannungseinrichtung und/oder an verschiedenen Dampfleitungen ist besonders für die Fälle sinnvoll, bei denen der Wärmespeicher bauartbedingt oder weil er bereits so stark aufgeladen ist, dem Dampf nicht genügend Ener- gie entziehen kann, so dass der Dampf vollständig kondensiert. Gibt es Verbindungen zu verschiedenen Dampfleitungen, in denen Dampf mit unterschiedlichen Temperaturen und Drücken geführt wird, dann kann beispielsweise immer das Ventil zu der Dampfleitung geöffnet werden, in dem Dampf mit dem pas- senden Dampftemperaturbereich und in dem passenden Druckbereich geführt wird. Der Dampf oder das Wasser/Dampf-Gemisch kann dann ohne Energieverluste weiter an den passenden Stellen im Kreislauf eingesetzt werden. Dabei ist bevorzugt zu¬ mindest ein Teil der Niedertemperatur-Speicheranschluss- stellen in Ausgangs-Dampfleitungen einer Dampfturbine angeordnet und/oder zumindest ein Teil der Niedertemperatur- Speicheranschlussstellen mit Wärmetauschern verbunden. So kann das aus dem Zwischenspeicher kommende Medium noch zur regenerativen Speisewasservorwärmung genutzt werden. Wenn die Druck- und/oder Temperaturverhältnisse am niedertemperatur- seitigen Ende des Speichers für keine der angeschlossenen Dampfleitungen oder sonstigen Komponenten geeignet sind, so wird der Dampf oder das Wasser/Dampf-Gemisch erfindungsgemäß dem Entspannungsbehälter bzw. dem Kondensators zugeführt.
Ist der Wärmespeicher so aufgebaut, dass der Dampf im Spei- cherbetriebsmodus prinzipiell - zumindest bei noch nicht so hoher thermischer Aufladung des Speichers - verflüssigt wird, so ist der Zwischenspeicher an der Niedertemperatur- Speicheranschlussstelle vorzugsweise auch mit einer Speise¬ wasserleitung verbunden, über welche das im Zwischenspeicher entstehende Wasser als Speisewasser an die Sonnenkollektor- Dampferzeugereinheit geleitet wird. Besonders bevorzugt ist dabei der Zwischenspeicher an der Niedertemperatur- Speicheranschlussstelle über eine Pumpe mit der Speisewasser¬ leitung verbunden. Auch hier erfolgt die Verbindung vorzugs- weise über ansteuerbare Ventile. Bevorzugt ist auch die Pumpe von einer Steuereinrichtung passend zu den Ventilen ansteuerbar .
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel des so- larthermisches Kraftwerks ist im Dampfleitungssystem zwischen der oben genannten Hochtemperatur-Speicheranschlussstelle, an der der Dampf in den Zwischenspeicher geleitet wird, und der Dampfturbine eine Dampfkühleinrichtung (im Folgenden auch als „End-Dampfkühleinrichtung" bezeichnet) angeordnet. Außerdem weist das solarthermische Kraftwerk vorzugsweise eine Steuer¬ einrichtung auf, welche so ausgebildet ist, dass sie im Be¬ trieb die Temperatur des überhitzten Dampfes auf eine Turbi¬ nen-Frischdampftemperatur regelt, indem der Dampf zunächst in der Sonnenkollektor-Dampfüberhitzereinheit auf eine oberhalb der Turbinen-Frischdampftemperatur liegende Dampfüberhitzer- Endtemperatur überhitzt wird und dann mittels der End- Dampfkühleinrichtung auf die Turbinen-Frischdampftemperatur abgekühlt wird. Bei einem entsprechenden bevorzugten Betriebsverfahren wird also die Temperatur des überhitzten Dampfes beispielsweise unter Messung einer aktuellen Ist-Temperatur auf eine vorgegebene Turbinen-Frischdampftemperatur (als Soll-Temperatur) geregelt, indem der Dampf zunächst auf eine oberhalb der Tur¬ binen-Frischdampftemperatur liegende DampfÜberhitzer- Endtemperatur überhitzt und dann erst in einer hinter der Sonnenkollektor-Dampfüberhitzereinheit angeordneten Dampf- kühleinrichtung geregelt auf die Turbinen-Frischdampf- temperatur abgekühlt wird.
Wenn die Hochtemperatur-Speicheranschlussstelle, an der der Dampf in den Zwischenspeicher geleitet wird, in Strömungs- richtung vor der Dampfkühleinrichtung liegt, in welcher die Temperatur des Frischdampfes auf den von der Turbine gefor¬ derten Wert heruntergeregelt wird, wird der zur Aufladung des Speichers genutzte Dampf dem Hauptdampfkreislauf an der Stel¬ le mit der höchsten Dampftemperatur entnommen. Somit besteht die Möglichkeit, im Entnahmemodus aus dem Zwischenspeicher auch Dampf zurückzuführen, welcher eine höhere Temperatur aufweist als die benötigte Frischdampftemperatur, so dass der Speicher nicht nur dazu verwendet werden kann, zusätzlichen Dampf zur Verfügung zu stellen, sondern auch, um einem Tempe- raturabfall des von der Sonnenkollektor-Dampfüberhitzereinheit kommenden Dampfes entgegenzuwirken, d. h. diesen Temperaturabfall durch Einbringen eines heißeren Dampfes zu kom¬ pensieren. Durch die zusätzliche Beimischung von Dampf höherer Temperatur in der erfindungsgemäßen Weise kann somit auch bei vollständig deaktivierter End-Dampfkühleinrichtung, d. h. bei geschlossener Einspritzarmatur, die Frischdampftemperatur in bestimmten Grenzen weiterhin konstant gehalten werden, auch wenn der von der Sonnenkollektor-Dampfüberhitzereinheit gelieferte Dampf unterhalb der Frischdampftemperatur liegt. Das heißt, dass auch bei einer Teilleistung der Sonnenkollektor-Dampferzeugereinheit und/oder der Sonnenkollektor- Dampfüberhitzereinheit die Frischdampftemperatur für die Tur¬ bine leichter in vorgegebenen Grenzen gehalten werden kann. Somit wird die Verfügbarkeit und Betriebsflexibilität des ge- samten solarthermischen Kraftwerks erhöht.
Bei der einfachsten und besonders bevorzugten Variante dieser Anordnung mit der End-Dampfkühleinrichtung erfolgt dabei die Zuführung des Dampfes aus dem Zwischenspeicher in das Dampfleitungssystem während des Entnahmebetriebsmodus vorzugsweise an der ersten Hochtemperatur-Speicheranschlussstelle selbst, d. h. an der gleichen Anschlussstelle, an der auch der Dampf im Speicherbetriebsmodus dem Speicher zugeführt wird. Dadurch kann die ohnehin innerhalb des Dampfleitungssystems angeord¬ nete End-Dampfkühleinrichtung genutzt werden, um auch den aus dem Zwischenspeicher kommenden überhitzten Dampf während des Entnahmebetriebsmodus mit auf die passende Frischdampftempe- ratur abzukühlen.
Ein weiterer Vorteil der Anordnung besteht darin, dass bei einer kurzfristigen Anforderung von Leistungsreserven (sog. „Sekundenreserve") im Langzeitspeicher gespeicherte thermi- sehe Energie zu einer zusätzlichen DampfProduktion verwendet werden kann, auch wenn kein Temperaturabfall des von der Sonnenkollektor-Dampfüberhitzereinheit kommenden Dampfes vor¬ liegt, sondern lediglich zur Leistungserhöhung die Dampfmenge erhöht werden soll. Der zusätzlich erzeugte Dampf kann dann wieder in das Dampfleitungssystem vor der End-Dampfkühleinrichtung dem Hauptdampfström beigemischt werden und in der Kühleinrichtung auf die Frischdampftemperatur gebracht werden. Durch die vorteilhafte Kopplung des Zwischenspeichers an das Dampfleitungssystem vor der End-Dampfkühleinrichtung kann folglich auch auf einfache Weise eine konstante Frischdampf¬ temperatur während der Bereitstellung von Sekundenreserve gewährleistet werden.
