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Die
Erfindung betrifft eine Anlage zur solarthermischen Dampferzeugung,
umfassend einen zentralen Empfänger
und mindestens einen Heliostaten zur Konzentration von Solarstrahlung
auf den zentralen Empfänger,
wobei der zentrale Empfänger in
einer vertikalen Höhe
zu dem Heliostaten angeordnet ist.
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Ferner
betrifft die Erfindung ein Verfahren zur solarthermischen Erzeugung
von Dampf, bei dem ein Medium durch einen zentralen Empfänger geführt wird,
welcher mit konzentrierter Solarstrahlung beaufschlagt wird.
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Derartige
Anlagen und Verfahren beruhen auf dem Turmkonzept, bei dem solare
Direktstrahlung auf einen zentralen Empfänger konzentriert wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zur solarthermischen
Dampferzeugung mit zentralem Empfänger der eingangs genannten Art
zu schaffen, bei welcher die thermomechanischen Belastungen des
Systems minimiert sind.
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Diese
Aufgabe wird bei der eingangs genannten Anlage erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß der zentrale
Empfänger
einen Verdampferabschnitt und einen Überhitzerabschnitt aufweist,
daß Verdampferabschnitt
und Überhitzerabschnitt
mit Strahlungsabsorptionsflächen
versehen sind und daß Solarstrahlung
durch den Heliostaten auf Strahlungsbeaufschlagungsflächen von
Verdampferabschnitt und Überhitzerabschnitt
konzentrierbar ist.
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Bei
der erfindungsgemäßen Lösung läßt sich durch
das Vorsehen eines Verdampferabschnitts und eines Überhitzerabschnitts
die örtliche
Position eben zwischen Verdampfung und Überhitzung festlegen. Dadurch
führen
Schwankungen in der solaren Einstrahlung nicht zur Variation der örtlichen
Position der Phasenübergänge; solch
eine Variation führt
zu einer erheblichen thermomechanischen Belastung des Systems, die
erfindungsgemäß vermieden
ist.
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Dadurch,
daß Solarstrahlung
durch den Heliostaten auf insbesondere einstellbare Strahlungsbeaufschlagungsflächen von
Verdampferabschnitt und Überhitzerabschnitt
konzentrierbar ist, lassen sich bei entsprechender Einstellung des
optischen Systems Wärmestromdichten
erreichen, die geringer sind als die Wärmestromdichten bei üblichen
Turmkonzepten (800 kW/m2 bis 1500 kW/m2). Erfindungsgemäß lassen sich Wärmestromdichten
unterhalb ca. 400 kW/m2 einstellen. Dies
bedeutet, daß konventionelle
Rohrsysteme verwendet werden können, um
das Medium, insbesondere Wasser, durch den zentralen Empfänger zu
führen.
Die thermomechanischen Belastungen entsprechender Rohrsysteme lassen
sich minimieren.
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Bei
Parabolrinnenkollektoren lassen sich Konzentrationsfaktoren der
Solarstrahlung im Bereich von 90 erreichen, während bei Konzepten mit zentralen
Empfängern
(Turmreceiver-Konzepte) sich Konzentrationsfaktoren bis zu 1000
erreichen lassen. Umgerechnet weisen konventionelle fossile Dampferzeuger
einen Konzentrationsfaktor von etwa 200 bis 300 auf. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird
die Konzentration auf solche Konzentrationsfaktoren von 200 bis
ca. 300 eingestellt, so daß Rohrsysteme
verwendet werden können,
wie sie bei konventionellen fossilen Dampferzeugern benutzt werden.
Die Anlage ist aber bezüglich
des zentralen Empfängers
kompakter aufgebaut als im Zusammenhang mit Parabolrinnenkollektoren.
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Insbesondere
ist es vorteilhaft, wenn Verdampferabschnitt und Überhitzerabschnitt
in Reihe angeordnet sind.
