DE102012102115A1

DE102012102115A1 - Solarthermisches Kraftwerk und Verfahren zum Betreiben eines solarthermischen Kraftwerks

Info

Publication number: DE102012102115A1
Application number: DE201210102115
Authority: DE
Inventors: Markus Eck; Tobias Hirsch; Michael Wittmann
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2012-03-13
Publication date: 2013-08-22

Abstract

Es wird ein solarthermisches Kraftwerk vorgeschlagen, welches eine Dampfbereitstellungseinrichtung mit einer Solareinrichtung, durch welche mittels Solarstrahlung aus flüssigem Wärmeträgermedium Wärmeträgermedium-Dampf erzeugbar ist, und mit einer Speichereinrichtung, welche Dampf bereitstellt, eine Dampfturbineneinrichtung mit einer Hochdruckdampfturbine, welche der Dampfbereitstellungseinrichtung nachgeschaltet ist, und mit einer Niederdruckdampfturbine, welche der Hochdruckdampfturbine nachgeschaltet ist, einen Zwischenüberhitzer, welcher zwischen der Hochdruckdampfturbine und der Niederdruckdampfturbine angeordnet ist und welcher an die Dampfbereitstellungseinrichtung gekoppelt ist, wobei die Dampfbereitstellungseinrichtung dem Zwischenüberhitzer Dampf als Wärmeübertragungsmedium bereitstellt, einen ersten Zuführungspfad für Dampf als Wärmeträgermedium von der Dampfbereitstellungseinrichtung zu der Hochdruckdampfturbine, und einen zweiten Zuführungspfad für Dampf als Wärmeübertragungsmedium von der Dampfbereitstellungseinrichtung zu dem Zwischenüberhitzer, umfasst, dass die Solareinrichtung an den ersten Zuführungspfad und den zweiten Zuführungspfad gekoppelt ist, die Speichereinrichtung an den ersten Zuführungspfad und den zweiten Zuführungspfad gekoppelt ist und der erste Zuführungspfad und der zweite Zuführungspfad fluidwirksam getrennt sind, so dass Dampf auf dem ersten Zuführungspfad und dem zweiten Zuführungspfad auf unterschiedlichem Druckniveau bereitstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein solarthermisches Kraftwerk, umfassend eine Dampfbereitstellungseinrichtung mit einer Solareinrichtung, durch welche mittels Solarstrahlung aus flüssigem Wärmeträgermedium Wärmeträgermedium-Dampf erzeugbar ist, und mit einer Speichereinrichtung, welche Dampf bereitstellt, eine Dampfturbineneinrichtung mit einer Hochdruckdampfturbine, die der Dampfbereitstellungseinrichtung nachgeschaltet ist, und mit einer Niederdruckdampfturbine, welche der Hochdruckdampfturbine nachgeschaltet ist, einen Zwischenüberhitzer, welcher zwischen der Hochdruckdampfturbine und der Niederdruckdampfturbine angeordnet ist und welcher an die Dampfbereitstellungseinrichtung gekoppelt ist, wobei die Dampfbereitstellungseinrichtung dem Zwischenüberhitzer Dampf als Wärmeübertragungsmedium bereitstellt, einen ersten Zuführungspfad für Dampf als Wärmeträgermedium für die Dampfbereitstellungseinrichtung zu der Hochdruckdampfturbine und einen zweiten Zuführungspfad für Dampf als Wärmeübertragungsmedium von der Dampfbereitstellungseinrichtung zu dem Zwischenüberhitzer.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines solarthermischen Kraftwerks, bei dem Dampf durch eine Solareinrichtung und eine Speichereinrichtung bereitgestellt wird und mit dem Dampf als Wärmeträgermedium eine Hochdruckdampfturbine und eine der Hochdruckdampfturbine nachgeschaltete Niederdruckdampfturbine betrieben werden, wobei durch einen Zwischenüberhitzer zwischen der Hochdruckdampfturbine und der Niederdruckdampfturbine Wärmeträgermedium-Dampf zwischenüberhitzt wird und die Zwischenüberhitzung mit Dampf als Wärmeübertragungsmedium erfolgt.
In der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2011 054 618.9 vom 19. Oktober 2011 ist ein solarthermisches Kraftwerk beschrieben, welches eine Verdampfereinrichtung mit einer Solarstrahlungsempfängereinrichtung, eine Hochdruckdampfturbine, eine der Hochdruckdampfturbine nachgeordnete Niederdruckdampfturbine und eine Zwischenüberhitzereinrichtung zwischen der Hochdruckdampfturbine und der Niederdruckdampfturbine umfasst, bei dem durch die Verdampfereinrichtung ein Wärmeträgermedium in Dampfform bereitgestellt wird, der Dampf der Hochdruckdampfturbine eingangsseitig bereitgestellt wird, Dampf ausgangsseitig von der Hochdruckdampfturbine der Zwischenüberhitzereinrichtung zugeführt und dort erhitzt wird und von der Zwischenüberhitzereinrichtung eingangsseitig der Niederdruckdampfturbine bereitgestellt wird, wobei die Zwischenüberhitzereinrichtung mit Frischdampf von der Verdampfereinrichtung beheizt wird, mit einem ersten Betriebsmodus, bei dem die Verdampfereinrichtung Dampf auf einem gleitenden Druckniveau, welches abhängt von einem Teillastgrad, bereitstellt, und mit einem zweiten Betriebsmodus, bei dem die Verdampfereinrichtung Dampf auf einem mindestens näherungsweise festen Druckniveau bereitstellt, wobei zwischen dem ersten Betriebsmodus und dem zweiten Betriebsmodus in Abhängigkeit des Teillastgrads umgeschaltet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solarthermisches Kraftwerk der eingangs genannten Art bereitzustellen, welches einen effektiven Betrieb der Niederdruckdampfturbine erlaubt.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten solarthermischen Kraftwerk erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Solareinrichtung an einen ersten Zuführungspfad und einen zweiten Zuführungspfad gekoppelt ist, dass die Speichereinrichtung an einen ersten Zuführungspfad und einen zweiten Zuführungspfad gekoppelt ist und dass der erste Zuführungspfad und der zweite Zuführungspfad fluidwirksam getrennt sind, so dass Dampf auf dem ersten Zuführungspfad und dem zweiten Zuführungspfad auf unterschiedlichen Druckniveaus bereitstellbar ist.
Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es ermöglicht, Dampfströme aus der Speichereinrichtung und der Solareinrichtung auf unterschiedlichen Druckniveaus einem Kraftwerksteil des solarthermischen Kraftwerks, welcher die Dampfturbineneinrichtung und den Zwischenüberhitzer umfasst, zuzuführen. Dies wiederum ermöglicht es, den Dampf mit höherem Druckniveau für den Zwischenüberhitzer zu verwenden. Dies wiederum ermöglicht es, eine höhere Zwischenüberhitzungstemperatur und damit höhere Eintrittstemperatur für die Niederdruckdampfturbine zu erreichen.
Es lassen sich dadurch Schwankungen in der Eingangstemperatur für die Niederdruckdampfturbine nach der Zwischenüberhitzung geringer halten.