Dadurch, dass das Endtemperaturniveau des Austrittsdampfes aus dem Zwischenspeicher über der geforderten Frischdampftemperatur liegt, kann zudem durch die Dampfkühleinrichtung die Frischdampftemperatur länger in einem Betriebsmodus aufrecht erhalten werden, in dem in sonnenschwachen Zeiten, z. B. am Abend, weiterhin Dampf erzeugt und Strom produziert wird. Ei- ne über die Dampfkühleinrichtung geführte und von der Turbine akzeptierte Temperaturabsenkung des Frischdampfes wäre mit dieser Anordnung ebenfalls möglich, z. B. wenn der Zwischenspeicher im Nachtbetrieb geleert werden soll. Bei einer anderen Variante dieser Anordnung wird der überhitzte Dampf dem Dampfleitungssystem aus dem Zwischenspeicher an einer zweiten Hochtemperatur-Speicheranschlussstelle zuge- führt, welche im Dampfleitungssystem zwischen der „End- Dampfkühleinrichtung" und der Turbine angeordnet ist. In die¬ sem Fall sollte in der Zuleitung vom Zwischenspeicher zur zweiten Hochtemperatur-Speicheranschlussstelle des Dampflei¬ tungssystems bevorzugt ebenfalls eine Dampfkühleinrichtung angeordnet sein, um so separat den aus dem Zwischenspeicher kommenden überhitzten Dampf, der ja eine Temperatur oberhalb der Frischdampftemperatur aufweisen sollte, auf die Frischdampftemperatur abzukühlen. Zwar sind mit einer solchen weiteren Zuleitung zur zweiten Hochtemperatur-Speicheranschluss- stelle und einer zweiten Dampfkühleinrichtung zusätzliche
Kosten verbunden, jedoch kann hier die Temperatur des Dampfes aus dem Zwischenspeicher separat und unabhängig von dem durch die End-Dampfkühleinrichtung strömenden Hauptdampfström geregelt werden, so dass auch diese Variante je nach den kon- struktiven weiteren Vorgaben der Anlage sinnvoll sein kann.
Im Speicherbetriebsmodus wird der Zwischenspeicher vorzugs¬ weise durch Öffnung eines Ventils mit dem Dampfleitungssystem zwischen der Sonnenkollektor-DampfÜberhitzereinheit und der Dampfturbine verbunden, wobei bei einer bevorzugten Variante die Öffnung des Ventils in Abhängigkeit von einem vorgegebe¬ nen Massenstrom-Sollwert in dem Dampfleitungssystem vor der Dampfturbine geregelt wird. Bei einer anderen bevorzugten Va¬ riante wird die Öffnung des Ventils auf einen konstanten Druck vor der Dampfturbine geregelt.
Im Entnahmebetriebsmodus wird der Zwischenspeicher ebenfalls durch Öffnung eines Ventils mit dem Dampfleitungssystem zwischen der Sonnenkollektor-Dampfüberhitzereinheit und der Dampfturbine verbunden, wobei vorzugsweise hier jedoch die Öffnung des Ventils auf eine konstante Temperatur im Dampf¬ leitungssystem an der Hochtemperatur-Speicheranschlussstelle geregelt wird. Erfolgt die Einspeisung des Dampfes aus dem Zwischenspeicher an der ersten Hochtemperatur-Speicheranschlussstelle, d. h. vor der End-Dampfkühleinrichtung, an der der Dampf auch aus dem Dampfleitungssystem in den Speicher geführt wird, so kann auf diese Weise dafür gesorgt wer¬ den, dass vor der letzten Dampfkühleinrichtung die Temperatur bereits auf einem möglichst konstanten Wert gehalten wird, so dass im Rahmen der Temperaturregelung mit Hilfe der End- Dampfkühleinrichtung keine großen Regelungsschwankungen auftreten .
Der Wärmespeicher kann auf unterschiedlich Weise aufgebaut sein .
Der Wärmespeicher kann zum Beispiel so aufgebaut sein, dass die thermische Energie durch einen Phasenübergang eines Spei chermediums gespeichert oder wieder abgegeben wird, d. h. es kann sich um einen sogenannten PCM-Speicher handeln (PCM = Phase Change Material; Phasenwechselmaterial) . Das Wärme speichernde Medium eines PCM-Speichers kann z. B. aus Salzen oder bereits geschmolzenen Salzen bestehen. Eine Phasenänderung der Salze zwischen einem festen und einem flüssigen Zustand bzw. der geschmolzenen Salze zwischen einem flüssigen und einem gasförmigen Zustand wird dabei genutzt, um thermi¬ sche Energie zu speichern. Umgekehrt wird bei einem Phasen¬ übergang von gasförmig nach flüssig oder flüssig nach fest thermische Energie wieder freigesetzt. Der Wärmetransport zwischen dem Dampf und dem Speichermedium kann beispielsweis innerhalb eines Wärmetauschers, vorzugsweise in einem Röhren register, erfolgen.
Alternativ oder zusätzlich kann der Zwischenspeicher auch zumindest einen Wärmespeicher umfassen, in dem die thermische Energie von einem Speichermedium ohne Phasenübergang gespeichert oder wieder abgegeben wird. Als Speichermedium kann hier beispielsweise Hochtemperaturbeton genutzt werden. Auch bei diesen Speichertypen kann der Wärmetransport in einem Wärmetauscher, vorzugsweise innerhalb eines Röhrenregisters, durchgeführt werden. Derzeit gibt es bereits Hochtemperatur- beton-Materialien, die im Bereich von bis zu 400°C arbeiten. Andere Materialien, die im Bereich bis zu 500°C arbeiten, sind in der Entwicklung. Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst der Zwischenspeicher gleich mehrere Speicherstufen zur Aufnahme und Abgabe von thermischer Energie. Dabei sind beson¬ ders bevorzugt zumindest zwei der Speicherstufen funktionell unterschiedlich aufgebaut. D. h. es ist beispielsweise eine Speicherstufe als PCM-Speicher aufgebaut und eine andere
Speicherstufe mit einem Wärmespeicher, in dem die thermische Energie ohne Phasenübergang gespeichert wird.
Bei einer Variante eines Zwischenspeichers mit mehreren Spei- cherstufen wird in einer der Speicherstufen der Dampf im
Speicherbetriebsmodus verflüssigt und im Entnahmebetriebsmo¬ dus wird je nach Anlagenbetriebszustand, z.B. bei reduzierter Last mit geringerem Druck, in dieser Speicherstufe das Wasser auch wieder verdampft. Insbesondere bei einem solchen Aufbau sind die Speicherstufen vorzugsweise funktionell parallel zur Sonnenkollektor-Dampferzeugereinheit mit der nachgeschalteten Sonnenkollektor-Dampfüberhitzereinheit aufgebaut. Das heißt, dass beispielsweise der Zwischenspeicher parallel zu den So¬ larfeldern wie in einer Art Bypass zwischen der Speisewasser- Zuleitung und dem Dampfleitungssystem vor der Turbine angeordnet ist und in ähnlicher Weise abgestuft ist wie die ein¬ zelnen Stufen in den Solarfeldern. Dabei ist parallel zu den Sonnenkollektor-Dampferzeugereinheiten eine Speicherstufe angeordnet, bei der im Speicherbetriebsmodus Dampf kondensiert und im Entnahmebetriebsmodus Wasser verdampft wird und paral¬ lel zu den Sonnenkollektor-Dampfüberhitzereinheiten sind dann die Speicherstufen angeordnet, welche im Speicherbetriebsmo¬ dus den überhitzten Dampf abkühlen bzw. im Entnahmebetriebsmodus den Dampf wieder überhitzen. Dabei ist klar, dass die Kondensation des Dampf in der niedertemperaturseitig letzten Speicherstufe nur möglich ist, wenn der von der vorgeschalte¬ ten Speicherstufe kommende Dampf bereits ausreichend abge¬ kühlt ist und die letzte Speicherstufe noch in der Lage ist, dem Dampf ausreichend Energie zu entziehen. Aufgrund der er¬ findungsgemäßen Ankopplung des Zwischenspeichers auf der Niedertemperaturseite an einen Kondensator bzw. eine Entspannungseinrichtung und optional weitere Anschlusspunkte kann aber, wie oben erläutert, unabhängig von den Temperatur- und Druckverhältnissen und vom Aggregatzustand das Wasser
