CN102822521A - 具有间接蒸发的太阳能热发电站和运行这种太阳能热发电站的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有间接的蒸发的太阳能热发电站，该太阳能热发电站包括具有载热介质管路***的主回路（1）和至少一个用于借助于太阳能来对所述载热介质进行加热的太阳能热部件、设有蒸汽涡轮机***的水蒸气次级回路以及与所述蒸汽涡轮机***（21-23）相耦合的发电机（3）。所述按本发明的***包括换热器中（11、12、13）中的特殊的连接，用于改进所述发电站的总效率。除此以外，本发明涉及一种用于运行这样的具有间接的蒸发的太阳能热发电站的方法。

Description

具有间接蒸发的太阳能热发电站和运行这种太阳能热发电站的方法

技术领域

本发明涉及一种具有间接的蒸发的太阳能热发电站，该太阳能热发电站包括具有载热介质管路***的主回路和至少一个用于借助于太阳能来对所述载热介质进行加热的太阳能热部件、设有蒸汽涡轮机***的水蒸汽次级回路以及与所述蒸汽涡轮机***相耦合的发电机。除此以外，本发明涉及一种用于运行这样的具有间接的蒸发的太阳能热发电站的方法。

背景技术

太阳能热发电站代表着传统的由水力、风力、核能或者化石燃料来发电的做法的替代方案。所述太阳能热发电站利用太阳的辐射能，用于产生电能并且比如作为太阳能热部件而设有抛物形槽式收集器、菲涅尔收集器或者及太阳能塔式接收器。

这样的发电站通常要么包括一个单一的工作流体回路***，在该工作流体回路***中工作流体在这条回路中直接蒸发，或者要么包括用于吸收太阳能的第一太阳能发电站部件和大多常规的设有借助于工作流体来驱动的蒸汽涡轮机***的第二发电站部件。对于第二种具有两个分开的回路***的发电站类型来说，涉及具有间接的蒸发的太阳能热发电站，因为太阳能在这里仅仅间接地用于使工作流体蒸发。

传统的具有间接的蒸发的太阳能热发电站原则上包括太阳能热部件比如由抛物形槽式收集器、菲涅尔收集器或者塔式接收器构成的太阳场、换热器组并且可选包括热储存器，其中在所述太阳场中对载热介质进行加热，并且其中在所述换热器组中将热能从载热介质传递到蒸汽回路比如水蒸汽回路中的工作流体上。在所述换热器组中，来自主回路的热能一般在三个由预热器、蒸发器和过热器构成的级中排放给蒸汽回路中的工作流体。对于具有间接的蒸发的太阳能热发电站来说，作为主回路中的载热介质以往使用热油、水、空气或者熔盐（Molten Salt），其中作为所述次级回路也就是蒸汽回路中的工作流体则大多数使用水。

目前主要使用具有用作载热介质的热油的抛物形槽式发电站、具有用作载热介质的水的菲涅尔收集器太阳场以及具有用作载热介质的熔盐、空气或水的塔式接收器发电站。对于热油设备来说，能够有意义地操控高达390℃的温度并且对于熔盐来说能够有意义地操控高达550℃的温度，但是其中恰好对于塔式接收器和用作载热介质的空气来说也能够操控高达1100℃的温度。

蒸汽回路中的工作流体的过热对于太阳能热发电站来说用于提高设备效率并且在蒸汽涡轮机运行时用于避免由于在蒸汽发生级之后残留在蒸汽中的冷凝的液滴给涡轮机叶片造成的损坏。目前，为了在太阳能热发电站上更好地对所产生的热的载热介质进行能量利用经常用包括多台蒸汽涡轮机的蒸汽涡轮机***来工作。在此尤其对于具有用作载热介质的热油的抛物线槽式发电站来说将一个、两个或者更多个中间过热过程一同安装到所述蒸汽涡轮机之间的蒸汽管路***中。在这种中间过热过程中，通过高压涡轮机来导送在所述过热级中产生的新鲜蒸汽。在进入到沿蒸汽方向布置在后面的工作单元比如中压或者低压涡轮机中之前，将所述蒸汽导送到具有一个、两个或者更多个换热器的中间过热器中，在那里所述蒸汽重新通过热的在所述过热级之前排出的载热介质来得到过热。

在图1中示出了所述载热介质的在具有间接的蒸发和单次的中间过热的太阳能热发电站中的连接的目前最流行的方式。这里在换热器组中，用作载热介质的油从太阳场出口首先经过所述次级回路的过热器而后经过其蒸发器并且最后经过其预热器来导送。在所述过热器之前，热的油的一部分额外地分支出来并且导送通过中间过热级。

另一种连接方案是，在两个装置中实现所述第一中间过热级或者使所述蒸汽第二次在第二中间过热级中得到中间过热。可能的用于具有间接的蒸发和单次或者双重的中间过热的太阳能热发电站的连接方案比如在西门子专利申请WO 2009034577 A2或者WO 2010054911 A1中示出。所有在其中所描述的连接变型方案在参照这些专利文件的情况下都作为用于本发明的基础的连接变型方案而一同接纳在本发明中。

发明内容

本发明的任务是，改进具有间接的蒸发的太阳能热发电站的总效率以及用于运行开头提到的类型的太阳能热发电站的方法的总效率。

该任务一方面通过按权利要求1所述的具有间接的蒸发的太阳能热发电站并且另一方面通过按权利要求10所述的用于运行具有间接的蒸发的太阳能热发电站的方法得到解决。

如开头所描述的一样的具有间接的蒸发的太阳能热发电站为此至少具有带有载热介质管路***的主回路、设有预热级、蒸汽发生级、蒸汽过热级和蒸汽涡轮机***的水蒸汽次级回路以及与所述蒸汽涡轮机***直接或者间接地相耦合的用于产生电功率的发电机。此外，在所述主回路中需要至少一个太阳能热部件，该太阳能热部件在运行中用于借助于太阳能对在所述主回路中导送的载热介质进行加热。

