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CH716996A2 - Solarkraftwerk mit Feststoffwärmespeicher und Verfahren zur Beladung eines Feststoffwärmespeichers. - Google Patents

Solarkraftwerk mit Feststoffwärmespeicher und Verfahren zur Beladung eines Feststoffwärmespeichers. Download PDF

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CH716996A2
CH716996A2 CH01710/19A CH17102019A CH716996A2 CH 716996 A2 CH716996 A2 CH 716996A2 CH 01710/19 A CH01710/19 A CH 01710/19A CH 17102019 A CH17102019 A CH 17102019A CH 716996 A2 CH716996 A2 CH 716996A2
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CH
Switzerland
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heat
flue gas
temperature
solid
heat storage
Prior art date
Application number
CH01710/19A
Other languages
English (en)
Inventor
Ambrosetti Gianluca
Geissbühler Lukas
Patriarca Moritz
Original Assignee
Synhelion Sa
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Publication date
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Priority to PCT/CH2020/050014 priority patent/WO2021134134A1/de
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Abstract

Verfahren zur Beladung eines Hochtemperatur-Feststoffwärmespeichers (3,13) in einem Solarkraftwerk, wobei dieser über einen verschiedene Abschnitte aufweisenden Fluidströmungsweg in einen Kreislauf von Wärme transportierendem Fluid eingebunden ist, der einen Receiver (1) und einen Verbraucher (2) für Wärme umfasst und wobei das Wärme transportierende Fluid den Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher (3,13) für den Wärmetausch in einem zweiten Abschnitt (FI II, FI w) des Fluidströmungswegs durchquert, dabei bei der Entladung des Hochtemperatur-Wärmespeichers (3,13) von diesem zum Verbraucher (2) fliesst und bei der Beladung vom Receiver (1) zu ihm, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperatur-Wärmespeicher (3,13) für die Beladung durch ein warmes Rauchgas vom Kreislauf getrennt und in einen verschiedene Abschnitte aufweisenden Rauchgasweg geschaltet wird, wobei als Abschnitt (RG II, RG w) des Rauchgaswegs durch den Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher (13) der Abschnitt des Fluid-Strömungswegs (FI II, FI w) durch diesen benutzt wird.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beladung eines Hochtemperatur-Feststoffwärmespeichers in einem Solarkraftwerk nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Solarkraftwerk nach dem Oberbegriff von Anspruch 6.
[0002] Solarkraftwerke erzeugen Wärme, die in einem Verbraucher verwendet wird, sei dies beispielsweise zur Erzeugung von Dampf für den Antrieb einer Turbine, als Prozesswärme für einen Reaktor bzw. für die Industrie oder für eine andere Verwendung. Eines der Probleme beim Betrieb der Solarkraftwerke betrifft die unregelmässige Sonnenstrahlung, wobei zwischen Tagbetrieb und Nachtbetrieb unterschieden werden kann und zum Nachtbetrieb auch Perioden über Tag mit reduzierter Sonneneinstrahlung gezählt werden, beispielsweise aufgrund von Bewölkung, in denen die Wärmeerzeugung nicht mehr sinnvoll aufrecht erhalten werden kann.
[0003] Da der Verbraucher auch Energie während dem Nachtbetrieb benötigt, werden Wärmespeicher verwendet, um dem Verbraucher Wärme während dem Nachtbetrieb zur Verfügung zu stellen.