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Vorteilhafterweise
ist zwischen dem Verdampferabschnitt und dem Überhitzerabschnitt ein Flüssigkeitsabscheider
angeordnet. In dem Verdampferabschnitt wird ein Zweiphasengemisch
aus Flüssigkeit
und Dampf gebildet. Über
den Flüssigkeitsabscheider
läßt sich
zumindest ein Teil der Flüssigkeit
abscheiden, so daß ein
hoher Dampfanteil in den Überhitzerabschnitt
eintreten kann. Dies hat zur Folge, daß die im Zusammenhang mit Zwei-Phasen-Strömungen auftretenden
Probleme verringert sind. Über
einen Flüssigkeitsabscheider
wird auch die Grenze zwischen Verdampferabschnitt und Überhitzerabschnitt örtlich definiert
festgelegt, so daß diese
Position nicht variieren kann.
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Insbesondere
ist dabei eine Rezirkulationsleitung vorgesehen, über welche
abgeschiedene Flüssigkeit
dem Verdampferabschnitt rückführbar ist. Dadurch
läßt sich
der Verdampfungsendpunkt der Flüssigkeitsverdampfung
gut festlegen.
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Insbesondere
ist der Verdampferabschnitt bezüglich
einer Strömungsführung vertikal
ausgerichtet angeordnet. Es wird dann keine Pumpe benötigt, um
Medium durch den Verdampferabschnitt zu führen, da dieser Transport aufgrund
der Dichteunterschiede im Naturumlauf erfolgt.
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Gleiches
gilt, wenn der Überhitzerabschnitt bezüglich einer
Strömungsführung vertikal
ausgerichtet angeordnet ist.
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Insbesondere
ist der zentrale Empfänger
an einem Turm angeordnet, um auf einfache Weise den zentralen Empfänger erhöht über dem
Heliostaten positionieren zu können,
damit dieser wiederum Solarstrahlung auf den zentralen Empfänger hin
konzentrieren kann.
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Ganz
besonders vorteilhaft ist es, wenn Spiegel des Heliostaten individuell
steuerbar sind, so daß die
Strahlungsbeaufschlagung des Verdampferabschnitts und/oder Überhitzerabschnitts
einstellbar ist. Durch entsprechende Einstellung des optischen Systems,
d. h. der Spiegel des oder der Heliostaten, läßt sich erreichen, daß die Wärmestromdichte
im Verdampferabschnitt und/oder Überhitzerabschnitt keinen
oberen Grenzwert überschreitet
und bei verringerten Einstrahlungsbedingungen auch keinen unteren
Grenzwert unterschreitet. Dadurch läßt sich zum einen erreichen,
daß thermomechanische
Probleme insbesondere bezüglich
Rohren der Strömungsführung vermieden
sind und daß andererseits eine
genügend
große
flächenspezifisch
eingekoppelte Leistung vorliegt, wobei letztere insbesondere so gewählt wird,
daß diese
auch bei schwankenden Einstrahlungsbedingungen im wesentlichen konstant
ist. Es läßt sich
dann eine Anpassung der Wärme
aufnehmenden Flächen
(der strahlungsbeaufschlagten Flächen)
entsprechend den zeitlich variierenden Beheizungsbedingungen, d.
h. den Einstrahlungsbedingungen, realisieren.
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Insbesondere
sind Spiegel des oder der Heliostaten zweiachsig beweglich, um so
eine entsprechende Strahlungskonzentration auf den zentralen Empfänger hin
zu erreichen.
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Es
kann vorgesehen sein, daß Schwenkachsen,
um die ein Spiegel beweglich ist, eine vertikale Ebene aufspannen.
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Insbesondere
ist ein Naturumlauf vorgesehen, d. h. kein Zwangsumlauf für das Medium.
Dieses wird durch Dichteunterschiede transportiert, ohne daß eine Pumpe
vorgesehen werden muß.
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Günstig ist
es, wenn eine strahlungsbeaufschlagte Fläche an einer Strahlungsabsorptionsfläche des
Verdampferabschnitts und/oder Überhitzerabschnitts
einstellbar ist. Es läßt sich
dann verhindern, daß zu
große
Wärmestromdichten
vorliegen, die thermomechanische Probleme verursachen können.
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Ferner
ist es günstig,
wenn eine Steuerungs- und Regelungsvorrichtung vorgesehen ist, mittels welcher
das optische System des Heliostaten so einstellbar ist, daß eine bestimmte
Strahlungsbeaufschlagungsfläche
des Verdampferabschnitts und/oder Überhitzerabschnitts strahlungsbeaufschlagt
ist. Auf diese Weise läßt sich
die Wärmestromdichte
und damit die spezifisch eingekoppelte Leistung an die Strahlungsbedingungen
anpassen, wobei wiederum die eingekoppelte Leistung im wesentlichen
konstant gehalten werden kann, wenn entsprechend die Strahlungsbeaufschlagungsflächen eingestellt
werden.