所述按本发明的具有间接的蒸发的太阳能热发电站在所述主回路中具有设有载热介质管路***的换热器组，所述载热介质管路***用于将热能从所述主回路的载热介质传递到所述水蒸汽次级回路的蒸汽过热级、蒸汽发生级以及预热级上。为了提高发电站的总效率，该发电站包含将热能优化地从主回路（太阳场回路）传递到所述次级回路（水蒸汽回路）上这个过程，方法是所述换热器组的载热介质管路***具有至少一个绕过所述次级回路的蒸汽过热级和/或蒸汽发生级的旁通管路。旁路按照本发明是指管道***，在该管道***中在所述蒸汽过热级之前或者之后从所述载热介质的主质量流中取出载热介质的分流，将其绕过构件或者组件或者结构级（Baustufe）来导送并且在所述预热级之前又将其导入到所述载热介质的主质量流中。被绕流的构件或者被绕流的组件或者结构级在此是所述蒸汽过热级（或者蒸汽过热器）和/或所述蒸汽发生级（或者蒸汽发生器）。如果在旁路中布置了构件或者组件或者结构级，只要该旁路在相应被绕流的构件的后面或者在相应被绕流的组件或者结构级的后面但是无论如何在所述预热级之前又导入到所述载热介质的主流中，那么这也属于旁路这个定义。

这种连接恰好对于所述主回路（太阳场回路）或者次级回路（水蒸汽回路）中的较高的过程温度来说能够实现总效率的优化的明显的潜力。尤其在将来并且在此所描述的发电站类型中，考虑将熔盐（Molten Salt）或者其它载热介质比如超临界的CO₂、基于硫化合物的载热介质或者沸点更高的热油用作太阳能热发电站尤其具有抛物线形槽式收集器或者菲涅尔收集器的太阳能热发电站的主回路中的载热介质。这些载热介质尤其能够实现更高的过程温度，但是比如也可能要求更高的流向所述主回路中的太阳能热部件（太阳场）的回流温度，因为否则所述载热介质比如结晶或者导致凝结。换热器中的相当关键的部位在此是所述预热级，在所述预热级上用熔盐在以往的连接变型方案中像比如在图1所示出的已知的连接变型方案中一样会由于结晶的载热介质而经常出现凝结。利用所述换热器组中的主回路的按本发明的连接，可以将回流温度提高或者调节得高于临界的温度（结晶温度、凝结温度），从而现在在这样的发电站类型中也能够使用熔盐。除此以外，可以实现更高的过程温度并且实现总效率的优化。

所述水蒸汽次级回路为了产生过热的蒸汽而至少包括用于对给水进行预热的预热级、布置在所述预热级后面的用于产生蒸汽的蒸汽发生级和布置在所述蒸汽发生级后面的用于使蒸汽过热的蒸汽过热级。这三个级通常串联，其中也可以在所述次级回路中并联连接多个这样的用于产生过热的蒸汽的单元。也就是说，每个单个的在附图中示出的级不仅可以包括一个而且也可以包括两个或者更多个并联的预热器或者预热单元、蒸汽发生器或者蒸汽发生单元以及蒸汽过热器或者蒸汽过热单元。

除此以外，所述水蒸汽次级回路包括蒸汽涡轮机***，该蒸汽涡轮机***通过蒸汽管路***与所述蒸汽过热级相连接并且在运行中得到在所述蒸汽过热级中产生的过热的蒸汽的供给。所述蒸汽涡轮机***可以由一台单个的蒸汽涡轮机构成，其中为了更好地利用能量并且为了提高效率通常使用多个涡轮机模块。而后可以将一台、两台或者更多台中压涡轮机和/或低压涡轮机串联连接到所述高压涡轮机上。向这些沿蒸汽方向布置在所述高压涡轮机后面的中压或者低压涡轮机馈给来自所述高压涡轮机的蒸汽，所述蒸汽在具有一个、两个或者更多个换热器的中间过热器中已经得到了中间过热。由高压、中压和低压涡轮机构成的级联有益于提高发电站的效率或者总功率。

此外，在所述次级回路中在所述蒸汽涡轮机***的后面在废蒸汽侧布置了冷凝器或者冷凝器***，用于又使所述蒸汽冷凝。所述按本发明的***也可以包括一个或者多个用于抽汽的排出管路。这种抽汽比如可以用于对给水预热***等中的给水进行预热。此外，所述次级回路包括水管路***，该水管路***具有布置在所述冷凝器***与所述预热级之间的给水箱，该给水箱用于储存给水。同样所述水管路***包括常见的阀、泵和控制单元，所述阀、泵和控制单元在发电站的运行中及其停止状态中控制所述水管路***或者蒸汽管路***并且调节蒸汽发生。

作为给水，在所述按本发明的***中通常使用水，但是也可以使用其它的能够蒸发的具有有用的焓值的工作流体。“水”、“水蒸汽”或者“给水”这种表述不应该解释为具有限制性并且一般可以被其它的工作流体所取代。

对于所述按本发明的运行方法来说，在运行中在主回路中借助于太阳能热部件利用太阳能对载热介质进行加热并且将经过加热的载热介质导送到换热器组中，用于将热能从所述载热介质传递到次级回路上，在其冷却之前又将其馈入到所述太阳能热部件中。在所述水蒸汽次级回路中，在所述换热器组中在预热级中对来自给水箱的给水进行预热，在布置在所述预热级后面的蒸汽发生级中产生蒸汽并且在布置在所述蒸汽发生级后面的蒸汽过热级中对蒸汽进行加过热。而后通过蒸汽管路***向直接或者间接与发电机相耦合的蒸汽涡轮机***供给过热的蒸汽。随后从所述蒸汽涡轮机***中出来的蒸汽在冷凝***中冷凝成水并且又被导回给所述给水箱。

按本发明，通过至少一个绕过所述次级回路的蒸汽过热级和/或蒸汽发生级的旁通管路在所述换热器组中导送所述主回路的载热介质的分流。由此可以更为灵活地传递在所述太阳能热部件中通过载热介质吸收的热能并且由此有针对性地用所述主回路和/或次级回路中的提高的过程温度来工作。

构思的要点因而是，在至少绕过所述蒸汽过热级或蒸汽发生级的旁通管路中导送所述主回路中的热的载热介质的分流。这能够在关键的部位比如预热级或者向所述太阳能热部件回流的管路***上将主回路中的载热介质的回流温度保持在临界的温度之上也就是说尤其保持在结晶温度之上，其中在所述关键的部位按所使用的载热介质的情况可能出现结晶或者凝结。