Durch die erfindungsgemäße Lösung lassen sich die Komponenten Solareinrichtung und Speichereinrichtung zur Dampfbereitstellungseinrichtung getrennt für die Beschickung der Hochdruckdampfturbine und für die Beschickung des Zwischenüberhitzers nutzen. Es ist dadurch eine Druckkopplung vermieden. Dadurch verbessert sich die Steuerbarkeit der Eintrittstemperatur der Niederdruckdampfturbine.
Grundsätzlich ist es so, dass, wenn Frischdampf von der gleichen Quelle für die Hochdruckdampfturbine und als Wärmeübertragungsmedium für den Zwischenüberhitzer verwendet wird, die entsprechenden Druckniveaus miteinander gekoppelt sind und insbesondere mindestens näherungsweise gleich sind. In einem Teillastbetrieb führt dies zu einem Absinken der Eintrittstemperatur von Dampf an der Niederdruckdampfturbine, da der Massenstrom an Dampf, mit welchem der Zwischenüberhitzer als Wärmeübertragungsmedium beschickt wird, unmittelbar von seinem Druck abhängt und aufgrund seiner Charakteristik stärker abfällt, als es für eine konstante Eintrittstemperatur des Dampfes an der Niederdruckdampfturbine notwendig wäre. (Grundsätzlich würde ein Betrieb bei Festdruck die Absenkung der Temperatur vermindern; dies ist aber in der Regel wegen eines vorgegebenen Entladedrucks einer thermischen Speichereinrichtung nicht möglich und wegen Drosselverlusten auch nicht erwünscht.)
Durch die erfindungsgemäße Lösung ist die Kopplung des Drucks des Dampfes, mit welchem die Hochdruckdampfturbine beschickt wird, und der Druck des Dampfes, mit welchem der Zwischenüberhitzer beschickt wird, nicht mehr gegeben.
Es lässt sich dadurch eine höhere Konstanz der Eintrittstemperatur der Niederdruckdampfturbine erreichen.
Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, welche eine Steuereinrichtung und eine Ventileinrichtung umfasst, die durch die Steuereinrichtung angesteuert ist, wobei durch die Schalteinrichtung die Bereitstellung von Dampf zu dem Zwischenüberhitzer und der Hochdruckdampfturbine schaltbar ist.
Durch die Schalteinrichtung lässt sich insbesondere in Abhängigkeit von einem Lastgrad schalten, welche Quelle der Dampfbereitstellungseinrichtung die Hochdruckdampfturbine bzw. den Zwischenüberhitzer beschickt. Dadurch lässt es sich insbesondere zu jedem Zeitpunkt erreichen, dass der Dampfstrom, mit welchem der Zwischenüberhitzer beschickt wird, auf höherem Druck liegt als der Dampfstrom, mit welchem die Niederdruckdampfturbine betrieben wird. Durch die Schalteinrichtung lässt sich das solarthermische Kraftwerk angepasst an einen Lastzustand betreiben und insbesondere automatisch betreiben.
Bei einer Ausführungsform umfasst die Ventileinrichtung ein erstes Ventil, welches fluidwirksam an den ersten Zuführungspfad gekoppelt ist und fluidwirksam an die Solareinrichtung gekoppelt ist. Es lässt sich dadurch einstellen, ob die Solareinrichtung der Hochdruckdampfturbine Dampf bereitstellt oder nicht. Das erste Ventil ist insbesondere ein Sperrventil.
Ferner ist es günstig, wenn die Ventileinrichtung ein zweites Ventil umfasst, welches fluidwirksam an den zweiten Zuführungspfad und fluidwirksam an die Solareinrichtung gekoppelt ist. Das zweite Ventil ist insbesondere ein Sperrventil. Es lässt sich dadurch einstellen, ob Dampf von der Solareinrichtung dem Zwischenüberhitzer bereitgestellt wird oder nicht.
Es ist ebenfalls günstig, wenn die Ventileinrichtung ein drittes Ventil umfasst, welches fluidwirksam an den ersten Zuführungspfad und fluidwirksam an die Speichereinrichtung gekoppelt ist. Es lässt sich dadurch einstellen, ob der Hochdruckdampfturbine Dampf aus der Speichereinrichtung bereitgestellt wird oder nicht.
Ebenfalls ist es günstig, wenn die Ventileinrichtung ein viertes Ventil umfasst, welches fluidwirksam an die Speichereinrichtung und fluidwirksam an den zweiten Zuführungspfad gekoppelt ist. Es lässt sich dadurch einstellen, ob die Speichereinrichtung dem Zwischenüberhitzer Dampf bereitstellt oder nicht.
Insbesondere umfasst die Schalteinrichtung einen ersten Schaltzustand, bei welchem dem Zwischenüberhitzer primär Dampf von der Speichereinrichtung bereitgestellt ist und der Hochdruckdampfturbine primär Dampf von der Solareinrichtung bereitgestellt ist, und umfasst einen zweiten Schaltzustand, bei welchem dem Zwischenüberhitzer primär Dampf von der Solareinrichtung bereitgestellt ist und der mindestens einen Hochdruckdampfturbine primär Dampf von der Speichereinrichtung bereitgestellt ist. Üblicherweise ist in einem Speicherentladebetrieb einer thermischen Speichereinrichtung der Druck (insbesondere bei der Verwendung von Phasenwechselmedium-Speichern) deutlich niedriger als der Druck, den die Solareinrichtung bereitstellen kann. Es kann dann in der Solareinrichtung Dampf mit höherem Druck erzeugt werden, der sinnvollerweise für die Zwischenüberhitzung genutzt wird. Die Hochdruckdampfturbine wird durch Dampf der Speichereinrichtung gespeist. Der erste Schaltzustand kann sinnvoll sein, wenn es aus energetischen Gründen vorteilhaft ist, bei niedriger solarer Einstrahlung das an der Hochdruckdampfturbine benötigte Druckniveau abzusenken. Dieses kann dann auch unterhalb eines Entladedrucks der Speichereinrichtung liegen. In diesem Fall wird dann Dampf aus der Speichereinrichtung für den Zwischenüberhitzer verwendet. Der Hochdruckdampfturbine wird Dampf aus der Solareinrichtung zugeführt. In beiden Fällen erhält man durch die Trennung in dem ersten Zuführungspfad und dem zweiten Zuführungspfad und die Möglichkeit, Dampf auf unterschiedlichen Druckniveaus zuzuführen, eine höhere Zwischenüberhitzungstemperatur und damit einen effektiveren Betrieb der Niederdruckdampfturbine. Primär bedeutet dabei, dass der Dampf vollständig oder zum größten Teil von der entsprechenden Quelle bereitgestellt wird. (Wenn eine Eindüsung wie unten beschrieben vorgesehen ist, liegt keine vollständige Trennung der Quellen mehr vor.)
Insbesondere stellt die Steuereinrichtung einen Schaltzustand der Schalteinrichtung so ein, dass dem Zwischenüberhitzer primär Dampf von der Solareinrichtung oder der Speichereinrichtung bereitgestellt ist, je nach dem, welcher Dampf den höheren Druck aufweist. Dadurch lässt sich eine hohe Zwischenüberhitzungstemperatur erreichen; Schwankungen einer Eintrittstemperatur des Dampfes einer Niederdruckdampfturbine lassen sich minimieren.