und/oder der Dampf niedertemperaturseitig dem Wasser/Dampf- Kreislauf des solarthermischen Kraftwerks wieder zugeführt werden .
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbei¬ spielen unter Hinweis auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert . Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines solarthermischen Kraftwerks gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die Figur zeigt dabei stark vereinfacht ein solarthermisches Kraftwerk mit direkter Verdampfung. Dieses weist eine aus mehreren Sonnenkollektorsträngen gebildete Sonnenkollektor- Dampferzeugereinheit 2 zur Verdampfung von Speisewasser auf, das über eine Speisewasserleitung zugeführt wird. Der Sonnenkollektor-Dampferzeugereinheit 2 ist eine ebenfalls aus meh- reren Sonnenkollektorsträngen gebildete Sonnenkollektor- DampfÜberhitzereinheit 4 nachgeschaltet, um den von der Son¬ nenkollektor-Dampferzeugereinheit 2 erzeugten Dampf zu über¬ hitzen. Zwischen der Sonnenkollektor-Dampferzeugereinheit 2 und der Sonnenkollektor-DampfÜberhitzereinheit 4 befindet sich ein Dampfabscheider 3, in dem noch im Dampf vorhandenes Restwasser abgeschieden wird und über eine Rückführleitung 11 mit einer Pumpe 9 der Speisewasserleitung 10 wieder zugeführt wird. Der aus der Sonnenkollektor-DampfÜberhitzereinheit 4 kommende Dampf wird über ein Dampfleitungssystem 13 einer Hochdruck-Turbine 40 zugeführt. Vor dem Turbineneingang 41 befindet sich ein Absperrventil bzw. Turbinenregelventil 18. Über eine Abtriebswelle 45 ist die Turbine 40 mit einem Ge¬ triebe 46 verbunden, welches wiederum mit einem Generator 62 verbunden ist, um die kinetische Energie der Antriebswelle in elektrische Energie umzuwandeln.
Der in der Hochdruck-Turbine 40 genutzte Dampf wird dann stu- fenweise an verschiedenen Ausgängen der Hochdruck-Turbine 40 in Ausgangs-Dampfleitungen 42, 43, 44 geleitet, die zu Wärmetauschern 47 führen, mit denen das Speisewasser für die Sonnenkollektor-Dampferzeugereinheit 2 vorgewärmt werden kann. Außerdem wird ein Teil des Dampfes aus der Ausgangs- Dampfleitung 44 einem Turbineneingang 56 einer Niederdruck- Turbine 50 zugeleitet, um den Dampf noch weiter zur Umwand¬ lung in elektrische Energie zu nutzen. Eine Abtriebswelle 53 dieser Niederdruck-Turbine 50 ist hierzu ebenfalls mit dem Generator 62 verbunden. In der Dampfleitung zum Turbinenein- gang 56 befindet sich zum einen ein Abscheider 52, um kondensiertes Wasser abzuscheiden, sowie ein Wärmetauscher 51, in dem der Dampf noch einmal aufgeheizt (zwischenüberhitzt) wird, bevor er der Niederdruck-Turbine 50 zugeleitet wird. Über ein Ventil 54 vor dem Turbineneingang 56 kann der Druck am Eintritt der Niederdruck-Turbine 50 reguliert werden. Um dem Dampf für die Niederdruck-Turbine 50 im Wärmetauscher 51 weitere thermische Energie zuzuführen, wird dieser von Dampf durchströmt, der über ein Abzweigventil 48 in einer Abzweig¬ leitung 49 von dem an sich für die Hochdruck-Turbine 40 vor- gesehenen überhitzten Dampf abgezweigt wird. Der aus der Abzweigleitung 49 kommende Dampf kondensiert dabei im Wärmetau¬ scher 51 und wird über eine Leitung 55 über die Wärmetauscher 47 einem Speisewasserbehälter 63 zugeführt. Die Niederdruck-Turbine 50 weist ebenfalls an verschiedenen Turbinenstufen mehrere Ausgänge auf, die mit Ausgangs- Dampfleitungen 57, 58, 59, 60, 61 verbunden sind. Eine Ausgangs-Dampfleitung 57 führt in den Speisewasserbehälter 63. Eine weitere Ausgangs-Dampfleitung 61, welche sich ganz am Ende der Niederdruck-Turbine 50 befindet, d. h. die Leitung mit dem niedrigsten Dampfdruck, führt zu einem Kondensator 65, welcher über einen weiteren Wärmetauscher 67 mit einem Kühlturm 68 verbunden ist. In diesem Kondensator 65 kondensiert der Restdampf zu Wasser, welches über eine Pumpe 69 dem Speisewasserbehälter 63 zugeführt wird. Auf dem Weg dorthin kann es mehrere Wärmetauscher 70 passieren, die über die Aus- gangs-Dampfleitungen 58, 59, 60 von der Niederdruck-Turbine 50 mit Restdampf versorgt werden. In diesen Wärmetauschern 70 kondensiert der Restdampf ebenfalls zu Wasser, welches an der Mischstelle 66 mit dem im Kondensator 65 kondensierten Wasser gemischt und mit diesem über die Pumpe 69 wiederum durch die Wärmetauscher 70 dem Speisewasserbehälter 63 zugeführt wird. Dadurch wird das Wasser effektiv kondensiert und auf hoher Temperatur (unter der Dampftemperatur) gehalten, ohne die thermische Energie im Restdampf zu verschenken. Dem Speisewasserbehälter 63 wird außerdem auch das in den anderen Wärmetauschern 51, 47 kondensierte Wasser zugeführt. Das Speisewasser wird über eine Speisewasserleitung 10 mittels einer Speisewasserpumpe 64 dann wieder der Sonnenkollektor-Dampferzeugereinheit 2 zugeführt, um so den Kreislauf zu schließen.
Die Sonnenkollektor-Dampferzeugereinheit 2 besteht hier, wie bereits erwähnt, aus mehreren Strängen von einzelnen Sonnenkollektoren 5. Hierbei kann es sich z. B. um Parabolrinnen- kollektoren oder Fresnel-Kollektoren handeln. Dargestellt sind hier nur vier Stränge mit jeweils drei Kollektoren 5. In der Realität wird ein solches solarthermisches Kraftwerk eine Vielzahl von weiteren Sonnekollektorsträngen mit einer erheblich höheren Anzahl an Sonnenkollektoren aufweisen. Ggf. sind dabei auch mehrere Kollektorstränge gruppenweise zu räumlich getrennten Solarfeldern gebündelt und der darin erzeugte Dampf wird hinter den Solarfeldern vor Eintritt in die Sonnenkollektor-Dampfüberhitzereinheiten gemischt. Dabei können den einzelnen Solarfeldern zur Dampferzeugung jeweils eigene Solarfelder zur Überhitzung des Dampfes zugeordnet sein. D. h. es sind dann mehrere Gruppen von Sonnenkollektor- Dampferzeugereinheiten 2 mit jeweils nachgeschalteten Sonnenkollektor-Dampfüberhitzereinheiten 4, wie dies für eine sol- che Gruppe in Figur 1 dargestellt ist, parallel geschaltet und werden über eine oder mehrere Speisewasserleitungen 10 gespeist und der überhitzte Dampf wird endseitig im Dampflei¬ tungssystem 13 vor der Hochdruck-Turbine 40 in einer Mischzo- ne gemischt.