此外，通过所述旁通管路可以在从主回路到次级回路的热量传递中改进热量管理并且由此改进所述方法的总效率。这首先通过在所述方法中换热器组（或者换热器组中的传热器或者传热器组）的优化的连接并且通过由此可能提高的普通的过程温度来实现。

这里所示出的可能的连接方案尤其涉及用熔盐来作为主回路中的载热介质来运行的太阳能热发电站，因为首先由于更高的能够达到的过程温度在这些发电站及运行方法中存在着更好的优化潜力。不过，所述连接方案原则上也可以用于所有其它的载热介质，所述其它的载热介质作为主回路介质用在或者应该用在（尤其基于抛物形槽工艺、菲涅尔收集器工艺或者太阳塔工艺的）太阳能热发电站中。作为有用的载热介质，在这些运行方法中比如可以使用超临界的CO₂、基于硫化合物的载热介质、热油等。

在所述按本发明的发电站和方法的最简单的变型方案中，所述换热器***可以构造为单分路的结构（1个换热器组）。在作为替代方案的变型方案中，所述换热器***也可以构造为多分路的结构（并联至少一个换热器组）。此外，在其它的实施方式中，所述换热器组中的单个的机组或者结构单元可以构造为单分路的或者多分路的结构。是优选使用所述换热器组或者所述单个的机组或者结构单元的单分路的结构还是优选使用其多分路的结构，首先取决于发电站的规模和发电站类型本身。所述换热器或者换热器组的多分路的结构尤其对于很大的有待传递的热功率来说是有用的。

从属的权利要求以及接下来的说明包含本发明的特别有利的设计方案和改进方案，其中明确指出这一点，即所述按本发明的方法也可以根据关于太阳能热发电站的从属权利要求来得到改进并且反之亦然。

在按本发明的太阳能热发电站的一种实施方式中，可以在所述绕过蒸汽过热级的旁通管路中布置额外的蒸汽过热级，比如用于重新对从高压涡轮机中排出的废蒸汽进行过热的中间过热级。这种重新经过过热的蒸汽而后可以重新在中压或低压涡轮机中加以利用。在所述旁通管路中作为额外的蒸汽过热级的替代方案或者补充方案也可选可以布置所述蒸汽发生级。也就是说，在这种实施变型方案中在所述换热器组中并行地向所述次级回路的蒸汽过热级和所述蒸汽发生级加载来自所述主回路的热的载热介质。由此可以有针对性地调整过程参数比如对于不同的过程参数来说所使用的夹点。这与普通的由蒸汽过热级和蒸汽发生级构成的串联线路相比引起效率的提高，对于所述普通的串联线路来说只有用效率损失来才能遵守这些用于过程参数的边界条件（比如夹点）。

在所述按本发明的太阳能热发电站的另一种作为替代方案的实施变型方案中，可以在所述绕过蒸汽发生级的旁通管路中布置额外的蒸汽过热级，该蒸汽过热级比如用于对来自所述高压或中压涡轮机级的废蒸汽进行中间过热。所述中间过热的这种连接带来这样的优点，即为了对蒸汽进行预热，首先根据温度水平可以使用较冷的载热介质并且可以用较热的载热介质来过热到所期望的最终温度。所述中间过热的这种连接可以在一个装置或者在两个装置中来实现。两个装置的优点是，出现较小的热应力。

其它的用于提高按本发明的太阳能热发电站的总效率的连接变型方案可以在载热介质管路***中具有绕过所述预热级的管路。这条绕过所述预热级的管路不是前面定义的意义上的旁通管路，因为其不是在所述预热级的前面又导回到所述主质量流中。可选可以在这条管路中布置一个或者多个额外的比如用于第一或者第二次中间过热的蒸汽过热器或者蒸汽过热级。这种连接方案与以下情况相匹配，即在用热的载热介质来过热到所期望的最终温度之前，为了对所述中间过热级中的蒸汽进行预热首先使用相应于温度水平较冷的载热介质。按温度需要，所述热的载热介质可以直接在所述蒸汽过热级之前或者在所述蒸汽过热级与所述蒸汽发生级之间分支出来。

在进行通常的中间过热时，所述载热介质可以在所述蒸汽过热级之前排出并且只有在所述预热级之后才又耦合输入所述主流中。这在本发明的意义上不是绕过蒸汽过热级或者蒸汽发生级的旁路，因为所述载热介质不是在所述预热级之前导回到所述主流中。但是，按本发明，所述太阳能热发电站也可以包括载热介质管路***，该载热介质管路***具有额外的绕过所述蒸汽过热级及蒸汽发生级伸展的管路。可选这条管路也可以一同绕过所述预热级延伸，于是不涉及本发明的意义上的旁路。在这条额外的管路中可选可以布置了额外地比如具有一个或者多个中间过热器的蒸汽过热级。

如在前面的实施变型方案中已经谈到的一样，在所述按本发明的太阳能热发电站中所述额外的蒸汽过热级可以是中间过热级。常见的中间过热级可以划分为第一和第二中间过热级。所述第一次中间过热通常用于对从所述高压涡轮机中排出的蒸汽进行中间过热，所述蒸汽而后用在中压或低压涡轮机中。所述第二次中间过热则以通常方式用于对从所述中压涡轮机中排出的蒸汽进行过热，而后所述蒸汽用在所述低压涡轮机中。一种按本发明的优选的设计方案是，所述中间过热级包括至少两个中间过热级，所述两个中间过热级则可选可以分别包括多个中间过热装置。按用于所述中间过热级的温度要求，为此比如在所述蒸汽过热级之前或者之后引出旁路并且根据在所述第一和/或第二中间过热级之后达到的温度水平又在所述蒸汽发生级之前或者之后导回或者耦合输入到所述载热介质管路***（或者主质量流）中。与前面的连接变型方案相结合，比如与绕过所述蒸汽过热级的带有或者不带蒸汽发生单元的旁路，或者与绕过所述蒸汽发生级的旁路，提高了在必要的过程参数的调整方面的灵活性并且同时用于对热量管理进行优化。由此所述组合可以有助于总效率的提高。

按本发明，在常见的太阳能热发电站中所使用的热中间储存器可以额外地要么布置在所述主回路中并且/或者要么布置在所述次级回路中。这些热中间储存器尤其在储存运行模式中用于储存热能或者在取出运行模式中用于取出热的载热介质或者过热的蒸汽。