Bei einer Ausführungsform ist eine Eindüsungseinrichtung vorgesehen, durch welche Dampf von einem Zuführungspfad aus dem ersten Zuführungspfad und dem zweiten Zuführungspfad in den anderen Zuführungspfad aus dem ersten Zuführungspfad und dem zweiten Zuführungspfad eindüsbar ist. Insbesondere ist die Eindüsungseinrichtung so ausgebildet, dass Dampf auf demjenigem Zuführungspfad, auf welchem Dampf auf dem höheren Druckniveau geführt ist, in den anderen Zuführungspfad eindüsbar ist. Dadurch lässt sich der Dampfstrom auf dem niedrigeren Druckniveau durch eingedüsten Dampf auf dem höheren Druckniveau stützen.
Günstig ist es, wenn die Speichereinrichtung mindestens einen Phasenwechselmediumspeicher umfasst. Es lässt sich dadurch Dampf auf einem Entladedruckniveau bereitstellen, welches mindestens näherungsweise konstant ist.
Insbesondere weist der Zwischenüberhitzer einen ersten Eingang für Wärmeträger-Dampf auf, welcher fluidwirksam mit einem Ausgang der Hochdruckdampfturbine verbunden ist, und weist einen ersten Ausgang für Wärmeträger-Dampf auf, welcher fluidwirksam mit einem Eingang der Niederdruckdampfturbine verbunden ist. Der Zwischenüberhitzer ist ein Wärmeübertrager, welcher als Wärmeübertragungsmedium (Heizmedium) mit Dampf von der Dampfbereitstellungseinrichtung betrieben wird. Durch den Zwischenüberhitzer lässt sich teilentspannter Dampf, welcher von der Hochdruckdampfturbine bereitgestellt ist, erhitzen und effektiv durch die Niederdruckdampfturbine nutzen.
Es ist dann günstig, wenn der Zwischenüberhitzer einen zweiten Eingang für Wärmeübertragungsmedium-Dampf aufweist, welcher fluidwirksam mit dem zweiten Zuführungspfad verbunden ist. Es lässt sich dadurch Frischdampf als "Heizmedium" für den Zwischenüberhitzer verwenden.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, durch welches sich ein solarthermisches Kraftwerk insbesondere mit Direktverdampfung effektiv betreiben lässt.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass Dampf als Wärmeübertragungsmedium dem Zwischenüberhitzer von der Solareinrichtung als erste Quelle oder der Speichereinrichtung als zweite Quelle bereitgestellt wird, wobei der Dampf von derjenigen Quelle gewählt wird, welche den höheren Druck aufweist.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren ferner erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass Dampf der Solareinrichtung und der Speichereinrichtung der Hochdruckdampfturbine und dem Zwischenüberhitzer getrennt auf unterschiedlichen Druckniveaus bereitgestellt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerk erläuterten Vorteile auf.
Insbesondere lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren auf einem erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerk durchführen.
Günstig ist es, wenn eine Schalteinrichtung insbesondere durch Ventilansteuerung einstellt, ob primär dem Zwischenüberhitzer Dampf aus der Solareinrichtung oder der Speichereinrichtung bereitgestellt wird. Primär bedeutet dabei, dass der Hauptteil aus der entsprechenden Quelle stammt. "Primär" schließt dabei eine ausschließliche Quelle ein oder einen Hauptteil des Dampfstroms aus der entsprechenden Quelle; es kann zusätzlich auch noch eine Eindüsung vorgesehen sein, so dass nicht unbedingt der komplette Dampf aus nur einer Quelle stammt. Es lässt sich dadurch erreichen, dass eine hohe Zwischenüberhitzungstemperatur realisiert wird und Temperaturschwankungen der Eintrittstemperatur des Dampfes an der Niederdruckdampfturbine minimiert werden.
Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn die Schalteinrichtung insbesondere durch Ventilansteuerung einstellt, ob primär der Hochdruckdampfturbine Dampf aus der Solareinrichtung oder der Speichereinrichtung bereitgestellt wird.
Ein Ziel der Einstellung der Schalteinrichtung ist es, eine Zwischenüberhitzungstemperatur an dem Zwischenüberhitzer möglichst konstant zu halten. Dadurch wird die Eintrittstemperatur für Dampf an die Niederdruckdampfturbine möglichst konstant gehalten.
Aus dem gleichen Grund ist es günstig, wenn es ein Ziel der Einstellung der Schalteinrichtung ist, eine Eintrittstemperatur für Dampf bei der Niederdruckdampfturbine möglichst konstant zu halten.
Insbesondere erfolgt bei einem Teillastbetrieb der Solareinrichtung eine Bereitstellung von Dampf jeweils durch die Solareinrichtung und die Speichereinrichtung. Es liegt ein gekoppelter Betrieb vor, bei dem die Quellen Solareinrichtung und Speichereinrichtung der Dampfbereitstellungseinrichtung Dampf bereitstellen. Dadurch wiederum lässt sich durch entsprechende Schaltung der Schalteinrichtung die Niederdruckdampfturbine effektiv betreiben.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird ein Dampfstrom des Dampfs auf höherem Druckniveau in einen Dampfstrom des Dampfs mit niedrigerem Druckniveau eingedüst. Dadurch lässt sich der Dampfstrom mit niedrigerem Druckniveau stützen und es ergeben sich weitere Steuerungsmöglichkeiten.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich bei einem erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerk verwenden. Ferner lässt sich ein erfindungsgemäßes solarthermisches Kraftwerk zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwenden.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung (Blockschaltbilddarstellung) eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerks;
2(a) schematisch einen ersten Schaltzustand des solarthermischen Kraftwerks gemäß 1;
2(b) schematisch einen zweiten Schaltzustand des solarthermischen Kraftwerks gemäß 1;
3 als Vergleichsfall eine Teildarstellung des solarthermischen Kraftwerks gemäß 1 ohne Schalteinrichtung;
4 schematisch die Abhängigkeit eines Eintrittsdrucks p_Z an einem Zwischenüberhitzer des solarthermischen Kraftwerks gemäß 1 in Abhängigkeit von einem Eintrittsdruck p_HD einer Hochdruckdampfturbine bei der erfindungsgemäßen Lösung (durchgezogene Linie) im Vergleich zu der Ausführungsform gemäß 3 (durchbrochene Linie);
5 schematisch den Verlauf einer Eintrittstemperatur T_ND bei einer Niederdruckdampfturbine des solarthermischen Kraftwerks gemäß 1 in Abhängigkeit von dem Eintrittsdruck an der Hochdruckdampfturbine bei der erfindungsgemäßen Lösung (durchgezogene Linie) im Vergleich zu der Ausführungsform gemäß 3 (durchbrochene Linie);
6 schematisch den Wirkungsgrad η in Abhängigkeit von der Last einer Solareinrichtung (100 % Last bedeuten Volllast) bei der erfindungsgemäßen Lösung (durchgezogene Linie) im Vergleich zu der Ausführungsform gemäß 3 (durchbrochene Linie); und
7 eine schematische Darstellung (Blockschaltbilddarstellung) eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerks.
Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen solarthermischen Kraftwerks, welches in 1 schematisch gezeigt und dort mit 10 bezeichnet ist, umfasst eine als Ganzes mit 12 bezeichnete Solareinrichtung. In der Solareinrichtung 12 wird mittels konzentrierter Solarstrahlung aus einem flüssigen Wärmeträgermedium Wärmeträgermedium-Dampf erzeugt. Das Wärmeträgermedium ist insbesondere Wasser. Es erfolgt eine solare direkte Verdampfung, d. h. an der Solareinrichtung 12 wird durch konzentrierte Solarstrahlung flüssiges Wärmeträgermedium verdampft und der Dampf wird direkt einer Turbineneinrichtung bereitgestellt.
Die Solareinrichtung 12 weist einen Eingang 14 auf, welchem flüssiges Wärmeträgermedium bereitgestellt wird, und weist einen Ausgang 16 auf, an welchem Wärmeträgermedium in Dampfform bereitgestellt ist. Zwischen dem Eingang 14 und Ausgang 16 ist ein Solarfeld 18 angeordnet, welches eine Mehrzahl von Solarelementen wie Rinnenkollektoren aufweist, die von Wärmeträgermedium durchströmt werden, wobei bei der Durchströmung eine Beaufschlagung mittels konzentrierter Solarstrahlung erfolgt.
Zwischen dem Eingang 14 und dem Ausgang 16 liegt insbesondere eine Mehrzahl von parallel geführten Erhitzungssträngen. Ein Erhitzungsstrang wiederum weist insbesondere eine Mehrzahl von bezüglich der Durchströmung mit Wärmeträgermedium hintereinander angeordneten Solarelementen auf.
Die Solareinrichtung 12 umfasst einen Verdampferbereich 20, an welchem flüssiges Wärmeträgermedium verdampft wird. Auf den Verdampferbereich 20 folgt in Richtung des Ausgangs 16 ein Überhitzerbereich 22, an welchem verdampftes Wärmeträgermedium überhitzt wird. An dem Ausgang 16 ist dann überhitzter Wärmeträgermedium-Dampf entnehmbar.
Die Solareinrichtung 12 ist Teil einer Dampfbereitstellungseinrichtung 24. Die Dampfbereitstellungseinrichtung 24 umfasst zusätzlich zur Solareinrichtung 12 eine Speichereinrichtung 26. Die Speichereinrichtung 26 weist einen Eingang 28 und einen Ausgang 30 auf. Die Speichereinrichtung 26 stellt an dem Ausgang 30 ebenfalls Dampf bereit.
Die Speichereinrichtung 26 speichert die Energie des Dampfes. Vorzugsweise umfasst die Speichereinrichtung 26 einen oder mehrere Phasenwechselmediumspeicher. Bei einem Phasenwechselmediumspeicher wird in erster Linie latente Wärme über den Phasenwechsel eines entsprechenden Phasenwechselmediums gespeichert. Die gespeicherte latente Wärme lässt sich dann zur Dampferzeugung verwenden und dementsprechend kann dann die Speichereinrichtung 26 Dampf bereitstellen. Dieser Dampf wird insbesondere auf einem mindestens näherungsweise festen Druckniveau bereitgestellt.
Das solarthermische Kraftwerk umfasst weiterhin (mindestens) eine Dampf-Turbineneinrichtung 32, welche fluidwirksam an die Dampfbereitstellungseinrichtung 24 gekoppelt ist. Die Dampfbereitstellungseinrichtung 24 stellt der Turbineneinrichtung 32 den zu deren Betrieb notwendigen Dampf (direkt) bereit. Dies wird untenstehend noch weiter erläutert. Die Turbineneinrichtung 32 stellt einem stromerzeugenden Generator (in 1 nicht gezeigt) mechanische Energie zur Wandlung in elektrische Energie bereit.
Die Turbineneinrichtung 32 umfasst (mindestens) eine Hochdruckdampfturbine 34. Die Hochdruckdampfturbine 34 weist einen Eingang 36 für Dampf auf, welcher auf unten näher beschriebene Weise an die Dampfbereitstellungseinrichtung 24 gekoppelt ist. Sie weist einen ersten Ausgang 38 und einen zweiten Ausgang 40 auf. An dem ersten Ausgang 38 wird kondensiertes Wärmeträgermedium ausgekoppelt und über eine Leitung 42 einem Hochdruckvorwärmer 44 zugeführt. An dem zweiten Ausgang 40 wird teilentspannter Dampf ausgekoppelt, wobei das Wärmeträgermedium immer noch in Dampfform vorliegt und nutzbar ist.
Die Turbineneinrichtung 32 weist ferner (mindestens) eine Niederdruckdampfturbine 46 auf. Die Niederdruckdampfturbine 46 ist der Hochdruckdampfturbine 34 nachgeschaltet. Sie weist einen Eingang 48 für Dampf auf, welcher von der Hochdruckdampfturbine 34 über den zweiten Ausgang 40 bereitgestellt ist.
Zwischen dem zweiten Ausgang 40 der Hochdruckdampfturbine 34 und dem Eingang 48 der Niederdruckdampfturbine 46 ist ein Zwischenüberhitzer 52 angeordnet. Dieser dient zu einer Zwischenheizung des von der Hochdruckdampfturbine 34 bereitgestellten Dampfs. Der Zwischenüberhitzer 52 ist ein Wärmeübertrager, an welchem Frischdampf, welcher von der Dampfbereitstellungseinrichtung 24 geliefert wird, Wärme auf teilentspannten Wärmeträgermedium-Dampf, welcher von der Hochdruckdampfturbine 34 kommt, zu dessen Zwischenüberhitzung vor Einkopplung in die Niederdruckdampfturbine 46 übertragen wird.
Der Zwischenüberhitzer 52 hat einen ersten Eingang 54, welcher fluidwirksam mit dem zweiten Ausgang 40 der Hochdruckdampfturbine 34 verbunden ist. Über den ersten Eingang 54 wird an dem Zwischenüberhitzer 52 Dampf zu dessen Zwischenüberhitzung eingekoppelt. Weiterhin weist der Zwischenüberhitzer 52 einen ersten Ausgang 56 auf, welcher fluidwirksam mit dem Eingang 48 der Niederdruckdampfturbine 46 verbunden ist. Über den ersten Ausgang 56 wird der Niederdruckdampfturbine 46 nutzbarer Dampf bereitgestellt. Zwischen dem ersten Eingang 54 und dem ersten Ausgang 56 durchläuft Wärmeträgermedium-Dampf an dem Zwischenüberhitzer 52 eine Erhitzungsstrecke 58.
Der Zwischenüberhitzer 52 ist mit Dampf von der Dampfbereitstellungseinrichtung 24 als Wärmeübertragungsmedium zur Wärmeübertragung (Zwischenüberhitzung) auf den Wärmeträger-Dampf beheizt. Dies wird untenstehend noch näher beschrieben. Dazu weist der Zwischenüberhitzer 52 einen zweiten Eingang 60 auf, welchem Dampf als Wärmeübertragungsmedium zur Heizung des Wärmeträgermedium-Dampfs bereitgestellt wird. Der zweite Eingang 60 ist fluidwirksam mit der Dampfbereitstellungseinrichtung 24 verbunden.