Auch die Sonnenkollektor-DampfÜberhitzereinheit 4 besteht aus mehreren Sonnenkollektorsträngen mit jeweils mehreren Sonnenkollektoren 6V, 6E . Bei den Sonnenkollektoren 6V handelt es sich um Vorüberhitzer-Sonnenkollektoren 6V (im Folgenden kurz „Vorüberhitzer" genannt) und bei den Sonnenkollektoren 6E um Endüberhitzer-Sonnenkollektoren 6E (im folgenden kurz „Endüberhitzer" genannt) . Zwischen den Vorüberhitzern 6V und den Endüberhitzern 6E befinden sich Einspritzkühler, welche hier durch eine Einspritzstelle 7 schematisch dargestellt sind. An dieser Stelle 7 wird zur Kühlung Wasser eingespritzt, um so die Ausgangs¬ temperatur TD am Ende der Endüberhitzer 6E, d. h. die Dampf- überhitzer-Endtemperatur TD, auf einen vorgegebenen Wert zu regeln .
Hierzu dient eine Steuereinrichtung 19, welche u. a. die an einer Temperatur-Messstelle 34 hinter dem Endüberhitzer 6E gemessene Dampfüberhitzer-Endtemperatur TD als aktuelle Ist- Temperatur erhält und auf eine vorgegebene Soll-Temperatur regelt, indem sie ein Zwischeneinspritzungs-Kontrollsignal ZKS an ein Regelungsventil 8 ausgibt, welches die Wasserzu¬ fuhr zu den Einspritzkühlern an der Einspritzstelle 7 regelt. Die Regelung kann dabei prinzipiell für jeden Kollektorstrang separat erfolgen, wenn die Einspritzkühler der Kollektorstränge jeweils über separat ansteuerbare Ventile versorgt werden. Das Kühlwasser kann beispielsweise über eine Kühlwas¬ serleitung 12 hinter der Pumpe 9 zur Rückführung des Kondens- wassers aus dem Wasserabscheider 3 entnommen werden. Die Steuereinrichtung 19 kann hierfür eine oder mehrere Regelungsanordnungen (nicht dargestellt) aufweisen, welche entwe¬ der diskret in Form von einzelnen elektronischen Bauteilen oder auch integriert in einem Rechner in Form von Software realisiert sein kann.
Diese Steuereinrichtung 19 kann noch weitere Messdaten aus dem gesamten Leitungssystem erhalten, beispielsweise den aktuellen Druck in der Sonnenkollektor-Dampferzeugereinheit, in der Sonnenkollektor-Dampfüberhitzereinheit oder im Dampflei¬ tungssystem vor der Turbine 40. Die Soll-Temperatur, auf die die Dampfüberhitzer-Endtemperatur TD geregelt wird, sollte immer höher als die an sich benötigte Frischdampftemperatur für die Dampfturbine 40 sein. Um dann die Dampftemperatur auf die benötigte Frischdampftemperatur zu bringen, befindet sich im Dampfleitungssystem 13 zwischen dem Ausgang der Sonnenkollektor-Dampfüberhitzereinheit 4 und dem Eingang 41 der Dampf- turbine 40 eine End-Dampfkühleinrichtung 15, hier ein weiterer Einspritzkühler 15. Dieser wird ebenfalls von der Steuereinheit 19 über ein Endabspritzungs-Kontrollsignal EKS ange¬ steuert, was beispielsweise wieder über eine Ansteuerung ei¬ nes Ventils erfolgen kann, über welches der Einspritzkühler 15 mit Kühlwasser versorgt wird (nicht dargestellt) . Im Fol¬ genden wird die End-Dampfkühleinrichtung 15 auch kurz als „Endeinspritzer" bezeichnet, ohne die Erfindung darauf zu be¬ schränken, dass es sich hierbei zwingend um eine Dampfkühleinrichtung in Form eines Einspritzkühlers handeln muss.
Zur Regelung der Temperatur wird an einer Temperaturmessstelle 35 hinter dem Endeinspritzer 15 eine weitere Ist- Temperatur, hier konkret die aktuelle Frischdampftemperatur TE, gemessen und mit einem Soll-Temperaturwert, d.h. hier mit dem Sollwert der für die Turbine 40 geforderten Frischdampftemperatur, welchen die Steuereinrichtung 19 beispielsweise von der Blocksteuerung der Turbinen vorgegeben bekommt verglichen. Dementsprechend wird dann der Endeinspritzer 15 angesteuert .
Erfindungsgemäß befindet sich außerdem in dem Dampfleitungs¬ system 13 vor dem Endeinspritzer 15 eine Hochtemperatur- Speicheranschlussstelle HAI, an welcher ein Zwischenspeicher 20 über ein regelbares Ventil 25 angeschlossen ist.
Dieser Zwischenspeicher 20 besteht aus mehreren Speicherstu- fen Sl, S2, S3 mit unterschiedlichen Wärmespeichern 22, 23, 24, die kettenartig hintereinander geschaltet sind.
Die einzelnen Wärmespeicher 22, 23, 24 können unterschiedlich aufgebaut sein und auch unterschiedlich arbeiten. Im vorlie- genden Fall handelt es sich bei allen Wärmespeichern 22, 23, 24 um solche Speicher, die dem durchgeleiteten Medium thermische Energie zur Speicherung entziehen oder im Bedarfsfall thermische Energie an das durchgeführte Medium wieder abge¬ ben. Hierbei kann es sich beispielsweise um Wärmespeicher handeln, welche ohne eine Phasenänderung des energiespei¬ chernden Mediums arbeiten, z. B. Festkörperspeicher wie Hochtemperaturbetonspeicher, oder auch um PCM-Speicher mit Speichermedien, die bei der Energiespeicherung einen Phasenwandel durchführen. Beispiel hierfür ist ein Speicher mit geschmol- zenem Salz als Speichermedium, welches zur Energiespeicherung einen Phasenwechsel in einen gasförmigen Zustand vollzieht. Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel sind beispielsweise die Wärmespeicher 22, 23 der ersten beiden Speicherstufen Sl, S2 als nicht phasenveränderte Speicher und der Wärmespeicher 24 in der Speicherstufe S3 als PCM-Speicher aufgebaut. Prinzipiell sind aber auch andere Anordnungen mög¬ lich.
An der von der Hochtemperatur-Anschlussstelle HAI entfernten Seite des Zwischenspeichers 20, an der letzten Speicherstufe S3, ist der Zwischenspeicher 20 an zwei Niedertemperatur- Anschlussstellen NAl, NA2 mit der Speisewasserleitung 10 verbunden. Die Verbindung zur ersten Niedertemperatur-Speicheranschlussstelle NAl erfolgt über ein erstes Ventil 31, eine Pumpe 26 und ein zweites Ventil 27. Eine parallele Verbindung zu einer zweiten Niedertemperatur-Speicheranschlussstelle NA2 erfolgt nur über ein drittes Ventil 28, d. h. ohne Zwischen¬ schaltung einer Pumpe. Außerdem ist der Zwischenspeicher 20 an der Niedertemperaturseite an einer Abzweigstelle 30 über ein viertes Ventil 32 mit einer Leitung 80 verbunden, die zu einer Niederdruck- Speicheranschlussstelle NA3 am Kondensator 65 des Kraftwerks führt. Vor den Kondensator 65 ist hier ein Entspannungsbehäl¬ ter 81 geschaltet, in dem das aus der Leitung 80 vom Zwischenspeicher kommende Medium atmosphärisch entspannt wird. Bei Anlagen, bei denen es egal ist, mit welchen Druck- und Temperaturwerten das Medium dem Kondensator 65 zugeführt wird, kann auf diesen Entspannungsbehälter 81 auch verzichtet werden. Über ein weiteres Ventil 88 ist die Leitung 80 zum Entspannungsbehälter 81 bzw. zum Kondensator 65 hin absperrbar .