为了尤其以液相来储存热的或者冷的载热介质，在按本发明的太阳能热发电站中可以额外地在所述主回路中在所述太阳能热部件的上游和/或下游布置一个或者多个用于载热介质的储存箱。

在这样的太阳能热发电站中，所述太阳能热部件可以额外地包括一个或者多个彼此相连接的太阳能收集器或者一整场的太阳能收集器。在此，作为太阳能收集器，考虑使用所有通常使用的收集器类型比如槽式收集器或者菲涅尔收集器。这些收集器可以按太阳辐射和空间位置需求以串联和/或串接线路来布置。作为替代方案，所述太阳能热部件也可以由多面反射镜和用于收集太阳能的塔式接收器来构成。

附图说明

下面借助于实施例在提示附图的情况下对本发明进行详细解释。附图示出如下：

图1是一种用于按现有技术的连接变型方案的基本方案的简化的示意性的框图，该连接变型方案依照传统用于具有用作主回路中的载热介质的热油的太阳能热发电站并且一同包括中间过热；

图2是用于太阳能热发电站的一种可以设想的简单的连接变型方案的示意性的框图，该连接变型方案在主回路中包括两个用于载热介质的储存箱；

图3是按本发明的具有间接的蒸发以及单次的中间过热的太阳能热发电站的第一种实施例的示意性的框图，对于该实施例来说布置了绕过所述蒸汽过热级的旁路；

图4是按本发明的具有间接的蒸发以及单次的中间过热的太阳能热发电站的作为替代方案的第二种实施例的示意性的框图，对于该实施例来说在绕过所述蒸汽过热级的旁路中布置了所述蒸汽发生级；

图5是按本发明的具有间接的蒸发以及单次的中间过热的太阳能热发电站的作为替代方案的第三种实施例的示意性的框图，对于该实施例来说布置了绕过所述蒸汽发生级的旁路；

图6是按本发明的具有间接的蒸发以及单次的中间过热的太阳能热发电站的另一种作为替代方案的实施例的示意性的框图，对于该实施例来说不仅布置了绕过所述蒸汽过热级的而且布置了绕过所述蒸汽发生级的旁路；

图7是按本发明的具有间接的蒸发的太阳能热发电站的另一种实施例的示意性的框图，该实施例包括用绕过所述蒸汽过热级的旁路从所述蒸汽发生***中二次取出载热介质以便进行中间过热；

图8是按本发明的具有间接的蒸发的太阳能热发电站的另一种实施例的示意性的框图，该实施例包括用分别绕过所述蒸汽过热级和蒸汽发生级的旁路从所述蒸汽发生***中三次取出载热介质以便进行中间过热；

图9是按本发明的具有间接的蒸发的太阳能热发电站的另一种实施例的示意性的框图，该实施例包括二次取出载热介质并且使其中间过热到比新鲜蒸汽温度低的蒸汽温度；

图10是按本发明的具有间接的蒸发的太阳能热发电站的另一种实施例的示意性的框图，该实施例包括在绕过所述蒸汽过热级的旁路之后通过载热介质的取出进行第二次中间过热并且在所述蒸汽发生级之后导回；

图11是按本发明的具有间接的蒸发的太阳能热发电站的另一种实施例的示意性的框图，该实施例包括在绕过所述蒸汽过热级的旁路中进行第一次中间过热并且在绕过所述蒸汽过热级的旁路之后通过载热介质的取出进行第二次中间过热并且在所述预热级之前导回；

图12是按本发明的具有间接的蒸发的太阳能热发电站的另一种实施例的示意性的框图，该实施例包括绕过所述蒸汽过热级的旁路以及通过利用在第一次中间过热之后去热的载热介质来进行第二次中间过热；

图13是按本发明的具有间接的蒸发的太阳能热发电站的另一种实施例的示意性的框图，该实施例包括绕过所述蒸汽过热级的旁路以及通过利用在第一次中间过热之后去热的载热介质以及热的载热介质来进行第二次中间过热；

图14是按本发明的具有间接的蒸发的太阳能热发电站的另一种实施例的示意性的框图，该实施例包括绕过所述蒸汽过热级的旁路以及通过在相应的温度水平上的二次取出来进行第二次中间过热；并且

图15是按本发明的具有间接的蒸发的太阳能热发电站的另一种实施例的示意性的框图，该实施例包括绕过所述蒸汽过热级的旁路以及通过在相应的温度水平上的二次取出并且在第一次中间过热之后利用去热的载热介质来进行第二次中间过热。

具体实施方式

图1示出了一种用于具有用作主回路1中的载热介质的热油的太阳能热发电站的对大多数在此详细解释的实施例来说基础的基本的连接变型方案。在此所述换热器组中的次级回路的蒸汽发生***以传统的方式包括由预热级11（或者也称为预热器）、蒸汽发生级12（或者也称为蒸发器）以及蒸汽过热级13（或者也称为过热器）构成的串联线路。此外，通常安装了中间过热级15，用于提高发电站的效率。

除此以外，所述水蒸汽次级回路2包括蒸汽涡轮机***21、22、23，所述蒸汽涡轮机***通过蒸汽管路***18与蒸汽过热级13相连接并且在运行中得到在所述蒸汽过热级中产生的过热的蒸汽的供给。所述蒸汽涡轮机***21、22、23可以由一台单个的蒸汽涡轮机构成，其中为了更好地利用能量并且为了提高效率通常两台或者更多台高压涡轮机21并行地或者作为双重涡轮机来运行。而后可以串联地将一台、两台或者更多台中压涡轮机22和/或低压涡轮机23连接到所述高压涡轮机21上。向这些沿蒸汽方向布置在所述高压涡轮机21后面的中压涡轮机22或者低压涡轮机23供给来自所述高压涡轮机21的蒸汽，所述蒸汽已经在具有一个、两个或者更多个换热器的中间过热器中得到了中间过热。由高压、中压及低压涡轮机构成的级联有益于提高所述发电站的效率或者总功率。