Der Zwischenüberhitzer 52 weist ferner einen zweiten Ausgang 62 auf, welcher über eine Leitung 64 in den Hochdruckvorwärmer 44 führt.
Dampf, welcher als Wärmeübertragungsmedium genutzt wird, durchläuft den Zwischenüberhitzer 52 zwischen dem zweiten Eingang 60 und dem zweiten Ausgang 62 und erhitzt dabei Wärmeträgermedium-Dampf zur Nutzung durch die Niederdruckdampfturbine 46.
Die Niederdruckdampfturbine 46 weist einen ersten Ausgang 66 und einen zweiten Ausgang 68 auf. Von dem ersten Ausgang 66 führt eine Leitung 70 zu einem Niederdruckvorwärmer 72. Über den ersten Ausgang 66 wird teilentspannter Dampf zur Vorwärmung von Speisewasser abgeführt.
Der zweite Ausgang 68 steht in fluidwirksamer Verbindung mit einem Kondensator 74. An dem Kondensator 74 wird eventuell in dem Wärmeträgermedium, welches durch den zweiten Ausgang 68 bereitgestellt ist, noch enthaltener Dampf kondensiert. Von dem Kondensator 74 führt eine Leitung 76 zu dem Niederdruckvorwärmer 72. Flüssiges Wärmeträgermedium, welches an einem Ausgang 78 des Kondensators 74 bereitgestellt wird, wird in dem Niederdruckvorwärmer 72 vorgewärmt, wobei die Vorwärmung insbesondere über Wärmeträgermedium erfolgt, welches von dem ersten Ausgang 66 der Niederdruckdampfturbine 46 bereitgestellt wurde.
In der Leitung 76 ist eine Pumpe 80 angeordnet.
Bezogen auf eine Strömungsrichtung von Wärmeträgermedium ist der Niederdruckvorwärmer 72 dem Kondensator 74 nachgeschaltet.
Der Hochdruckvorwärmer 44 ist dem Niederdruckvorwärmer 72 bezogen auf diese Strömungsrichtung nachgeschaltet. Wärmeträgermedium-Dampf, welcher den Niederdruckvorwärmer 72 durchlaufen hat, durchströmt den Hochdruckvorwärmer 44. Dort erfolgt eine weitere Erhitzung über (abgekühltes) Wärmeübertragungsmedium, welches von dem Zwischenüberhitzer 52 an dem zweiten Ausgang 62 bereitgestellt wird, und über Wärmeträgermedium, welches von der Hochdruckdampfturbine 34 an dem ersten Ausgang 38 bereitgestellt wird.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Niederdruckvorwärmer 72 und dem Hochdruckvorwärmer 44 eine Pumpe 82 angeordnet.
Ein Ausgang 84 des Hochdruckvorwärmers 44 steht in fluidwirksamer Verbindung mit den Eingängen 14 und 28 der Dampfbereitstellungseinrichtung 24 und damit auch mit den entsprechenden Einrichtungen der Dampfbereitstellungseinrichtung 24.
Die Hochdruckdampfturbine 34 ist mit der Dampfbereitstellungseinrichtung 24 fluidwirksam über einen ersten Zuführungspfad 86 verbunden. Der Zwischenüberhitzer 52 ist über den zweiten Eingang 60 mit der Dampfbereitstellungseinrichtung 24 über einen zweiten Zuführungspfad 88 verbunden. Der erste Zuführungspfad 86 und der zweite Zuführungspfad 88 sind fluidwirksam derart getrennt, dass auf ihnen Dampf auf unterschiedlichen Druckniveaus in die Hochdruckdampfturbine 34 und den Zwischenüberhitzer 52 einkoppelbar sind.
Zwischen der Dampfbereitstellungseinrichtung 24 und dem ersten Zuführungspfad 86 und dem zweiten Zuführungspfad 88 ist eine Schalteinrichtung angeordnet, welche als Ganzes mit 90 bezeichnet ist. Die Schalteinrichtung 90 umfasst wiederum eine als Ganzes mit 92 bezeichnete Ventileinrichtung.
Die Ventileinrichtung 92 umfasst bei einer Ausführungsform ein erstes Ventil 94. Das erste Ventil 94 ist eingangsseitig fluidwirksam mit dem Ausgang 16 der Solareinrichtung 12 verbunden. Ausgangsseitig ist das erste Ventil 94 fluidwirksam an den ersten Zuführungspfad 86 gekoppelt.
Die Ventileinrichtung 92 umfasst ferner ein zweites Ventil 96. Das zweite Ventil 96 ist eingangsseitig an den Ausgang 16 der Solareinrichtung 12 gekoppelt und ausgangsseitig an den zweiten Zuführungspfad 88 gekoppelt.
Weiterhin umfasst die Ventileinrichtung 92 ein drittes Ventil 98. Das dritte Ventil 98 ist eingangsseitig an den Ausgang 30 der Speichereinrichtung 26 fluidwirksam gekoppelt und ausgangsseitig fluidwirksam mit dem ersten Zuführungspfad 86 verbunden.
Die Ventileinrichtung 92 umfasst ferner ein viertes Ventil 100. Das vierte Ventil 100 ist eingangsseitig fluidwirksam an den Ausgang 30 der Speichereinrichtung 26 gekoppelt. Ausgangsseitig ist es fluidwirksam mit dem zweiten Zuführungspfad 88 verbunden.
Die Ventile 94, 96, 98, 100 sind vorzugsweise als Sperrventile ausgebildet. Es lassen sich dadurch, wie unten noch näher beschrieben wird, eindeutige Schaltzustände erreichen.
Grundsätzlich ist aber auch eine Ausbildung als Stellventil möglich.
Die Schalteinrichtung 90 umfasst ferner eine Steuereinrichtung 102. Die Steuereinrichtung 102 ist signalwirksam mit der Ventileinrichtung 92 verbunden. Durch die Steuereinrichtung 102 sind das erste Ventil 94, das zweite Ventil 96, das dritte Ventil 98 und das vierte Ventil 100 angesteuert. Über die Schalteinrichtung 90 lässt sich einstellen, ob die Hochdruckdampfturbine 34 mit Dampf von der Solareinrichtung 12 oder der Speichereinrichtung 26 (insbesondere entweder von der Solareinrichtung 12 oder der Speichereinrichtung 26) versorgt wird und entsprechend lässt sich einstellen, ob der Zwischenüberhitzer 52 mit Dampf von der Speichereinrichtung 26 oder der Solareinrichtung 12 (insbesondere entweder von der Speichereinrichtung 26 oder der Solareinrichtung 12) versorgt wird.