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Günstig ist
es, wenn eine oder mehrere Wärmeabdeckungen
für eine
Strahlungsabsorptionsfläche
vorgesehen sind. Über
diese Wärmeabdeckungen
lassen sich Teilbereiche der Strahlungsabsorptionsflächen abdecken,
welche nicht strahlungsbeaufschlagt sind. Es lassen sich dann thermische
Verluste in diesen Teilbereichen reduzieren. Insbesondere sind dabei
die Wärmeabschirmungen
beweglich an einem Turm angeordnet und insbesondere vertikal verschiebbar,
um so eine stufenlose Anpassung und damit optimierte Steuerung bzw.
Regelung der Strahlungsbeaufschlagungsflächen zu erreichen.
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Insbesondere
ist einstellbar, daß Teilflächen der
Gesamtstrahlungsabsorptionsflächen
des Verdampferabschnitts und/oder Überhitzerabschnitts strahlungsbeaufschlagbar
sind.
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Günstigerweise
weisen Verdampferabschnitt und Überhitzerabschnitt
getrennte Strahlungsabsorptionsflächen auf, um eine Optimierung
bezüglich Verdampfung
und Überhitzung
getrennt erreichen zu können.
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Bei
einer Variante einer Ausführungsform
ist es vorgesehen, daß ein
Eingang für
zu verdampfendes Medium im Verdampferabschnitt und/oder Überhitzerabschnitt
einstellbar ist. Ferner kann es vorgesehen sein, daß ein Ausgang
von Medium aus dem Verdampferabschnitt und/oder Überhitzerabschnitt einstellbar
ist. Dadurch läßt sich
dann eine Strömungsstrecke
des Mediums jeweils durch den Verdampferabschnitt und/oder Überhitzerabschnitt
einstellen und damit wiederum die Wärme aufnehmende Fläche. Die
Wärme aufnehmende
Fläche
läßt sich damit über den
Strömungsweg
des Mediums einstellen oder auch über die strahlungsbeaufschlagte
Fläche.
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Es
ist vorgesehen, daß die
Strahlungsbeaufschlagungsflächen
von Verdampferstrang und Überhitzerstrang
proportional gesteuert einstellbar sind, um bei variierenden Einstrahlungsbedingungen
gleiche Werte für
den erzeugten überhitzten
Dampf zu erhalten.
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Der
Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte
Verfahren so zu verbessern, daß thermomechanische
Belastungen der Strömungsführung minimiert
sind.
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Diese
Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß flüssiges Medium
durch einen Verdampferabschnitt zur Verdampfung geführt wird
und daß verdampftes
Medium durch einen Überhitzerabschnitt geführt wird,
wobei Verdampferabschnitt und Überhitzerabschnitt
mit konzentrierter Solarstrahlung beaufschlagt werden, daß Strahlungsbeaufschlagungsflächen des
Verdampferabschnitts und/oder des Überhitzerabschnitts optisch
eingestellt werden und daß die
Einstellung so erfolgt, daß eine
Wärmestromdichte
kleiner ist als 450 kW/m2.
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Die
Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens
wurden bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Anlage
zur solarthermischen Dampferzeugung erläutert.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen wurden ebenfalls bereits im Zusammenhang
mit der erfindungsgemäßen Anlage
erläutert.
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Es
ist erfindungsgemäß vorgesehen,
daß Strahlungsbeaufschlagungsflächen des
Verdampferabschnitts und/oder des Überhitzerabschnitts optisch eingestellt
werden. Dadurch lassen sich Wärmestromdichten
an dem zentralen Empfänger
einstellen, welche derart sind, daß thermomechanische Probleme
und insbesondere Materialprobleme vermindert sind.