此外，在所述次级回路中在所述蒸汽涡轮机***21、22、23后面在废蒸汽侧布置了冷凝器或者冷凝器***20，用于又使所述蒸汽冷凝。所述按本发明的***也可以包括一个或者多个用于抽汽的排出管路。这种抽汽比如可以用于对给水预热***中的给水等进行预热。此外，所述次级回路包括具有至少一个布置在冷凝器***20与预热级之间的给水箱40的水管路***19，所述给水箱用于储存给水。同样所述水管路***包括常见的阀、泵和控制单元，所述阀、泵和控制单元在发电站的运行中并且在其静止状态中控制所述水管路***19或者蒸汽管路***18并且调节所述蒸汽发生。

对于作为要求较高的过程温度的热油的替代方案的载热介质比如熔盐的使用来说，有利的是，修改这种基本的连接变型方案。这样的经过修改的***在图2中示出，该***尤其与作为可选的载热介质的熔盐相匹配。在主回路中，将两个用于所述载热介质的储存箱8、9安装到所述***中。第一个储存箱8直接处于所述太阳能热部件5之前并且用于储存冷的载热介质。第二个储存箱9则布置在所述太阳能热部件5的后面并且用于中间储存热的载热介质。在这两个储存箱的后面分别布置了一台用于在运行模式中输送相应的量的载热介质的泵10。

但是，这样的经过修改的传统的具有间接的蒸发的发电站的使用显示出由于在主回路的主质量流中的不利的回流温度而引起的效率限制。此外，在使用熔盐时比如在载热介质储存箱8或者布置在该储存箱8后面的载热介质泵10中出现结晶问题。因此，对该***进行了进一步改进并且已经使其与在温度提高的情况下改变的过程条件相匹配。在接下来的实施例中对这些改进和修改进行更为详细的解释，而没有根本性地改变用于进行间接的蒸发的***的基本的构造。

在图3中示出了第一种用于改进总效率并且用于额外地解决前面所列举的结晶问题的实施例。所述主回路和次级回路基本上类似于在图2中所示出的可以设想的连接***来构成。但是，在这第一种实施例中，将一部分热的载热介质绕过所述蒸汽过热级13（或者过热器）来导送并且在所述蒸汽过热级13之后又将其耦合输入到所述主质量流中。也就是说，载热介质的分流在绕过所述蒸汽过热级13的旁路B中得到导送。

现在知道，在使用所述主回路1中的在整个运行温度范围内单相的载热介质时由于所述次级回路2中的水在温度恒定时进行的蒸发（取决于蒸发压力）应该在所述蒸汽发生级12（或者蒸发器）上遵守大于3K的夹点（Pinchpoint）。由于这种边界条件，通常的做法是，在传统的***中以相应较差的过程参数来实施热传递，这引起总***的效率损失。但是，通过所述蒸汽过热级13的旁路，可以用所期望的夹点来保证所述次级回路的蒸汽发生级12中的工作流体的蒸发。同时通过这根旁通导管（旁路B）可以遵守与相应的载热介质相匹配的过程参数，从而通过热的载热介质的必要的分流的相应的调节可以防止在所述预热级11中或者在布置在后面的工作单元中出现凝结或者结晶。也就是说，通过所述旁路B可以使更多的热能从所述蒸汽过热级13的旁边经过并且又将其耦合输入到所述蒸汽发生级12中，从而将所述主回路的关键位置上的温度调节到所要求的温度比如将其调整得高于结晶温度。

图4示出了所述按本发明的***的作为替代方案的第二种实施例。通过绕过所述蒸汽过热级13（或者绕过所述过热器）的旁路B的安装以及同时所述蒸汽发生级12（或者蒸发器）在这条旁路中的安装同样可以改进过程参数。换句话说，这根旁通导管（旁路B）是由蒸汽过热级13和蒸汽发生级12构成的并联线路。对于由蒸汽发生级12和蒸汽过热级13构成的并联线路来说，向这两个级加载热的载热介质。尤其通过由此提高所述蒸汽发生级12中的温度这种做法也可以以在其它方面相同的过程参数来更为容易地遵守所述夹点。此外，可以使整个***的热量管理个别地与所使用的载热介质相匹配。通过这种由蒸汽过热级13和蒸汽发生级12构成的并联线路，尤其在使用可选的载热介质比如熔盐或者更高沸点的热油时可以明显改进热量管理，这引起整个***的效率提高。

在按本发明的太阳能热发电站的连接的作为替代方案的第三种实施例中，以类似的基本连接（相应于图2）给所述蒸汽发生级12配备旁通管路或者旁路B。这种变型方案在图5中示出。

除了改进效率之外，通过这种灵巧的连接变型方案可以额外地保证热交换过程或者蒸汽发生过程的稳定。在此绕过所述蒸汽发生级12（或者蒸发器）来导送所述载热介质的部分质量流，用于在极端的运行条件下比如在所述熔盐的温度很高时或者在所述载热介质的凝结温度很高时实现稳定的蒸汽发生过程。利用这种连接，尤其可以防止特别危急的运行状态比如载热介质的冻结，这种冻结情况会在具有很高的熔化温度的载热介质上出现。

这种连接变型方案可以与两种基本的来自第一种或者第二种实施例的连接变型方案相组合。也就是说，在热交换器***中不仅可以包括绕过所述蒸汽过热级13的第一旁路B1而且可以包括绕过所述蒸汽发生级12的第二旁路B2。这样的由两条旁路B1、B2构成的组合在图6中示出。在这里示范性地示出了在按本发明的太阳能热发电站中绕过所述蒸汽过热级13的第一旁路B1（或者过热器旁路）与绕过所述蒸汽发生级12的第二旁路B2（或者蒸发器旁路）的组合。

作为前面所列举的实施例的补充，按本发明所述绕过蒸汽过热级13或者蒸汽发生级12的旁路不仅仅用于对热量管理进行优化，而是此外也还用于对从所述高压涡轮机中排出的蒸汽进行中间过热。这里可以设想不同的连接变型方案并且下面为了示范性地对本发明进行说明要借助于其它的实施例对一对连接变型方案进行解释。所有的连接变型方案也可以在与前面在第一种到第三种实施例中所解释的基本的连接变型方案的组合中实现。