Bei einer Ausführungsform (2(a) und 2(b)) weist die Schalteinrichtung 90 als ausgewiesene Schaltzustände einen ersten Schaltzustand 104 auf (2(a)), bei dem die Ventileinrichtung 92 so eingestellt ist, dass Dampf der Solareinrichtung 12 der Hochdruckdampfturbine 34 bereitgestellt ist und Dampf aus der Speichereinrichtung 26 dem Zwischenüberhitzer 52 (als Wärmeübertragungsmedium-Dampf) bereitgestellt ist.
Der erste Schaltzustand 104 ist dadurch erreicht, dass das erste Ventil 94 offen ist und das zweite Ventil 96 geschlossen ist. Ferner ist das dritte Ventil 98 geschlossen und das vierte Ventil 100 ist offen.
Bei einem zweiten Schaltzustand 106 (2(b)) wird dem Zwischenüberhitzer 52 Dampf von der Solareinrichtung 12 (als Wärmeübertragungsmedium-Dampf) bereitgestellt. Die Niederdruckdampfturbine 34 erhält Wärmeträgermedium-Dampf von der Speichereinrichtung 26. Für den zweiten Schaltzustand 106 steuert die Steuereinrichtung 102 die Ventileinrichtung 92 dabei so an, dass das erste Ventil 94 geschlossen ist und das zweite Ventil 96 offen ist. Ferner ist das dritte Ventil 98 offen und das vierte Ventil 100 ist geschlossen.
Über die Schalteinrichtung 90 ist die Solareinrichtung 12 sowohl an den ersten Zuführungspfad 86 als auch den zweiten Zuführungspfad 88 gekoppelt. Ferner ist über die Schalteinrichtung 90 die Speichereinrichtung 26 sowohl an den ersten Zuführungspfad 86 als auch den zweiten Zuführungspfad 88 gekoppelt. Der erste Zuführungspfad 86 und der zweite Zuführungspfad 88 sind fluidwirksam getrennt, so dass auf ihnen Dampf auf unterschiedlichem Druckniveau führbar ist. Über die Schalteinrichtung 90 lässt sich durch entsprechende Ansteuerung der Ventileinrichtung 92 über die Steuereinrichtung 102 einstellen, von welcher Quelle der Dampfbereitstellungseinrichtung 24, d. h. von der Quelle Solareinrichtung 12 oder der Quelle Speichereinrichtung 26, die Hochdruckdampfturbine 34 bedient wird und der Zwischenüberhitzer 52 mit Wärmeübertragungsmedium versorgt wird.
Das solarthermische Kraftwerk 10 funktioniert wie folgt:
Bei dem solarthermischen Kraftwerk 10 erfolgt eine solare Direktverdampfung. Der erzeugte Dampf wird zum Betrieb der Turbineneinrichtung 32 genutzt. Weiterhin wird der Dampf (Frischdampf) zum Betrieb des Zwischenüberhitzers 52 genutzt.
Grundsätzlich ist es so, dass ein Druckniveau p_Z des dem Zwischenüberhitzer 52 an dem zweiten Eingang 60 bereitgestellten Frischdampfes mit dessen Massenstrom korreliert ist. Bei einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß 3 erfolgt die Beschickung des Zwischenüberhitzers der Hochdruckdampfturbine aus der gleichen Quelle, mit der auch die Hochdruckdampfturbine beschickt wird. Dies bedeutet zwangsläufig, dass ein Eintrittsdruck p_HD der Hochdruckdampfturbine und ein Eintrittsdruck des Zwischenüberhitzers p_Z gekoppelt sind und insbesondere mindestens näherungsweise gleich sind.
Dies ist in 4 durch die untere durchbrochene Linie angedeutet.
Diese Druckkopplung führt dazu, dass in einem Teillastbetrieb eine Eintrittstemperatur T_ND an der Niederdruckdampfturbine absinkt; der Massenstrom an Wärmeübertragungsmedium, welches durch den Zwischenüberhitzer strömt, hängt unmittelbar von dem Druck p_Z ab. Er fällt stärker ab, als es für eine konstante Eintrittstemperatur T_ND für die Niederdruckdampfturbine notwendig wäre.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird die Kopplung der Drücke p_HD und p_Z vermieden, da getrennte Zuführungspfade 86 und 88 vorgesehen sind. Dadurch lassen sich die Quellen Solareinrichtung 12 und Speichereinrichtung 26 der Dampfbereitstellungseinrichtung 24 getrennt für die Beschickung der Hochdruckdampfturbine 34 und für den Betrieb des Zwischenüberhitzers 52 nutzen. Es lässt sich die Druckkopplung umgehen. Dadurch wird die Steuerbarkeit der Temperatur T_ND erhöht.
Insbesondere ist es so, dass, wenn die Speichereinrichtung 26 Phasenwechselspeicher aufweist, ein Entladedruck deutlich niedriger ist als der Druck des Dampfes des Wärmeträgermediums, welches die Solareinrichtung 12 liefern kann. Es kann dann in der Solareinrichtung 12 Dampf auf einem höheren Druckniveau erzeugt werden. Dieser Dampf wird dann in dem zweiten Schaltzustand 106 primär für den Betrieb des Zwischenüberhitzers 52 verwendet. Dampf, welcher von der Speichereinrichtung 26 bereitgestellt wird, wird zum Betrieb der Hochdruckdampfturbine 34 verwendet.
Es kann aus energetischen Gründen sinnvoll sein, den Druck an der Solareinrichtung 12 bei niedriger Solareinstrahlung auf das an der Hochdruckdampfturbine 34 benötigte Druckniveau abzusenken. Dieses Druckniveau kann unterhalb des Entladedrucks der Speichereinrichtung 26 liegen. In diesem Fall wird auf den ersten Schaltzustand 104 umgeschaltet; Dampf aus der Speichereinrichtung 26, welcher dann auf einem höheren Druckniveau liegt, wird zum Betrieb des Zwischenüberhitzers 52 verwendet.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich, Dampf auf unterschiedlichen Druckniveaus bereitzustellen. Insbesondere kann der Dampf auf höherem Druckniveau zum Betrieb des Zwischenüberhitzers 52 verwendet werden. Dadurch wiederum lassen sich Temperaturschwankungen der Eintrittstemperatur T_ND gesteuert minimieren.
Dies ist in den 4 und 5 angedeutet. Bei der erfindungsgemäßen Lösung mit der durchgezogenen Linie ergibt sich auch im Teillastbetrieb eine geringe Abhängigkeit des Drucks p_Z (4).
Dadurch lässt sich die Eingangstemperatur von Dampf T_ND in der Niederdruckdampfturbine 46 konstanter halten (5).
Bei der erfindungsgemäßen Lösung erfolgt eine separate Zuführung der Dampfströme (Frischdampfströme) aus der Solareinrichtung 12 und der Speichereinrichtung 26 über die Zuführungspfade 86 und 88. Durch die Schalteinrichtung 90 ist eine gezielte Verwendung des Dampfes aus der entsprechenden Quelle Solareinrichtung 12 oder Speichereinrichtung 26 mit höherem Druck für den Zwischenüberhitzer 52 in Abhängigkeit des solaren Strahlungsgrads möglich. Dies wiederum erlaubt eine höhere Zwischenüberhitzungstemperatur für den Wärmeträgerdampf, welcher an dem zweiten Ausgang 62 der Niederdruckdampfturbine 46 bereitgestellt wird.