An verschiedenen Niederdruck-Speicheranschlussstellen NA4, NA5, NA6, NA7, NA8, NA9 ist die Leitung 80 über separat an¬ steuerbare Ventile 82, 83, 84, 85, 86, 87 an unterschiedliche Dampfleitungen innerhalb des Kraftwerkblocks angeschlossen. Als Beispiel ist hier dargestellt, dass sich ein Teil der
Niedertemperatur-Speicheranschlussstellen NA4, NA5, NA6 jeweils in den verschiedenen Ausgangs-Dampfleitungen 42, 43, 44 der Hochdruckturbine 40 und ein weiterer Teil der Niedertemperatur-Speicheranschlussstellen NA7, NA8, NA9 den verschie- denen Ausgangs-Dampfleitungen 58, 59, 60 der Niederdruckturbine 50 befindet, die zu den Wärmetauschern 47, 70 für das Speisewasser 10 führen.
Alle Ventile 27, 28, 31, 32, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88 der Niedertemperaturseite des Zwischenspeichers 20 werden ebenso wie das Ventil 25 auf der Hochtemperaturseite des Zwischen¬ speichers 20 von einer Speicher-Steuereinrichtung 21 angesteuert. Diese erhält als weiteres Eingangssignal außerdem eine Temperatur SNT des Dampfes, die an einer Temperatur- Messstelle 36 an der Niedertemperaturseite des Zwischenspei¬ chers 20 gemessen wird. Diese Speicher-Steuereinrichtung 21 steht wiederum mit der Steuereinrichtung 19 über eine Kommunikationsverbindung 17 in Kontakt, so dass diese beiden Steu- ereinrichtungen 19, 21 koordiniert arbeiten. Alternativ kann die Speicher-Steuereinrichtung 21 auch als Teilkomponente der Steuereinrichtung 19 ausgebildet sein. Die Funktionsweise des Zwischenspeichers 20 während eines Be¬ triebs des in der Figur dargestellten solarthermischen Kraftwerks 1 ist beispielsweise wie folgt:
In einem Speicherbetriebsmodus soll überhitzter Dampf, wel- eher nicht für die Dampfturbine benötigt wird, aus dem Dampf¬ leitungssystem 13 dem Zwischenspeicher 20 zugeführt werden, um hierin möglichst viel Wärmeenergie zu speichern. Hierzu wird an der Niedertemperatur-Speicheranschlussstelle NAl das erste Ventil 27 geöffnet und die Pumpe 26 in Betrieb genom- men. Gleichzeitig wird das Ventil 25 an der Hochtemperatur- Speicheranschlussstelle HAI geregelt geöffnet, wobei eine Re¬ gelung der Öffnungsstellung des Ventils 25 vorzugsweise mas- senstromgeregelt erfolgt. Eine dazu benötigte Massenstrom- messeinrichtung ist entsprechend vorgesehen (nicht in der Fi- gur dargestellt) . Zusätzlich ist aber auch ein druckgeregel¬ tes Öffnen des Ventils 25 denkbar, so dass der Druck innerhalb des Dampfleitungssystems 13 möglichst konstant bleibt. Hierzu wird an einer Druck-Messstelle 33 der Druck p gemessen und der Speicher-Steuereinrichtung 21 zugeführt, so dass ent- sprechend das Ventil 25 geregelt werden kann. Gegebenenfalls erfolgt dies koordiniert mit einer bereits wirksamen Druckre¬ gelung über das Dampfturbinenventil .
Es strömt dann überhitzter Dampf über das Ventil 25 zunächst in die erste Speicherstufe Sl und gibt dort Wärme an das Me¬ dium des Wärmespeichers 22 ab. Dabei kühlt sich der Dampf ab und gelangt schließlich in die zweite Speicherstufe S2. Im Wärmespeicher 23 dieser zweiten Speicherstufe S2 gibt der Dampf weiterhin Wärme ab. Der abgekühlte Dampf gelangt dann in die dritte Speicherstufe S3. Hier verflüssigt sich zu¬ nächst, d. h. zum Beginn des Speicherbetriebsmodus, der Dampf unter Abgabe von erheblicher Wärme in das Speichermedium des Wärmespeichers 24, welcher - wie zuvor erläutert - beispiels- weise als PCM-Wärmespeicher mit einem phasenverändernden Medium aufgebaut ist, welches sich bei der Aufnahme der thermi¬ schen Energie von einem flüssigen in einen gasförmigen Zustand umwandelt. Das im Zwischenspeicher 20 dabei entstehende Wasser wird über die Pumpe 26 und das Ventil 27 der Speise¬ wasserleitung 10 zugeführt.
Mit fortschreitender Dauer des Speicherbetriebsmodus ist der Zwischenspeicher 20 bereits erheblich mit thermischer Energie beladen und die niedertemperaturseitig letzte Speicherstufe S3 ist nicht mehr in der Lage, dem zugeführten Dampf so viel Wärme zu entziehen, dass er vollständig kondensiert. Es steht dann ein Wasser/Dampf-Gemisch an. Auf Basis der Temperatur SNT am niedertemperaturseitigen Ende des Zwischenspeichers 20 kann dieser Zustand von der Spei¬ cher-Steuereinrichtung 21 erkannt werden. Es werden dann die Ventile 27, 31 zur ersten Niedertemperatur-Speicheranschluss¬ stelle NA1 geschlossen und die Pumpe 26 gestoppt und statt- dessen werden das Ventil 32 zur Leitung 80 und das Ventil 88 vor dem Entspannungsbehälter 81 geöffnet. Im Entspannungsbehälter 81 wird das Wasser/Dampf-Gemisch thermisch entspannt und an den Kondensator 65 an der dritten Niedertemperatur- Speicheranschlussstelle NA3 weitergeleitet. Es wird noch ein- mal darauf hingewiesen, dass der Entspannungsbehälter 81 vor dem Kondensator 65 optional ist und das Wasser/Dampf-Gemisch bei entsprechender Auslegung des Kondensators 65 auch direkt dem Kondensator 65 zugeführt werden kann. Mit späterem Verlauf des Speicherbetriebsmodus ist der Zwi¬ schenspeicher 20 schließlich soweit thermisch aufgeladen, dass der zugeführte Dampf nicht mehr kondensiert und am nie¬ dertemperaturseitigen Ende des Zwischenspeichers 20 nahezu reiner Dampf ansteht. Anhand der Temperatur SNT am niedertem- peraturseitigen Ende des Zwischenspeichers 20 und gegebenen¬ falls einer zusätzliche Druckmessung (nicht dargestellt) kann von der Speicher-Steuereinrichtung 21 geprüft werden, ob die Temperatur und der Druck des Dampfs an der Niedertemperatur- seite des Zwischenspeichers 20 in etwa der Temperatur und dem Druck in einer der Dampfleitungen 42, 43, 44, 58, 59, 60 der weiteren Niedertemperatur-Anschlussstellen NA4, NA5, NA6, NA7, NA8, NA9 entspricht. Wenn ja, wird das Ventil 88 vor dem Entspannungsbehälter 81 bzw. dem Kondensators 65 wieder geschlossen und das entsprechende Ventil 82, 83, 84, 85, 86, 87 an der Niedertemperaturseite geöffnet. Sind die Druck- und/oder Temperaturverhältnisse für keine der Leitungen 42, 43, 44, 58, 59, 60 geeignet, so bleibt einfach das Ventil 88 vor dem Entspannungsbehälter 81 bzw. dem Kondensator 65 geöffnet oder wird geöffnet, wenn es zuvor verschlossen war.