在这样的具有用于进行中间加热的旁路的太阳能热发电站的作为替代方案的第一种实施方式中，在相应的温度水平上从所述蒸汽发生***中取出载热介质这种做法能够实现蒸汽的优化的中间过热。这方面的一种优选的实施例在图7中示出。对于这种变型方案来说，在所述中间过热级15中在第一中间过热装置31中用在所述蒸汽发生级12之后取出的载热介质来实施第一次过热。而后在第二中间过热装置32中用热的在所述蒸汽过热级13之前分支出来的载热介质来实施第二次过热。这样的连接的优点是，通过在相应的温度水平上取出载热介质这种做法仅仅为了过热到所期望的最终温度才使用相应高值的（热的）载热介质。

按去热的载热介质的温度水平，在蒸汽在所述中间过热级15中过热之后将其导回到载热介质的主质量流中。由此还可以将去热的载热介质的剩余的热量最佳地用于对比如所述预热级11或者蒸汽发生级12中的给水进行加热。在图7所示出的实施例中，根据温度水平在所述蒸汽过热级13之后的中间过热装置32中去热之后或者在所述预热级11之后的中间过热装置31中去热之后将所述载热介质导入到所述主质量流中。

所述第一中间过热排出管路因而如在图7中示出的一样在按本发明的绕过所述蒸汽过热级13的旁路B中得到导送。经过去热的载热介质的相应于温度水平的耦合输入在此进一步改进了热量管理，因为在经过去热的载热介质中残留的能量还可以加入到另一个换热级中。由此可以提高设备的效率。额外的布管以及额外的传热单元（换热器）意味着更高的投资成本，但是这在规划时应该一同加以考虑。但是，通常这些一次性的成本通过设备的提高的总效率而相当快地得到回报。这种连接变型方案同样可以在与前面三种基本的来自第一种到第三种实施例的旁路变型方案的组合中来实现，即使这里没有明确对其进行描述。

与在前面所解释的实施例中相类似，在下一种作为替代方案的实施例中还可以进一步提高总效率（参见图8），在所述下一种作为替代方案的实施例中包括在相应的温度水平上三次或者更多次取出载热介质这种做法。原则上这种连接变型方案像前面一种连接变型方案构成并且代表着进一步的细节。利用如在图8中示出的一样在相应的温度水平上进一步的取出并且将经过去热的载热介质相应匹配地导回到所述主质量流中，可以进一步提高所述设备的效率。更准确地说，在中间过热级15中为使蒸汽在中间过热装置31中第一次过热在所述蒸汽发生级12之后取出所述载热介质并且在去热之后又在所述预热级11之后将其耦合输入到所述主质量流中。对于所述中间过热装置32中的第二次过热来说，将所述载热介质在所述蒸汽发生级12之前取出并且在去热之后在所述蒸汽发生级12之后又将其导入到所述主质量流中（第一旁路B1）。在中间过热装置33中然后又使热的载热介质（其在去热之后又在所述蒸汽发生级12之前耦合输入到所述主质量流中（第二旁路B2））过热到所期望的最终温度（第三次过热）。

通过这种由中间过热装置31、32、33构成的级联，可以进一步提高所述设备的效率，但是制造上的开销以及由此投资成本会扩大。这种级联同样可以相应地用前面所示出的三种基本的连接变型方案来实现，所述连接变型方案则来自第一种到第三种实施例也就是绕过所述蒸汽过热级13和/或绕过所述蒸汽发生级12的直接的旁通导管。同样可以进一步提高取出过程以及相应的耦合输入过程的次数。

其它的在按本发明的具有间接的蒸发的太阳能热发电站中作为替代方案实现的连接方案通过以下方式来获得，即不再在所述中间过热级15上使蒸汽温度过热到新鲜蒸汽温度水平，而是过热到较低的温度。为此，可以在所述蒸汽过热级13以及所述绕过蒸汽过热级的旁路B1（参见图9）（或者过热器旁路）之后将载热介质从主质量流中取出并且将其用于对所述中间过热装置32中的蒸汽进行中间过热。在去热之后，又可以根据温度水平在正确的位置上将载热介质耦合输入到所述主质量流中。

图9示出了所述中间过热级15中的这样的连接变型方案的一种优选的实施例。对于这种在图9中示出的变型方案来说，为了在所述中间过热装置31中（也就是在所述中间过热级的第一换热器***中）进行第一次过热而在所述蒸汽发生级12之后取出载热介质的分流。此外，用过热器旁路B1在所述蒸汽过热级13之后取出载热介质的分流，所述载热介质的分流用于在第二中间过热装置32（也就是所述中间过热级15的第二换热器***）中过热到所期望的蒸汽温度。将这两股经过去热的质量流根据其温度水平又导回到所述主质量流中，并且更确切地说这一点按照在图9中示范性地示出的变型方案在所述预热级11之后或者在所述蒸汽发生级12之后进行。在此所述第二中间过热装置布置在第二旁通管路（旁路B2）中。

图10到15示出了其它的作为替代方案的连接变型方案，双重的中间过热是所有这些连接变型方案的基础。这些连接变型方案基于前面所解释的基本的连接变型方案以及用于进行单次的中间过热的连接变型方案并且是传统的双重的中间过热的拓展方案和改进方案。下面所描述的变型方案可以与所述三种基本的来自第一种到第三种实施例的连接方案以及所有前面所解释的用于进行单次的中间过热的方案相组合。下面示范性地考虑到几种优选的连接变型方案，用于对按本发明的方案进行解释，而在此没有将本发明限制到在这方面明确列举的实施例上。

图10示出了一种实施例，该实施例具有在第二中间过热级17上双重中间过热到比新鲜蒸汽温度低的温度水平上这个过程。也就是说，第二次中间过热到在新鲜蒸汽温度以下的温度水平。在该实施例中，在所述蒸汽过热级13以及所述绕过该蒸汽过热级13的第一旁路B1之后从所述主质量流中取出载热介质的分流并且将其输送给布置在中压涡轮机22后面的第二中间过热级17并且根据温度水平又将其耦合输入到所述主质量流中。通过在所述蒸汽过热级13之后取出，可以不再将所述第二中间过热级17中的蒸汽中间过热到新鲜蒸汽的温度，而是仅仅中间过热到较低的温度水平。

所述第一中间过热级16的连接可以与前面的实施例相类似比如用第二旁路B2来实施。此外，在图10中示范性地示出的连接变型方案不仅可以在与所述三种基本的来自第一种到第三种实施例的变型方案的组合中而且可以在与不同的用于进行单次的中间过热的变型方案的组合中来实现。