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Die
Einstellung erfolgt so, daß eine
Wärmestromdichte
kleiner ist als 450 kW/m2. Dadurch lassen
sich eben solche thermomechanischen Elemente und insbesondere Belastungen
des Rohrsystems reduzieren. Die Auslegung der Anlage erfolgt dabei vorzugsweise
so, daß bei Überschreitung
dieser Wärmestromdichte
nur ein Teil der Solarstrahlung auf den zentralen Empfänger konzentriert
wird, um unterhalb dieser Wärmestromdichte
zu kommen. Wird diese unterschritten, dann werden nur Teilbereiche des
Verdampferabschnitts und Überhitzerabschnitts strahlungsbeaufschlagt,
um die eingekoppelte flächenspezifische
Leistung im wesentlichen konstant zu halten.
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Insbesondere
ist es vorgesehen, daß durch den
Verdampferabschnitt eine Mediummenge geführt wird, welche ein Mehrfaches
der verdampfbaren Mediummenge ist. Dadurch ist für eine ausreichende Kühlung von
Rohrwänden
des Verdampferabschnitts gesorgt.
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Es
kann vorgesehen sein, daß ein
Teilbereich der gesamten Strahlungsabsorptionsfläche des Verdampferabschnitts
und/oder Überhitzerabschnitts strahlungsbeaufschlagt
wird, wenn geringe Einstrahlungsbedingungen vorliegen. Beispielsweise
erfolgt die Auslegung der Anlage derart, daß bei einem Arbeitspunkt die
gesamte Strahlungsabsorptionsfläche strahlungsbeaufschlagt
wird. Liegen erhöhte
Einstrahlungsbedingungen vor, so erfolgt keine erhöhte Strahlungsbeaufschlagung,
vielmehr wird Solarstrahlung bezüglich
der Beaufschlagung des zentralen Empfängers abgekoppelt. Wenn geringe
Einstrahlungsbedingungen vorliegen, dann wird nur ein Teilbereich
der gesamten Strahlungsabsorptionsfläche strahlungsbeaufschlagt,
um die eingekoppelte flächenspezifische
Leistung und damit die Wärmestromdichte
konstant zu halten.
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Die
Teilbereiche werden dabei über
das optische System zur Strahlungsbeaufschlagung eingestellt, insbesondere über Positionierung
von Spiegeln eines oder mehrerer Heliostaten.
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Die
nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang
mit der Zeichnung der näheren
Erläuterung
der Erfindung. Es zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Anlage
zur solarthermischen Dampferzeugung in schematischer Darstellung
und
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2 die
Anlage gemäß 1 bei
Teilbeaufschlagung von Strahlungsabsorptionsflächen.
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Ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Anlage
zur solarthermischen Dampferzeugung, welches in 1 als
Ganzes mit 10 bezeichnet ist, umfaßt einen Turm 12,
an welchem ein als Ganzes mit 14 bezeichneter zentraler
Empfänger
angeordnet ist. Der zentrale Empfänger ist in einem vertikalen
Abstand zu einer Bodenfläche 16 angeordnet. Er
wird deshalb auch als Turmreceiver bezeichnet.
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An
der Bodenfläche 16 sitzt
ein Heliostat 18 oder sitzen mehrere Heliostaten. Diese
umfassen Spiegel 20, durch welche Solarstrahlung 22 auf
den zentralen Empfänger 14 konzentrierbar
ist.
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Der
zentrale Empfänger 14 ist
in einem vertikalen Abstand zu den Spiegeln 20 des Heliostaten 18 bzw.
der Heliostaten angeordnet, so daß eine Konzentration von solarer
Direkteinstrahlung durch den Heliostaten 18 auf den zentralen
Empfänger 14 ermöglicht ist.
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Die
Spiegel 20 sind in zwei Achsrichtungen beweglich und insbesondere
schwenkbar. Eine Achsrichtung ist dabei vorzugsweise parallel zur
Bodenfläche 16 (senkrecht
zur Zeichenebene gemäß 1).
Die andere Schwenkachse ist senkrecht zur Bodenfläche 16.
Die beiden Achsen spannen dadurch eine Vertikalebene zur Bodenfläche 16 auf.
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Die
Spiegel 20 des oder der Heliostaten 18 sind individuell
beweglich, so daß eine
Strahlungsbeaufschlagungsfläche
an dem zentralen Empfänger 14 über das
optische System, d. h. die Spiegel 20 des Heliostaten 18,
einstellbar ist.