Bei diesem Aufbau kann der Zwischenspeicher 20 insgesamt auf ein höheres Temperaturniveau gebracht werden als bei einer Konstruktion, bei der nur ein Speicherbetrieb möglich ist, solange die Aufnahmekapazität der letzen Speicherstufe S3 ausreicht, um den Dampf vollständig in die flüssige Phase um¬ zuwandeln. Der Speicherbetriebsmodus kann dabei so lange durchgeführt werden, bis der Wärmespeicher 20 voll geladen ist, d. h. keine Wärmeenergie mehr aufnehmen kann. Zum Aus¬ gleich von Wärmeverlusten in den Wärmespeichern kann dann phasenweise kurzzeitig wieder der Speicherbetriebsmodus ein¬ geschaltet werden. Vorzugsweise ist eine maximale Dampftemperatur definiert, mit der die Temperatur SNT am niedertemperaturseitigen Ende des Zwischenspeichers 20 verglichen wird. Ist diese maximale Dampftemperatur erreicht, wird eine weitere Durchströmung des Zwischenspeichers 20 unterbunden (z. B. indem das Ventil 25 geschlossen wird) und der Zwischenspeicher 20 gilt als vollgeladen. Wesentliche Kriterien zur Festlegung der maximalen Dampftemperatur können beispielsweise prozesstechnische An¬ forderungen, wie z. B. sicherer, optimal effizienter und wirtschaftlicher Betrieb des Zwischenspeichers 20 im Zusam- menhang mit den regenerativen Speisewasservorwärmern bzw. dem Kondensatsystem, sowie auch Sicherheitsanforderungen des eingesetzten Materials der Verbindungsleitungen und Armaturen sein . In einem Entnahmebetriebsmodus wird dieser Prozess umgekehrt durchlaufen. Ein solcher Entnahmebetriebsmodus wird bei¬ spielsweise dann eingeschaltet, wenn die Solarfelder mit den Sonnenkollektor-Dampferzeugereinheiten 2 und Sonnenkollektor- DampfÜberhitzereinheit 4 nicht in der Lage sind, eine Dampf¬ überhitzer-Endtemperatur TD zu erreichen, die oberhalb der benötigten Frischdampftemperatur für die Turbine 40 liegt. In diesem Fall wird das zweite Ventil 28 an der zweiten Nieder- temperatur-Speicheranschlussstelle NA2 geöffnet und es wird wiederum das Ventil 25 an der Hochtemperatur-Speicheranschlussstelle HAI geregelt geöffnet, wobei dies jetzt jedoch nicht druckgeführt erfolgt, sondern temperaturgeführt in der Art, dass die Temperatur an der Hochtemperatur-Speicheran- Schlussstelle HAI auf einen konstanten Wert oberhalb der ei¬ gentlich benötigten Frischdampftemperatur gehalten wird. Die exakte Einstellung der Frischdampftemperatur erfolgt dann wie üblich über den Endeinspritzer 15. In diesem Entnahmebetriebsmodus wird also Wasser aus der
Speisewasserleitung 10 entzogen. Bei einer üblichen Druckdifferenz zwischen der Speisewasserleitung 10 (z. B. 50 - 145 bar) und dem Dampfleitungssystem 13 (z.B. 41 - 110 bar) wird erwartungsgemäß keine Pumpe benötigt, damit im Entnahmebe- triebsmodus Wasser in den Zwischenspeicher 20 strömt und
Dampf entnommen werden kann. In der dritten Speicherstufe S3 wird dieses Wasser unter Entzug der Wärme aus dem PCM- Wärmespeicher 24 bis auf Siedetemperatur vorgewärmt, verdampft und der zweiten Speicherstufe S2 zugeführt, wo eben- falls unter Entzug der Wärme aus dem Wärmespeicher 23 das
Wasser zunächst vorüberhitzt wird und dann der Speicherstufe Sl zugeführt wird. In dieser erfolgt unter Entzug der Wärme aus dem Wärmespeicher 22 die Endüberhitzung des Wasserdampfs, so dass eine Dampfüberhitzer-Endtemperatur TD erreicht wird, die ausreichend hoch ist.
Der Arbeitsablauf des Zwischenspeichers 20 erfolgt also funk¬ tionell in der gleichen Reihenfolge wie in der parallel ge- schalteten Sonnenkollektor-Dampferzeugereinheit 2 mit der nachgeschalteten Sonnenkollektor-DampfÜberhitzereinheit 4, wie dies einfach aus Figur 1 zu ersehen ist. Selbstverständlich kann das gesamte solarthermische Kraftwerk 1 nicht nur neben den dargestellten Sonnenkollektorsträngen bzw. Solarfeldern weitere Solarfelder aufweisen, die jeweils parallel geschaltet sind und überhitzten Dampf dem Dampflei¬ tungssystem 13 vor der Turbine 40 zuführen, sondern ebenso mehrere parallele Speicher 20, die auch separat je nach Be¬ darf in den verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden können .
In der Figur ist außerdem noch ein optionaler Bypass 14 von dem hochtemperaturseitigen Ende des Zwischenspeichers 20 zu einer Hochtemperatur-Anschlussstelle HA2 hinter dem Endein¬ spritzer 15 eingezeichnet. Dieser Bypass 14 wird über ein se¬ parates Ventil 29 geöffnet. Hinter diesem Ventil 29 befindet sich ein separater Bypass-Einspritzkühler 16 zur Reduzierung der Temperatur des aus dem Zwischenspeicher 20 kommenden Dampfes. Der zusätzliche Bypass-Einspritzkühler 16 wird ebenfalls von der Steuereinrichtung 19 angesteuert und das Ventil 29 von der Speicher-Steuereinrichtung 21. Dieser Bypass 14 kann genutzt werden, um im Entnahmebetriebsmodus den über¬ hitzten Dampf nicht vor der Endeinspritzung 15 über das Ventil 25 in das Dampfleitungssystem 13 zuzugeben, sondern stattdessen über das Ventil 29 und den zusätzlichen Bypass- Einspritzkühler 16 bereits exakt auf die gewünschte Frisch¬ dampftemperatur eingestellten Dampf an die Turbine 40 zu liefern .
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Verfahren und dem solarthermischen Kraftwerken lediglich um bevorzugte Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in ver¬ schiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist. Insbesondere können noch weitere Nieder- temperatur-Speicheranschlussstellen zu verschiedenen anderen Dampfleitungen vorgesehen sein. Diese können unter geeigneten Voraussetzungen (Druck- und Temperatur) auch bereits mit Wasser-Dampfgemisch bespeist werden. Ebenso kann auch bei einer Einspeisung in eine oder mehrere Dampfleitungen z.B. überschüssiges Strömungsmedium, welches nicht mehr von den Dampfleitungen aufgenommen werden kann oder soll, parallel in die Entspannungseinrichtung und/ oder den Kondensator abgeführt werden. Weiterhin ist auch ein Anschluss des Zwischenspei- chers 20 auf der Niedertemperaturseite direkt an den Speise¬ wasserbehälter 63 möglich. Insbesondere kann auch der Zwischenspeicher 20 mit einer beliebigen weiteren Anzahl von Speicherstufen aufgebaut sein oder prinzipiell auch nur aus einer einzelnen Speicherstufe bestehen. Weiterhin sind an- stelle der genannten Parabolrinnenkollektoren oder Fresnel-
Kollektoren auch beliebige andere direkt oder indirekt arbei¬ tende Sonnenkollektoren einsetzbar. Insbesondere ist eine Nutzung im Zusammenhang mit der neueren Solar-Turm Technologie mit Direktverdampfung möglich. Auch sind die oben genann- ten Temperatur- und Druckbereiche lediglich beispielhaft und nicht beschränkend anzusehen. Es ist maßgeblich von den zur Verfügung stehenden Speichertypen und -materialien abhängig, bis zu welchen Temperaturen und Drücken die Erfindung einsetzbar ist.
Es wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein" bzw. „eine" nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriffe „Einheit" nicht aus, dass diese aus mehreren Komponenten be¬ steht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.