图11示出了另一种实施例。在图10中在所述第一中间过热级16中的第二中间过热装置32之后载热介质又在所述蒸汽发生级12之后耦合输入到所述主质量流中（也就是说对于该实施例来说在绕过所述蒸汽过热级13和所述蒸汽发生级12的旁路中布置了所述中间过热装置32）。与图10不同的是，在图11中在所述蒸汽发生级12之前又将所述载热介质导回到所述主质量流中（旁路B2）。因此在图11所示出的实施例中所述第一中间过热级16的中间过热装置32处于绕过所述蒸汽过热级13的旁路B2中。

图12示出了另一种用于一种连接变型方案的实施例，该连接变型方案具有双重的中间过热级和绕过所述蒸汽过热级13的旁路B，对于该连接变型方案来说在进行第二次中间过热时将蒸汽加热到比新鲜蒸汽温度低的温度水平。也就是说，第二次中间过热到在新鲜蒸汽温度以下的温度水平。这通过将在所述第一中间过热级16之后去热的载热介质用于所述第二中间过热级17这种方式来实现。而后在所述第二中间过热级17之后，又将载热介质在所述预热级11之后耦合输入到所述主质量流中。通过这种连接，在所述第二次中间过热中只会达到明显比新鲜蒸汽温度低的蒸汽温度。这种变型方案也又可以与所有前面所描述的基本的用于连接蒸汽发生***并且用于进行第一次中间过热的变型方案相组合。

图13示出了另一种用于双重的中间过热的实施例。在该实施例中，可以通过将热的载热介质用于在第二中间过热级中进行进一步加热这种做法来达到所期望的最终温度（比如和新鲜蒸汽相同的温度）。为此，给在图12中示出的变型方案扩充了另一个设置在第二中间过热级17中的中间过热装置35。向这个中间过热装置35加载在所述蒸汽过热级13之前从所述主质量流中取出的热的载热介质。经过去热的载热介质又根据其温度水平在所述蒸汽发生级12之后耦合输入到所述主质量流中（参见旁路B2）。这种变型方案又可以与所有前面所解释的用于蒸汽发生***并且用于第一次中间过热的变型方案相耦合。

在另一种作为替代方案的实施方式中，对于所述第二中间过热级17来说通过在不同的温度水平上二次或者更多次取出载热介质的做法并且通过双重的中间过热来达到和新鲜蒸汽温度相同的温度水平。通过将处于不同的温度水平上的载热介质用于进行第二次中间过热这种做法，可以更为有效地设计热交换。像在图8所示出的变型方案中一样（通过处于相应的温度水平上的载热介质的三次或者更多次的取出来实现热传递的级联），在进行第二次中间过热时也可以通过处于必要的温度水平上的载热介质的三次或者更多次的取出来相应地对热交换进行优化。

比如在图14所示出的示范性的实施例中，介绍为所述第二中间过热级17从主质量流中二次取出载热介质的情况。在二次取出时，比如在所述蒸汽过热级13的旁路之后取出载热介质用于在所述第二中间过热级17中的第一中间过热装置34中进行第一次加热并且在去热之后根据温度水平将其耦合输入到所述主质量流中。而后通过在所述蒸汽过热级13之前取出新鲜蒸汽的方式在所述第二中间过热级17的第二中间过热装置35中最终过热到所期望的温度水平。这里，所述第二中间过热级17的第二中间过热装置35处于绕过所述蒸汽过热级13和蒸汽发生级12的旁路中。

可以为所述第二次中间过热并且同样为所述第一次中间过热设想在相应的温度水平上进一步取出（比如三次取出）并且由此设想额外的换热器。为了对第二次中间过热进行优化而多次取出载热介质，这可以与所述蒸汽发生***的所有前面所解释的基本的连接变形方案以及所述第一次中间过热的所有连接变型方案相组合。

图15示出了用在双重的中间过热上的一种连接变型方案。并且更确切地说这里通过在不同的温度水平上多次取出载热介质并且将来自所述第一中间过热级16的经过去热的载热介质用在所述第二中间过热级的第二中间过热装置35上这种做法来中间加热到与新鲜蒸汽温度相同的温度水平（参见旁路B2）。在所述第一中间过热级16之后去热的载热介质（与在图12或13中示出的变型方案相类似）可以与在不同的温度水平上多次取出载热介质的做法相组合并且由此进一步改进热量管理。不仅可以设想利用在所述第一次去热之后多次去热的载热介质而且可以设想在相应的温度水平上从所述主质量流中多次取出。

作为一种优选的实施例，在图15中示出了在所述第一次中间过热中去热的载热介质质量流的利用情况以及两股具有不同的温度水平的载热介质分流在所述第二中间过热级17的中间过热装置34、35、36中的利用情况。像在所有的变型方案中一样，可以设想所有前面所解释的由蒸汽发生连接和第一次中间过热连接构成的组合。

最后还要再次指出，前面详细描述的用于太阳能热发电站的连接变型方案及其运行方法仅仅是优选的实施例，这些实施例可以由本领域的技术人员以极为不同的方式加以修改，而不离开本发明的范围，只要通过权利要求预先设定了所述范围。尤其单个的所示出的变型方案彼此间能够组合。

比如可以设想一些连接变型方案，在这些连接变型方案中所述次级回路的单个的换热器级可以布置在所述主回路的换热器***的组件中，从而产生本发明的意义上的逻辑上的旁通管路。比如所述蒸汽过热级和中间过热级并行地通过这样的换热器***中的热的载热介质来得到加热，方法是这两个过热级并行地被由热的载热介质构成的流体流所环流或者溢流，尽管载热介质流不是在两个单独的管道***中分开地得到导引。在这种情况下产生一种逻辑上的旁路，在该旁路中所述载热介质流的第一部分用于传热给所述蒸汽发生级并且第二部分用于传热给所述中间过热级。可选可以在相同的组件中以布置在这股传热介质流后面的方式布置具有更低的温度的换热器级。

此外，可以额外地在所述主回路和/或次级回路中安装热中间储存器7，该热中间储存器在超功率运行中中间储存热能，在欠功率运行中又可以将所述热能加入到所述次级回路中。也可以在所述太阳能热部件5之前或者之后仅仅构造一个用于载热介质的储存器8或者9或者也可以完全将其省却。