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Zur
individuellen Steuerung der Schwenkposition der Spiegel 20 des
Heliostaten 18 ist eine Steuerungs- und Regelungsvorrichtung 24 vorgesehen. Vorzugsweise
werden dabei Meßdaten,
welche die solaren Einstrahlungsbedingungen erfassen, an die Steuerungs-
und Regelungsvorrichtung 24 weitergegeben, so daß diese
die Position der Spiegel 20 in Abhängigkeit der solaren Einstrahlungsbedingungen regeln
kann.
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Der
erfindungsgemäße zentrale
Empfänger 14 umfaßt einen
Verdampferabschnitt 26 und einen Überhitzerabschnitt 28.
Verdampferabschnitt 26 und Überhitzerabschnitt 28 sind
in Reihe geschaltet. Der Verdampferabschnitt 26 weist dabei
eine Strömungsführung 30 für das zu
verdampfende Medium, insbesondere Wasser, auf, welche im wesentlichen
in einer Längsrichtung 32 des
Turms 12 ausgerichtet und insbesondere vertikal ausgerichtet
ist.
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Ebenso
weist der Überhitzerabschnitt 28 eine
Strömungsführung 34 für zu überhitzendes
Medium auf, welche in Längsrichtung 32 des
Turms 12 angeordnet ist und insbesondere vertikal ausgerichtet
angeordnet ist.
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Der
Verdampferabschnitt 26 weist eine Strahlungsabsorptionsfläche 36 auf,
auf die konzentrierte Solarstrahlung von dem Heliostaten 18 richtbar ist.
Diese Strahlungsabsorptionsfläche
bildet dann, wenn sie mit Strahlung beaufschlagt ist, eine Wärme aufnehmende
Fläche
des Verdampferabschnitts 26, wobei bei der Durchströmung des
Verdampferabschnitts 26 dann das Medium Wärme aufnehmen kann.
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Ebenso
weist der Überhitzerabschnitt 28 eine
Strahlungsabsorptionsfläche 38 auf,
welche, wenn sie mit konzentrierter Solarstrahlung vom Heliostaten 18 her
beaufschlagt wird, eine Wärme
aufnehmende Fläche
bildet, um das Medium weiter zu erhitzen.
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Medium,
insbesondere Speisewasser, wird über
eine Leitung 40 durch den Turm 12 zu einem Eingang 42 des
Verdampferabschnitts 26 geführt. Ein vertikal über dem
Eingang 42 angeordneter Ausgang 44 des Verdampferabschnitts 26 steht
in fluidwirksamer Verbindung mit einem Eingang 46 des Überhitzerabschnitts 28.
Zwischen dem Ausgang 44 des Verdampferabschnitts 26 und
dem Eingang 46 des Überhitzerabschnitts 28 ist
ein Flüssigkeitsabscheider 48 angeordnet,
mittels dem sich aus einer sich im Verdampferabschnitt 26 ausbildenden Zwei-Phasen-Strömung (Flüssigkeit
und Dampf) Flüssigkeit
abscheiden läßt. Der
Dampfanteil wird dem Eingang 46 des Überhitzerabschnitts 28 zugeführt.
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Ein
Ausgang 50 des Flüssigkeitsabscheiders 48 ist
an den Eingang 42 des Verdampferabschnitts 26 gekoppelt,
so daß abgeschiedene
Flüssigkeit
in dem Verdampferabschnitt 26 rezirkulierbar ist. Dazu ist
zwischen dem Ausgang 50 des Flüssigkeitsabscheiders 48 und
dem Eingang 42 des Verdampferabschnitts 26 eine
Rezirkulationsleitung 52 angeordnet.
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Bei
dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird frisches
Speisewasser in die Rezirkulationsleitung 52 eingekoppelt,
d. h. rezirkuliertes Medium und frisches Medium (frisches Speisewasser) werden
in der Rezirkulationsleitung 52 gemischt und dem Eingang 42 des
Verdampferabschnitts 26 zugeführt.
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Der Überhitzerabschnitt 28 weist
einen Ausgang 54 auf, welcher oberhalb seines Eingangs 46 liegt.
(Der Eingang 46 des Überhitzerabschnitts 28 liegt
oberhalb des Ausgangs 44 des Verdampferabschnitts 26.)