Claims

Patentansprüche
1. Solarthermisches Kraftwerk (1) mit zumindest folgenden Komponenten :
einer Sonnenkollektor-Dampferzeugereinheit (2) zur Erzeu¬ gung von Dampf,
einer der Sonnenkollektor-Dampferzeugereinheit (2) nachge¬ schalteten Sonnenkollektor-Dampfüberhitzereinheit (4) zur Überhitzung des Dampfes,
einer über ein Dampfleitungssystem (13) mit einem Ausgang der Sonnenkollektor-Dampfüberhitzereinheit (4) verbundenen Dampfturbine (40), welche im Betrieb mit dem überhitztem Dampf gespeist wird,
einem Zwischenspeicher (20),
welcher zumindest an einer zwischen der Sonnenkollektor- Dampfüberhitzereinheit (4) und der Dampfturbine (40) ange¬ ordneten ersten Hochtemperatur-Speicheranschlussstelle (HAI) mit dem Dampfleitungssystem (13) verbunden ist, um in einem Speicherbetriebsmodus überhitzten Dampf aus dem Dampfleitungssystem (13) zu entnehmen,
welcher einen Wärmespeicher (22, 23, 24) umfasst, in dem dem im Speicherbetriebsmodus eingeleiteten Dampf thermische Energie entzogen und gespeichert wird und in dem in einem Entnahmebetriebsmodus die gespeicherte thermische Energie wieder an Dampf abgegeben wird, der aus dem Zwischenspeicher (20) dem Dampfleitungssystem (13) zugeführt wird,
und welcher an einer Niedertemperatur-Speicheranschluss¬ stelle (NA3) mit einem Kondensator (65) und/oder einer Entspannungseinrichtung (89) des solarthermischen Kraftwerks (1) verbunden ist.
2. Solarthermisches Kraftwerk nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenspeicher (20) an verschiedenen weiteren Niedertemperatur-Speicheranschluss¬ stellen (NA4, NA5, NA6, NA6, NA8, NA9) mit verschiedene
Dampfleitungen (42, 43, 44, 58, 59, 60) verbunden ist, in nen im Betrieb Dampf bei unterschiedlichen Temperaturen und/oder Drücken geführt wird.
3. Solarthermisches Kraftwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenspeicher (20) an zumindest einer weiteren Niedertemperatur-Speicheranschluss¬ stelle
(NA2) mit einer Speisewasserleitung (10) verbunden ist, über die im Entnahmebetriebsmodus Speisewasser an die Sonnenkol- lektor-Dampferzeugereinheit (5) geleitet wird.
4. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenspeicher (20) an ei- ner weiteren Niedertemperatur-Speicheranschlussstelle (NA1) über eine Pumpe (26) mit der Speisewasserleitung (10) verbunden ist.
5. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass im Dampfleitungssystem (13) zwischen der Hochtemperatur-Speicheranschlussstelle (HAI) und der Dampfturbine (40) eine Dampfkühleinrichtung (15) angeord¬ net ist und optional zwischen der ersten Hochtemperatur- Speicheranschlussstelle (HAI) und der Dampfturbine (40) eine zweite Hochtemperatur-Speicheranschlussstelle (HA2) angeord¬ net ist und dass das solarthermische Kraftwerk (1) eine Steu¬ ereinrichtung (19, 21) aufweist, welche so ausgebildet ist, dass sie im Betrieb die Temperatur (TE) des überhitzten Damp- fes auf eine Turbinen-Frischdampftemperatur regelt, indem der Dampf zunächst in der Sonnenkollektor-DampfÜberhitzereinheit (4) auf eine oberhalb der Turbinen-Frischdampftemperatur liegende Dampfüberhitzer-Endtemperatur (TD) überhitzt wird und dann mittels der Dampfkühleinrichtung (15) auf die Turbinen- Frischdampftemperatur abgekühlt wird,
und dass in einem Speicherbetriebsmodus ein Teil des überhitzten Damp¬ fes an der ersten Hochtemperatur-Speicheranschlussstelle (HAI) in den Zwischenspeicher (20) geleitet wird
und
in einem Entnahmebetriebsmodus überhitzter Dampf aus dem Zwischenspeicher (20) dem Dampfleitungssystem (13) an der ersten Hochtemperatur-Speicheranschlussstelle (HAI) und/oder - so¬ fern vorhanden - der zweiten Hochtemperatur-Speicheranschlussstelle (HA2) zugeführt wird.
6. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenspeicher (20) zumindest einen Wärmespeicher (24) umfasst, in dem die thermische Energie durch einen Phasenübergang eines Speichermediums ge¬ speichert oder wieder abgegeben wird.
7. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenspeicher (20) zumindest einen Wärmespeicher (22, 23) umfasst, in dem die thermische Energie von einem Speichermedium ohne Phasenübergang gespeichert oder wieder abgegeben wird.
8. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenspeicher (20) mehre¬ re Speicherstufen (Sl, S2, S3) zur Aufnahme und Abgabe von thermischer Energie umfasst.
9. Solarthermisches Kraftwerk nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei der Speicherstu¬ fen (Sl, S2, S3) unterschiedlich aufgebaut sind.
10. Solarthermisches Kraftwerk nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einer der Speicherstufen (S3) zumindest zeitweise der Dampf im Speicherbetriebsmodus zumin¬ dest teilweise verflüssigt wird und im Entnahmebetriebsmodus zumindest zeitweise Wasser verdampft wird.
11. Solarthermisches Kraftwerk nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherstufen (Sl, S2, S3) funktionell parallel zur Sonnenkollektor-Dampferzeugereinheit (2) mit der nachgeschalteten Sonnenkollektor- DampfÜberhitzereinheit (4) aufgebaut sind.
12. Verfahren zum Betrieb eines solarthermischen Kraftwerks (1), welches eine Sonnenkollektor-Dampferzeugereinheit (2) zur Verdampfung von Wasser, eine Sonnenkollektor- DampfÜberhitzereinheit (4) zur Überhitzung des Dampfes und eine Dampfturbine (40) aufweist, welche im Betrieb mit dem überhitzten Dampf gespeist wird,
wobei
in einem Speicherbetriebsmodus an einer Hochtemperatur- Speicheranschlussstelle (HAI) ein Teil des überhitzten Damp¬ fes in einen Zwischenspeicher (20) mit einem Wärmespeicher (22, 23, 24) geleitet wird, in dem dem Dampf thermische Ener- gie entzogen und gespeichert wird, und an einer Niedertempe¬ ratur-Speicheranschlussstelle (NA3) der abgekühlte Dampf oder ein dabei entstandenes Wasser/Dampf-Gemisch einem Kondensator (65) und/oder einer Entspannungseinrichtung (89) zugeführt wird
und wobei in einem Entnahmebetriebsmodus dem Zwischenspeicher (20) an einer Niedertemperatur-Speicheranschlussstelle (NA2) Wasser und/oder Dampf zugeführt wird und die gespeicherte thermische Energie wieder an das Wasser bzw. den Dampf abgegeben wird, und der dabei erzeugte überhitzte Dampf der
Dampfturbine (40) zugeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Temperatur (TE) des überhitzten Dampfes auf eine vorgege¬ bene Turbinen-Frischdampftemperatur geregelt wird, indem der Dampf zunächst auf eine oberhalb der Turbinen-Frischdampf- temperatur liegende Dampfüberhitzer-Endtemperatur (TD) überhitzt wird und dann in einer hinter der Sonnenkollektor- Dampfüberhitzereinheit (4) angeordneten Dampfkühleinrichtung (15) auf die Turbinen-Frischdampftemperatur abgekühlt wird, und dass
im Speicherbetriebsmodus ein Teil des überhitzten Dampfes vor der Dampfkühleinrichtung (15) in den Zwischenspeicher (20) geleitet wird und
im Entnahmebetriebsmodus überhitzter Dampf vor und/oder hin- ter der Dampfkühleinrichtung (15) aus dem Zwischenspeicher (20) entnommen wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet, dass im Speicherbetriebsmodus der Zwischenspeicher (20) durch Öffnung eines Ventils (25) mit einem Dampfleitungssystem (13) zwischen der Sonnenkollektor- Dampfüberhitzereinheit (4) und der Dampfturbine (40) verbun¬ den wird, wobei die Öffnung des Ventils (25) in Abhängigkeit eines vorgegebenen Massenstrom-Sollwerts in dem Dampflei- tungssystem (13) vor der Dampfturbine (40) geregelt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass im Entnahmebetriebsmodus der Zwischenspeicher (20) durch Öffnung eines Ventils (25) mit einem Dampfleitungssystem (13) zwischen der Sonnenkollektor- Dampfüberhitzereinheit (4) und der Dampfturbine (40) verbun¬ den wird, wobei die Öffnung des Ventils (25) auf eine kon¬ stante Temperatur an einer Hochtemperatur-Speicheranschluss¬ stelle (HAI) im Dampfleitungssystem (13) geregelt wird.
PCT/EP2010/068618 2009-12-22 2010-12-01 Solarthermisches kraftwerk und verfahren zum betrieb eines solarthermischen kraftwerks Ceased WO2011080021A2 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010800644009A CN102762858A (zh) 2009-12-22 2010-12-01 太阳能发电站和用于运行太阳能发电站的方法
EP10787397A EP2516854A2 (de) 2009-12-22 2010-12-01 Solarthermisches kraftwerk und verfahren zum betrieb eines solarthermischen kraftwerks
AU2010338478A AU2010338478A1 (en) 2009-12-22 2010-12-01 Solar thermal power plant and method for operating a solar thermal power plant
US13/518,099 US20120255300A1 (en) 2009-12-22 2010-12-01 Solar thermal power plant and method for operating a solar thermal power plant

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009060091 2009-12-22
DE102009060091.4 2009-12-22

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2011080021A2 true WO2011080021A2 (de) 2011-07-07
WO2011080021A3 WO2011080021A3 (de) 2012-03-08

Family

ID=44226863

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2010/068618 Ceased WO2011080021A2 (de) 2009-12-22 2010-12-01 Solarthermisches kraftwerk und verfahren zum betrieb eines solarthermischen kraftwerks

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20120255300A1 (de)
EP (1) EP2516854A2 (de)
CN (1) CN102762858A (de)
AU (1) AU2010338478A1 (de)
CL (1) CL2012001726A1 (de)
WO (1) WO2011080021A2 (de)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130111902A1 (en) * 2011-11-03 2013-05-09 Mansour Maleki-Ardebili Solar power system and method of operating a solar power system
CN103362762A (zh) * 2012-04-02 2013-10-23 阿尔斯通技术有限公司 太阳能热电系统
JP2013249840A (ja) * 2012-05-31 2013-12-12 Man Diesel & Turbo Se ソーラー設備を作動させるための方法
WO2014064673A3 (en) * 2012-10-22 2015-01-08 Newco2Fuels Ltd. Hybrid combined cycle system for generating electical power
EP3093488A1 (de) * 2015-05-13 2016-11-16 Areva Solar, Inc Wärmesolarenergieanlage mit einer wärmespeicheranlage und zugehöriges verfahren