Falls der Druck des Dampfes auf dem höheren Druckniveau lastunabhängig ist, kann die Temperatur T_ND annähernd konstant gehalten werden. Dies ist beispielsweise bei einem gekoppelten Entladebetrieb der Speichereinrichtung 26 und Solareinrichtungsbetrieb (Solareinrichtung 12 in Teillast) der Fall.
Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es auch möglich, wie in 6 angedeutet, einen verbesserten Wirkungsgrad in einem Teillastbetriebbereich (zwischen ca. 50 % und 90 %) im Vergleich zu der Ausführungsform gemäß 3 zu erhalten. Die erfindungsgemäße Lösung ist in der durchgezogenen Linie angedeutet und das Verhalten des Wirkungsgrades im Falle der Ausführungsform gemäß 3 ist durch die durchbrochene Linie angedeutet.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel, welches in 7 schematisch gezeigt und mit 108 bezeichnet ist, ist der grundsätzliche Aufbau gleich wie bei dem solarthermischen Kraftwerk 10. Gleiche Elemente werden deshalb mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In dem zweiten Pfad 86 ist ein Regelventil 110 angeordnet. Durch dieses Regelventil 110 lässt sich das Druckniveau in dem Zuführungspfad 86 einstellen, um beispielsweise bei niedriger solarer Einstrahlung den Druck des durch die Solareinrichtung 12 erzeugten Dampfs auf den an der Hochdruckdampfturbine 34 benötigten Druck abzusenken. In diesem Fall ist dann, wie oben beschrieben, die Schaltungseinrichtung 92 so eingestellt, dass der erste Schaltzustand 104 vorliegt.
Insbesondere ist die Steuereinrichtung 102 signalwirksam mit dem Regelventil 110 verbunden.
Weiterhin ist eine Eindüsungseinrichtung 112 vorgesehen, über welche sich Dampf von einem Zuführungspfad 86 bzw. 88 in den anderen Zuführungspfad 88 bzw. 86 eindüsen lässt.
Die Eindüsungseinrichtung 112 ist insbesondere so angeordnet und ausgebildet, dass sich Dampf von einem höheren Druckniveau in einen Dampfstrom mit niedrigerem Druckniveau einströmen lässt.
Die Eindüsungseinrichtung 112 umfasst ein Ventil 114. Dieses Ventil 114 ist fluidwirksam sowohl mit dem ersten Zuführungspfad 86 als auch mit dem zweiten Zuführungspfad 88 verbunden.
Vorzugsweise ist das Ventil 114 eingangsseitig mit dem zweiten Zuführungspfad 88 und ausgangsseitig mit dem ersten Zuführungspfad 86 verbunden.
Das Ventil 114 ist signalwirksam mit der Steuereinrichtung 102 verbunden.
Das Ventil 114 ist insbesondere ein Stellventil. Die Eindüsungsmenge lässt sich einstellen.
Im Betrieb des solarthermischen Kraftwerks 10 bzw. 108 ist es ein Ziel, dass das Druckniveau des Dampfes in dem zweiten Zuführungspfad 88 auf einem höheren Druckniveau liegt als der Dampf, welcher in dem ersten Zuführungspfad 86 strömt. Durch die Eindüsung von dem zweiten Zuführungspfad 88 in den ersten Zuführungspfad 86 kann der Dampfstrom, welcher der Hochdruckdampfturbine 34 bereitgestellt wird, gestützt werden.
Ansonsten funktioniert das solarthermische Kraftwerk 108 wie oben anhand des solarthermischen Kraftwerks 10 beschrieben.
Erfindungsgemäß ist es insbesondere vorgesehen, dass die Steuereinrichtung 102 die Ventileinrichtung 92 und gegebenenfalls auch die Ventile 110 und 114 so ansteuert, dass das Druckniveau in dem zweiten Zuführungspfad 88 höher ist als das Druckniveau in dem ersten Zuführungspfad 86. Dies erlaubt, wie oben beschrieben, eine höhere Zwischenüberhitzungstemperatur.
Diese automatische Steuerung durch die Steuereinrichtung 102 erfolgt insbesondere in Abhängigkeit einer Teillast, insbesondere wenn erniedrigte solare Einstrahlungsbedingungen im Vergleich zu Volllast vorliegen. Der Wirkungsgrad der Niederdruckdampfturbine 46 wird insgesamt erhöht. Außerdem wird dadurch weitgehend verhindert, dass die Endnässe in den letzten Turbinenstufen der Niederdruckdampfturbine 46 steigt; dadurch wiederum werden Materialprobleme vermieden.
Bezugszeichenliste

10: solarthermisches Kraftwerk
12: Solareinrichtung
14: Eingang
16: Ausgang
18: Solarfeld
20: Verdampferbereich
22: Überhitzerbereich
24: Dampfbereitstellungseinrichtung
26: Speichereinrichtung
28: Eingang
30: Ausgang
32: Turbineneinrichtung
34: Hochdruckdampfturbine
36: Eingang
38: erster Ausgang
40: zweiter Ausgang
42: Leitung
44: Hochdruckvorwärmer
46: Niederdruckdampfturbine
48: Eingang
52: Zwischenüberhitzer
54: erster Eingang
56: erster Ausgang
58: Erhitzungsstrecke
60: zweiter Eingang
62: zweiter Ausgang
64: Leitung
66: erster Ausgang
68: zweiter Ausgang
70: Leitung
72: Niederdruckvorwärmer
74: Kondensator
76: Leitung
78: Ausgang
80: Pumpe
82: Pumpe
84: Ausgang
86: erster Zuführungspfad
88: zweiter Zuführungspfad
90: Schalteinrichtung
92: Ventileinrichtung
94: erstes Ventil
96: zweites Ventil
98: drittes Ventil
100: viertes Ventil
102: Steuereinrichtung
104: erster Schaltzustand
106: zweiter Schaltzustand
108: solarthermisches Kraftwerk
110: Regelventil
112: Eindüsungseinrichtung
114: Ventil
P_HD: Druck, unter dem Wärmeträgermedium der Hochdruckdampfturbine zugeführt wird
P_Z: Druck, unter dem Wärmeträgermedium dem Zwischenüberhitzer zugeführt wird
T_ND: Temperatur, mit der Wärmeträgermedium der Niederdruckdampfturbine zugeführt wird
η: Wirkungsgrad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011054618 [0003]

Claims

Solarthermisches Kraftwerk, umfassend – eine Dampfbereitstellungseinrichtung (24) mit einer Solareinrichtung (12), durch welche mittels Solarstrahlung aus flüssigem Wärmeträgermedium Wärmeträgermedium-Dampf erzeugbar ist, und mit einer Speichereinrichtung (26), welche Dampf bereitstellt; – eine Dampfturbineneinrichtung (32) mit einer Hochdruckdampfturbine (34), welche der Dampfbereitstellungseinrichtung (24) nachgeschaltet ist, und mit einer Niederdruckdampfturbine (46), welche der Hochdruckdampfturbine (34) nachgeschaltet ist; – einen Zwischenüberhitzer (52), welcher zwischen der Hochdruckdampfturbine (34) und der Niederdruckdampfturbine (46) angeordnet ist und welcher an die Dampfbereitstellungseinrichtung (24) gekoppelt ist, wobei die Dampfbereitstellungseinrichtung (24) dem Zwischenüberhitzer (52) Dampf als Wärmeübertragungsmedium bereitstellt; – einen ersten Zuführungspfad (86) für Dampf als Wärmeträgermedium von der Dampfbereitstellungseinrichtung (24) zu der Hochdruckdampfturbine (34); und – einen zweiten Zuführungspfad (88) für Dampf als Wärmeübertragungsmedium von der Dampfbereitstellungseinrichtung (24) zu dem Zwischenüberhitzer (52), dadurch gekennzeichnet, dass die Solareinrichtung (12) an den ersten Zuführungspfad (86) und den zweiten Zuführungspfad (88) gekoppelt ist, dass die Speichereinrichtung (26) an den ersten Zuführungspfad (86) und den zweiten Zuführungspfad (88) gekoppelt ist und dass der erste Zuführungspfad (86) und der zweite Zuführungspfad (88) fluidwirksam getrennt sind, so dass Dampf auf dem ersten Zuführungspfad (86) und dem zweiten Zuführungspfad (88) auf unterschiedlichem Druckniveau bereitstellbar ist.