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Von
dem Ausgang 54 des Überhitzerabschnitts 28 ist
eine Leitung 56 durch den Turm nach unten, zu der Bodenfläche 16 hin,
geführt. Über diese Leitung
wird der solarthermisch erzeugte überhitzte Dampf, der einen
typischen Druck von 100 bar bei einer Temperatur von 550°C aufweist,
ausgekoppelt. Bei diesen Vorgaben beträgt der Anteil der Verdampferstrecke
63 % und der Anteil der Überhitzerstrecke 57
% der Gesamterhitzungsstrecke.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur solarthermischen Erzeugung von Dampf funktioniert wie folgt:
Solarstrahlung 22 wird über den
oder die Heliostaten 18 auf den zentralen Empfänger 14 gerichtet
und dabei konzentriert. Medium wie Wasser durchströmt den zentralen
Empfänger 14 in
einem Naturumlauf, d. h. die Dichteunterschiede in dem Wasser genügen, um
dieses durch den zentralen Empfänger 14 zu treiben;
es muß keine
Pumpe vorgesehen werden. Ferner wird das Medium direkt verdampft
und überhitzt,
d. h. es ist kein Zwischenkreislauf vorgesehen.
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Das
Medium durchströmt
zuerst den Verdampferabschnitt 26, es wird zumindest teilweise Flüssigkeit über den
Flüssigkeitsabscheider 48 abgeschieden
und rezirkuliert. Dampf durchströmt
dann den Überhitzerabschnitt 28 und
wird dort überhitzt.
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Durch
diese erfindungsgemäße Lösung sind Probleme
bezüglich
einer Zwei-Phasen-Strömung stark
reduziert; die örtliche
Position der Grenze zwischen Verdampferabschnitt 26 und Überhitzerabschnitt 28 ist
definiert festgelegt, insbesondere durch den Flüssigkeitsabscheider 48 (der
eine Abscheidetrommel umfassen kann).
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Das
optische System, d. h. die Spiegel 20 des oder der Heliostaten 18,
werden so gesteuert, daß die
Wärmestromdichte
des Mediums beim Durchlaufen des Verdampferabschnitts 26 und
des Überhitzerabschnitts 28 unterhalb
einer Materialprobleme verursachenden Grenze bleibt. Insbesondere erfolgt
die Strahlungskonzentration über
die Spiegel 20 auf die Strahlungsabsorptionsflächen 36 und 38 des
Verdampferabschnitts 26 und des Überhitzerabschnitts 28 derart,
daß eine
Wärmestromdichte
von ca. 450 kW/m2 nicht überschritten wird. Bei konventionellen
Naturumlaufsystemen mit fossilen Brennstoffen liegt die Wärmestromdichte üblicherweise
zwischen 200 kW/m2 bis 400 kW/m2.
Die Materialprobleme hierzu sind gelöst. Erfindungsgemäß wird nun das
optische System, d. h. der Heliostat 18, so eingestellt,
daß die
genannte Wärmestromdichte
nicht überschritten
wird. Dadurch sind Materialprobleme bei dem zentralen Empfänger 14 vermieden.
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Insbesondere
ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen,
daß eine
Strahlungsbeaufschlagungsfläche 58 (2)
des Verdampferabschnitts 26 und eine Strahlungsbeaufschlagungsfläche 60 des Überhitzerabschnitts 28 einstellbar
sind, wobei diese auch nur Teilflächen der gesamten möglichen
Strahlungsabsorptionsflächen 36 und 38 sein
können.
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Bei
geringerer Einstrahlung wird dann nur ein Teil der Strahlungsabsorptionsflächen 36, 38 genutzt, nämlich die
Strahlungsbeaufschlagungsflächen 58, 60,
welche über
den Heliostaten 18 eingestellt werden.
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Es
sind dann Wärmeabschirmungen 62, 64 jeweils
für den
Verdampferabschnitt 26 und den Überhitzerabschnitt 28 vorgesehen, über welche
sich der nicht strahlungsbeaufschlagte Teil der Strahlungsabsorptionsflächen 36, 38 abdecken
läßt, um über diese
Abstrahlungsverluste möglichst
gering zu halten.
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Diese
Wärmeabschirmungen 62, 64 sind
dabei insbesondere in der Längsrichtung 32 des
Turms 12 beweglich an diesem angeordnet, so daß sie in Abhängigkeit
von der strahlungsbeaufschlagten Fläche den anderen Teil der Strahlungsabsorptionsfläche 36 abdecken
können.