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110203575A1 (en) * 2009-08-24 2011-08-25 Robert Emery Thermodynamic/Solar Steam Generator
WO2012107811A2 (en) * 2011-02-08 2012-08-16 Brightsource Industries (Israel) Ltd. Solar energy storage system including three or more reservoirs
DE102011000946A1 (de) * 2011-02-25 2012-08-30 Hitachi Power Europe Gmbh Solarthermische Energieerzeugungsanlage und Verfahren zur Energiegewinnung mittels einer solarthermischen Ernergieerzeugungsanlage
EP2525051A1 (de) * 2011-05-20 2012-11-21 Alstom Technology Ltd Solarwärmekraftanlage
JP5984935B2 (ja) * 2012-07-17 2016-09-06 三菱日立パワーシステムズ株式会社 太陽熱発電システム
DE102012111775B4 (de) * 2012-12-04 2016-08-04 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Solarthermische Dampferzeugungsstufe, solarthermisches Kraftwerk und Verfahren zum Betreiben einer solarthermischen Dampferzeugungsstufe
DE102012023898A1 (de) * 2012-12-07 2014-06-12 Man Diesel & Turbo Se Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur Erzeugung mechanischer und/oder elektrischer Energie
CN103115445B (zh) * 2013-02-05 2014-09-24 中盈长江国际新能源投资有限公司 太阳能自动均热聚热管、槽式组件、热发电系统和工艺
CN104279537B (zh) * 2013-07-11 2017-08-25 上海工电能源科技有限公司 一种再热太阳能热利用系统及其运行方式
WO2014193224A2 (en) * 2013-05-27 2014-12-04 Stamicarbon B.V. Acting Under The Name Of Mt Innovation Center Solar thermal energy storage system
US20150089945A1 (en) * 2013-10-01 2015-04-02 Chevron U.S.A., Inc. Hybrid solar and fuel-fired steam generation system and method
EP2910781B1 (de) * 2014-02-24 2021-05-05 General Electric Technology GmbH Solarwärmeenergiesystem
DE102014205629B4 (de) * 2014-03-26 2023-08-03 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Mehrgrößenzustandsregelung für einen Dampferzeuger eines Dampfkraftwerks
ES2565690B1 (es) * 2014-09-05 2017-01-20 Abengoa Solar New Technologies,S.A. Método y sistema de almacenamiento térmico para planta solar de generación de vapor y planta solar de generación de vapor
CN104456528A (zh) * 2014-11-05 2015-03-25 江苏太阳宝新能源有限公司 综合利用储能和智能电网的方法及其系统
JP2017014971A (ja) * 2015-06-30 2017-01-19 三菱日立パワーシステムズ株式会社 太陽熱発電システム及び太陽熱発電方法
US10987609B1 (en) * 2018-02-11 2021-04-27 John D. Walker Polar-linear-fresnel-concentrating solar-thermal power and desalination plant
US20230294014A1 (en) * 2019-02-11 2023-09-21 John D. Walker Enhanced power and desalination performance in medx plant design utilizing brine-waste and single-temperature- thermal energy storage coupled to thermal vapor expander
CN112761910B (zh) * 2021-02-02 2025-04-08 济宁圣峰环宇新能源技术有限公司 一种闭式布雷顿循环二次元发动机系统

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4192144A (en) * 1977-01-21 1980-03-11 Westinghouse Electric Corp. Direct contact heat exchanger with phase change of working fluid
BE895148A (fr) * 1982-11-26 1983-03-16 Belgonucleaire Sa Cycle thermodynamique a vapeur pour la refrigeration des centrales solaires a recepteur central
JPH10318122A (ja) * 1997-05-22 1998-12-02 Takashi Uesugi 太陽光を利用した発電装置及び照明装置
SE0004930D0 (sv) * 2000-12-29 2000-12-29 Addpower Ab Soldriven turbinloop
US20070157614A1 (en) * 2003-01-21 2007-07-12 Goldman Arnold J Hybrid Generation with Alternative Fuel Sources
DE10329623B3 (de) * 2003-06-25 2005-01-13 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur solarthermischen Gewinnung elektrischer Energie und solarthermisches Kraftwerk
JP4659818B2 (ja) * 2004-03-15 2011-03-30 オルハン ウストゥーン 電気エネルギーへの変換のための熱エネルギー蓄積装置
US20070221208A1 (en) * 2006-03-07 2007-09-27 Goldman Arnold J High-temperature pipeline
US20080092551A1 (en) * 2006-10-18 2008-04-24 Mark Joseph Skowronski Method and system integrating combustion turbine with a regenerative solar rankine power plant
WO2008114248A1 (en) * 2007-03-16 2008-09-25 T.O.U Millennium Electric Ltd. Combined solar thermal power generation and a power station therefor
US8001960B2 (en) * 2007-11-12 2011-08-23 Brightsource Industries (Israel) Ltd. Method and control system for operating a solar power tower system
CN101307751A (zh) * 2008-07-03 2008-11-19 昆明理工大学 混合工质分散式低温太阳能热力发电系统及发电工艺
CN201318255Y (zh) * 2008-10-30 2009-09-30 常州宣纳尔新能源科技有限公司 太阳能综合利用系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130111902A1 (en) * 2011-11-03 2013-05-09 Mansour Maleki-Ardebili Solar power system and method of operating a solar power system
CN103362762A (zh) * 2012-04-02 2013-10-23 阿尔斯通技术有限公司 太阳能热电系统
US9638173B2 (en) 2012-04-02 2017-05-02 Alstom Technology Ltd. Solar thermal power system
JP2013249840A (ja) * 2012-05-31 2013-12-12 Man Diesel & Turbo Se ソーラー設備を作動させるための方法
US20140013748A1 (en) * 2012-05-31 2014-01-16 Thomas Schaake Method for operating a solar installation
US9745868B2 (en) * 2012-05-31 2017-08-29 Man Diesel & Turbo Se Method for operating a solar installation
WO2014064673A3 (en) * 2012-10-22 2015-01-08 Newco2Fuels Ltd. Hybrid combined cycle system for generating electical power
EP3093488A1 (de) * 2015-05-13 2016-11-16 Areva Solar, Inc Wärmesolarenergieanlage mit einer wärmespeicheranlage und zugehöriges verfahren
WO2016183433A1 (en) * 2015-05-13 2016-11-17 Areva Solar, Inc. Thermal solar power plant comprising a heat storage assembly and corresponding method

Also Published As

Publication number Publication date
CL2012001726A1 (es) 2012-11-16
WO2011080021A3 (de) 2012-03-08
US20120255300A1 (en) 2012-10-11
EP2516854A2 (de) 2012-10-31
AU2010338478A1 (en) 2012-08-09
CN102762858A (zh) 2012-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2011080021A2 (de) Solarthermisches kraftwerk und verfahren zum betrieb eines solarthermischen kraftwerks
EP2488752B1 (de) Solarthermisches kraftwerk und verfahren zum betrieb eines solarthermischen kraftwerks
EP2748434B1 (de) Anlage zur speicherung thermischer energie
EP2521861B1 (de) Solarthermisches kraftwerk mit indirekter verdampfung und verfahren zum betrieb eines solchen solarthermischen kraftwerks
EP2603672B1 (de) Abhitzedampferzeuger
EP3025031B1 (de) Verfahren zum betreiben einer dampfturbinenanlage
EP3080407B1 (de) Dampfspeicherung mit latentwärmespeicher und dampf-thermokompressor
DE102009047204B4 (de) Verfahren, Regelungseinrichtung zum Betreiben eines solarthermischen Kraftwerks und Verfahren zum Anfahren eines solarthermischen Kraftwerks
DE102020131706A1 (de) System und Verfahren zur Speicherung und Abgabe von elektrischer Energie mit deren Speicherung als Wärmeenergie
EP2224104B1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Kraftwerks
EP2815085B1 (de) Leistungsregelung und/oder frequenzregelung bei einem solarthermischen dampfkraftwerk
DE10260993A1 (de) Verfahren zur Stromerzeugung sowie nach diesen Verfahren betriebene Kraftwerke
DE102012103617A1 (de) Fossilbefeuertes Kraftwerk mit Wärmespeicher
DE102012210957A1 (de) Hochtemperatur-Wärmespeicher mit Induktionsheizung und Metallschmelze und Wärmespeicher-Verbundsystem
DE102013008445B4 (de) Wärmespeicherkraftwerk
WO2015003898A1 (de) Vorwärmsystem und verfahren mit einem solchen vorwärmsystem
DE102011116338B4 (de) Solarthermisches Kraftwerk sowie Verfahren zum Betreiben eines solarthermischen Kraftwerks
WO2015028366A2 (de) Betriebsverfahren für einen extern beheizten zwangdurchlaufdampferzeuger
EP2951407A2 (de) Verfahren zum betrieb eines niedertemperaturkraftwerkes, sowie niedertemperaturkraftwerk selbst
WO2013135761A2 (de) Leistungsregelung und/oder frequenzregelung bei einem solarthermischen dampfkraftwerk
DE102012215572A1 (de) Vorrichtung zur schnellen Wirkleistungsänderung von Kraftwerksanlagen
WO2025051433A1 (de) Dampfspeicherkraftwerk und verfahren zum betreiben eines solchen
WO2013110401A1 (de) Verfahren zum warmhalten eines wärmeträgermediums beim stillstand einer solarthermischen kraftwerksanlage

Legal Events

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

Ref document number: 201080064400.9

Country of ref document: CN

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

Ref document number: 10787397

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010787397

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 5454/DELNP/2012

Country of ref document: IN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13518099

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2012001726

Country of ref document: CL

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2010338478

Country of ref document: AU

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2010338478

Country of ref document: AU

Date of ref document: 20101201

Kind code of ref document: A