Claims (15)

1.具有间接的蒸发的太阳能热发电站，至少包括以下组件：

-具有载热介质管路***的主回路（1），所述载热介质管路***包括至少一个借助于太阳能来对载热介质进行加热的太阳能热部件（5）；

-水蒸汽次级回路（2），该水蒸汽次级回路至少具有：

     -用于对给水进行预热的预热级（11），

     -布置在所述预热级（11）后面的用于产生蒸汽的蒸汽发生级（12），

     -布置在所述蒸汽发生级（12）后面的用于使蒸汽过热的蒸汽过热级（13），

     -通过蒸汽管路***（18）与所述蒸汽过热级（13）的出口相连接的蒸汽涡轮机***（21、22、23），在运行中向所述蒸汽涡轮机***馈送过热的蒸汽，

     -在废蒸汽侧布置在所述蒸汽涡轮机***（21、22、23）后面的用于使蒸汽冷凝的冷凝器***（20），以及

     -具有布置在所述冷凝器***（20）与所述预热级（11）之间的给水箱（40）的水管路***（19），以及

-直接或者间接与所述蒸汽涡轮机***（21、22、23）相耦合的发电机（3），

其中所述主回路（1）包括换热器组，该换热器组具有用于将热能从所述主回路（1）的载热介质传递到所述水蒸汽次级回路（2）的蒸汽过热级（13）、蒸汽发生级（12）以及预热级（11）上的载热介质管路***，该载热介质管路***具有至少一个绕过所述蒸汽过热级（13）和/或所述蒸汽发生级（12）的旁通管路（B1、B2、B3），所述旁通管路在所述预热级（11）之前又导入到所述载热介质管路***的主质量流中。

2.按权利要求1所述的太阳能热发电站，其特征在于，在所述绕过蒸汽过热级（13）的旁通管路中布置了额外的蒸汽过热级（15）和/或所述蒸汽发生级（12）。

3.按权利要求1或2所述的太阳能热发电站，其特征在于，在所述绕过蒸汽发生级（12）的旁通管路中布置了额外的蒸汽过热级（15）。

4.按前述权利要求中任一项所述的太阳能热发电站，其特征在于，所述载热介质管路***具有绕过所述预热级（11）的管路，在该管路中可选地布置了额外的蒸汽过热级（15）。

5.按前述权利要求中任一项所述的太阳能热发电站，其特征在于，所述载热介质管路***具有额外的管路，该管路绕过所述蒸汽过热级（13）及所述蒸汽发生级（12）延伸，在该管路中可选地布置了额外的蒸汽过热级（15）。

6.按权利要求2到5中任一项所述的太阳能热发电站，其特征在于，所述额外的蒸汽过热级包括至少两个中间过热级（16、17），所述至少两个中间过热级则分别可选包括多个中间过热装置（31、32、33、34、35、36）。

7.按前述权利要求中任一项所述的太阳能热发电站，该太阳能热发电站在所述主回路（1）和/或次级回路（2）中具有热中间储存器（7）。

8.按前述权利要求中任一项所述的太阳能热发电站，其特征在于，在所述主回路（1）中在所述太阳能热部件（5）的上游和/或下游布置了一个或者多个用于所述载热介质的储存箱（8、9）。

9.按前述权利要求中任一项所述的太阳能热发电站，其特征在于，所述太阳能热部件（5）包括一个或多个太阳能收集器或者由太阳能收集器构成的场。

10.用于运行具有间接的蒸发的太阳能热发电站的方法，其中

-在主回路（1）中借助于太阳能热部件（5）利用太阳能对载热介质进行加热，并且将经过加热的载热介质导送到用于将热能从载热介质传递到次级回路（2）上的换热器组中，在载热介质冷却之前又将载热介质馈入到所述太阳能热部件（5）中，

-在水蒸汽次级回路（2）中给水箱（40）的给水在换热器组中首先在预热级（11）中得到预热，在布置在所述预热级（11）后面的蒸汽发生级（12）中产生蒸汽，并且在布置在所述蒸汽发生级（12）后面的蒸汽过热级（13）中在通过蒸汽管路***（18）向直接或间接与发电机（3）相耦合的蒸汽涡轮机***（21、22、23）馈给过热的蒸汽之前使所述产生的蒸汽过热，并且其中随后从所述蒸汽涡轮机***（21、22、23）中出来的蒸汽在冷凝器***（20）中冷凝成水并且被导回到所述给水箱（40）中，

其特征在于，

所述主回路（1）的载热介质的分流在所述换热器组中通过至少一个绕过所述次级回路（2）的蒸汽过热级（13）和/或所述蒸汽发生级（12）的旁通管路来导送，并且在所述预热级（11）之前又馈入到所述主质量流中。

11.按权利要求10所述的用于运行太阳能热发电站的方法，其特征在于，载热介质的分流在所述绕过蒸汽过热级（13）的旁通管路中导送穿过额外的蒸汽过热级（15）和/或所述蒸汽发生级（12）。

12.按权利要求10或11所述的用于运行太阳能热发电站的方法，其特征在于，载热介质的分流在所述绕过蒸汽发生级（12）的旁通管路中导送穿过额外的蒸汽过热级（15）。

13.按权利要求10到12中任一项所述的用于运行太阳能热发电站的方法，其特征在于，载热介质的分流在绕过预热级（11）的管路中被导送，在所述管路中可选地布置了额外的蒸汽过热级（15）。

14.按权利要求10到13中任一项所述的用于运行太阳能热发电站的方法，其特征在于，载热介质的分流额外地在绕过所述蒸汽过热级（13）和蒸汽发生级（12）的旁通管路中被导送，并且在所述预热级之前又被馈入到所述主质量流中，在所述旁通管路中可选地布置了额外的蒸汽过热级（15）。

15.按权利要求11到14中任一项所述的用于运行太阳能热发电站的方法，其特征在于，所述额外的蒸汽过热级（15）用于使从所述蒸汽涡轮机***（21、22、23）的蒸汽涡轮机中出来的蒸汽在第一或者第二中间过热级（16、17）中在其被导送到另一个蒸汽涡轮机中之前进行中间过热。

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