Die Steuerung erfolgt dabei über
die Steuerungs- und Regelungsvorrichtung 24.
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Bei
verringerter Einstrahlung wird erfindungsgemäß nur ein Teil der Strahlungsabsorptionsflächen 36, 38 verwendet,
nämlich
die Strahlungsbeaufschlagungsflächen 58, 60,
wobei diese Flächen wiederum über das
optische System eingestellt werden. Die in den zentralen Empfänger 14 in
dessen Verdampferabschnitt 26 und seinen Überhitzerabschnitt
flächenspezifisch
eingekoppelte Leistung kann dadurch unabhängig von längerfristigen Schwankungen
im solaren Strahlungsangebot im wesentlichen konstant gehalten werden.
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In
dem Verdampferabschnitt 26 strömt eine Speisewassermenge,
welche erheblich größer ist
als die Menge, die überhaupt
verdampft werden kann. Dadurch ist dafür gesorgt, daß eine ausreichende Kühlung der
Strömungsführung 30 vorhanden
ist und somit ebenfalls Materialprobleme bezüglich Rohrwänden der Strömungsführung 30 vermieden
sind.
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Der
zentrale Empfänger 14 kann
beispielsweise durch eine Glasabdeckung gegen die Umgebung abgeschirmt
sein, um konvektive Wärmeverluste
zu verringern (in der Zeichnung nicht gezeigt).
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Es
kann auch vorgesehen sein, daß der
Eingang 42 und/oder der Ausgang 44 des Verdampferabschnitts 26 fixierbar
verschiebbar sind, um so eine Verdampferlänge einstellen zu können, d.
h. eine Strecke in der Strömungsführung 30,
durch welche Speisewasser den Verdampferabschnitt 26 durchströmt.
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Ebenso
kann es vorgesehen sein, daß der Eingang 46 und/oder
der Ausgang 50 des Überhitzerabschnitts 28 fixierbar
verstellbar sind, um so eine Wegstrecke der Strömungsführung 34 von überhitztem
Dampf durch den Überhitzerabschnitt 28 einstellen
zu können.
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Insbesondere
ist es vorgesehen, daß die Teilflächenbeaufschlagung
des Verdampferabschnitts 26 und des Überhitzerabschnitts 28 proportional
zueinander erfolgt, d. h. daß das
Verhältnis
der Strahlungsbeaufschlagungsfläche 58 zu
der gesamten möglichen
Strahlungsabsorptionsfläche 36 des Verdampferabschnitts 26 dem
Verhältnis
der Strahlungsbeaufschlagungsfläche 60 zu
der gesamten möglichen
Strahlungsabsorptionsfläche 38 des Überhitzerabschnitts 28 entspricht.
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Sinngemäß das gleiche
gilt für
die entsprechenden Wegstrecken in den Strömungsführungen 30 und 34,
wenn eine Verstellung der Eingänge 42, 46 und/oder
Ausgänge 44, 50 jeweils
des Verdampferabschnitts 26 und des Überhitzerabschnitts 28 erfolgt.
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Der
zentrale Empfänger 14 der
erfindungsgemäßen Anlage 10 ist
gegenüber
einem Parabolrinnenkollektorabsorber kompakter aufgebaut; dies ist vorteilhaft
bezüglich
der Beherrschung von Transienten. Da der Verdampferabschnitt 26 und
der Überhitzerabschnitt 28 vertikal
verläuft,
ist die Zwei-Phasen-Problematik, die in Parabolrinnenkollektoren
auftritt, reduziert. Weiterhin ist keine Pumpe erforderlich. Bei
einem Parabolrinnenkollektor ist auch eine Variation der aufgeprägten Wärmestromdichte
(über Einstellung
der Strahlungsbeaufschlagungsflächen 58, 60)
nicht möglich,
da die eingekoppelte Leistung von der Breite der Spiegel der Parabolrinnenkollektoren abhängt und
diese Breite konstant ist.
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Weiterhin
lassen sich erheblich höhere
Wärmestromdichten
realisieren; bei Parabolrinnenkollektoren lassen sich üblicherweise
Wärmestromdichten nur
unterhalb ca. 40 kW/m2 erhalten.