Solarthermisches Kraftwerk nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Schalteinrichtung (90), welche eine Steuereinrichtung (102) und eine Ventileinrichtung (92) umfasst, die durch die Steuereinrichtung (102) angesteuert ist, wobei durch die Schalteinrichtung (90) die Bereitstellung von Dampf zu dem Zwischenüberhitzer (52) und der Hochdruckdampfturbine (34) schaltbar ist.
Solarthermisches Kraftwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (92) ein erstes Ventil (94) umfasst, welches fluidwirksam an den ersten Zuführungspfad (86) gekoppelt ist und fluidwirksam an die Solareinrichtung (12) gekoppelt ist.
Solarthermisches Kraftwerk nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (92) ein zweites Ventil (96) umfasst, welches fluidwirksam an den zweiten Zuführungspfad (88) und fluidwirksam an die Solareinrichtung (12) gekoppelt ist.
Solarthermisches Kraftwerk nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (92) ein drittes Ventil (98) umfasst, welches fluidwirksam an den ersten Zuführungspfad (86) und fluidwirksam an die Speichereinrichtung (26) gekoppelt ist.
Solarthermisches Kraftwerk nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (92) ein viertes Ventil (100) umfasst, welches fluidwirksam an die Speichereinrichtung (26) und fluidwirksam an den zweiten Zuführungspfad (88) gekoppelt ist.
Solarthermisches Kraftwerk nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (90) einen ersten Schaltzustand (104) umfasst, bei welchem dem Zwischenüberhitzer (52) primär Dampf von der Speichereinrichtung (26) bereitgestellt ist und der Hochdruckdampfturbine (34) primär Dampf von der Solareinrichtung (12) bereitgestellt ist, und einen zweiten Schaltzustand (106) umfasst, bei welchem dem Zwischenüberhitzer (52) primär Dampf von der Solareinrichtung (12) bereitgestellt ist und der Hochdruckdampfturbine (34) Dampf von der Speichereinrichtung (26) bereitgestellt ist.
Solarthermisches Kraftwerk nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (102) einen Schaltzustand der Schalteinrichtung (90) so einstellt, dass dem Zwischenüberhitzer (52) primär Dampf von der Solareinrichtung (12) und der Speichereinrichtung (26) bereitgestellt ist, je nach dem welcher Dampf den höheren Druck aufweist.
Solarthermisches Kraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Eindüsungseinrichtung (112), durch welche Dampf von dem einen Zuführungspfad (88) aus dem ersten Zuführungspfad (86) und dem zweiten Zuführungspfad (88) in den anderen Zuführungspfad (86) aus dem ersten Zuführungspfad (86) und dem zweiten Zuführungspfad (88) eindüsbar ist.
Solarthermisches Kraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinrichtung (26) mindestens einen Phasenwechselmediumspeicher umfasst.
Solarthermisches Kraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenüberhitzer (52) einen ersten Eingang (54) für Wärmeträgermedium-Dampf aufweist, welcher fluidwirksam mit einem Ausgang (40) der Hochdruckdampfturbine (34) verbunden ist, und einen ersten Ausgang (56) für Wärmeträgermedium-Dampf aufweist, welcher fluidwirksam mit einem Eingang (48) der Niederdruckdampfturbine (46) verbunden ist.
Solarthermisches Kraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenüberhitzer (52) einen zweiten Eingang (60) für Wärmeübertragungsmedium-Dampf aufweist, welcher fluidwirksam mit dem zweiten Zuführungspfad (88) verbunden ist.
Verfahren zum Betreiben eines solarthermischen Kraftwerks, bei dem Dampf durch eine Solareinrichtung und eine Speichereinrichtung bereitgestellt wird und mit dem Dampf als Wärmeträgermedium eine Hochdruckdampfturbine und eine der Hochdruckdampfturbine nachgeschaltete Niederdruckdampfturbine betrieben werden, wobei durch einen Zwischenüberhitzer zwischen der Hochdruckdampfturbine und der Niederdruckdampfturbine Wärmeträgermedium-Dampf zwischenüberhitzt wird und die Zwischenüberhitzung mit Dampf als Wärmeübertragungsmedium erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass Dampf als Wärmeübertragungsmedium dem Zwischenüberhitzer von der Solareinrichtung als erste Quelle oder der Speichereinrichtung als zweite Quelle bereitgestellt wird, wobei der Dampf von der entsprechenden Quelle gewählt wird, welcher den höheren Druck aufweist.
Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 13 oder nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Dampf aus der Solareinrichtung und der Speichereinrichtung der Hochdruckdampfturbine und dem Zwischenüberhitzer getrennt auf unterschiedlichen Druckniveaus bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schalteinrichtung insbesondere durch Ventilansteuerung einstellt, ob primär dem Zwischenüberhitzer Dampf aus der Solareinrichtung oder der Speichereinrichtung bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung insbesondere durch Ventilansteuerung einstellt, ob primär der Hochdruckdampfturbine Dampf aus der Solareinrichtung oder der Speichereinrichtung bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass es Ziel der Einstellungen der Schalteinrichtung ist, eine Zwischenüberhitzungstemperatur an dem Zwischenüberhitzer möglichst konstant zu halten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Ziel der Einstellungen der Schalteinrichtung ist, eine Eintrittstemperatur für Dampf an der Niederdruckdampfturbine möglichst konstant zu halten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere bei einem Teillastbetrieb der Solareinrichtung die Speichereinrichtung und die Solareinrichtung jeweils Dampf bereitstellen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dampfstrom des Dampfs auf höherem Druckniveau in einen Dampfstrom des Dampfs mit niedrigerem Druckniveau eingedüst wird.
Verwendung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 13 bis 20 bei einem solarthermischen Kraftwerk gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 und Verwendung des solarthermischen Kraftwerks gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 13 bis 20.