[0004] Beispielsweise (aber nicht ausschliesslich) werden in Solar-Turmkraftwerken Receiver verwendet, die Temperaturen in einem Wärme transportierenden Fluid von über 1000 °C erzeugen, bis hin zu 2000 °C. Solch ein Receiver ist beispielsweise aus der WO 2018/205 043 bekannt. Für solche Temperaturbereiche, aber auch für tiefere Temperaturbereiche, werden häufig Feststoffwärmespeicher eingesetzt. Ein Beispiel für einen Feststoffwärmespeicher zeigt die WO 2012/027 854. Andere Feststoffwärmespeicher besitzen an Stelle einer Schüttgutfüllung eine Wabenstruktur aus einem Feststoff. Als Feststoff können Stein, Beton, Keramik, feuerfester Werkstoff oder andere geeignete Materialien verwendet werden, wobei das heisse Wärme zirkulierende Fluid durch die Schüttung bzw. Wabenstruktur hindurchfliesst und den Feststoff erwärmt. Ist der Feststoff heiss, kann wiederum kaltes Wärme transportierendes Fluid durch den Feststoff geleitet werden, dessen Wärme aufnehmen und zum Verbraucher transportieren.
[0005] Im Nachtbetrieb kann sich ein Mangel an gespeicherter Wärme für den Verbraucher ergeben, so etwa bei lange andauernder Bewölkung. Natürlich kann auch ein hoher Bedarf des Verbrauchers zum Mangel an Wärme führen. Zur Sicherung des Wärmebedarfs werden deshalb oft Brenner vorgesehen, die über ein heisses Rauchgas Wärme erzeugen, welche wiederum in einem Wärmetauscher an das Wärme transportierende Fluid abgegeben wird und dann direkt dem Verbraucher zugeführt wird.
[0006] Nachteilig an solch einer Anordnung ist der hohe Aufwand für eine Verbrennungsanlage mit den dazu gehörenden Wärmetauschern, wenn diese genügende Kapazität für die Erzeugung der benötigten Wärme aufweisen soll.
[0007] Entsprechend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren für die Beladung von Feststoffwärmespeichern sowie ein entsprechendes Solarkraftwerk zu schaffen.
[0008] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 oder durch ein Solarkraftwerk mit den Merkmalen von Anspruch 6 gelöst.
[0009] Dadurch, dass der Feststoffwärmespeicher mit verschiedenen Fluiden betrieben wird, können aufwendige Installationen wie zusätzliche Wärmetauscher oder zusätzliche Wärmespeicher für einen Rauchgaskreislauf eingespart werden. Dadurch, dass im Feststoffwärmespeicher trotz verschiedener Fluide wie dem Wärme transportierenden Fluid aus dem Receiver und dem Rauchgas aus dem Brenner nur ein einziger, den Fluiden gemeinsamer Strömungsweg vorgesehen wird, entfällt eine aufwendige Anpassung des Wärmespeichers an die verschiedenen Fluide. Im Ergebnis kann ein bereits vorhandener Feststoffwärmespeicher ohne Weiteres für verschiedene Fluide genutzt und als Wärmetauscher zwischen diesen eingesetzt werden.
[0010] Weitere bevorzugte Ausführungsformen weisen die Merkmale der abhängigen Ansprüche auf.
[0011] Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren noch etwas näher beschrieben.
[0012] Es zeigt: Figur 1a schematisch eine erfindungsgemässe Anordnung in einem Solarkraftwerk, Figur 1b die Anordnung nach Figur 1a mit einer erfindungsgemässen Vorwärmung für das Verbrennungsgas, Figur 2 schematisch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Anordnung in einem Solarkraftwerk, Figur 3a schematisch einen Schaltzustand einer Anordnung nach Figur 2, bei welchem ein erster Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher beladen und ein zweiter über einen Verbraucher entladen wird, und Figur 3b schematisch einen Schaltzustand einer Anordnung nach Figur 2, bei welchem der zweite Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher beladen und der erste über einen Verbraucher entladen wird.
[0013] Figur 1a zeigt schematisch die Komponenten eines Solarkraftwerks mit einem Receiver 1, einem Verbraucher 2, einem ersten Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher 3 und einem Brenner 4. Wie oben erwähnt, kann der Verbraucher 2 einen Wärmetauscher 5 oder eine Turbine 6 oder eine andere Komponente aufweisen, über welche die Wärme des Receivers nach dem Solarkraftwerk genutzt wird.
[0014] Im Receiver 1 wird im Tagbetrieb Wärme transportierendes Fluid erwärmt, das auf einem Fluidströmungsweg im Kreislauf zirkuliert. Ein erster Abschnitt des Fluidströmungswegs weist eine Fluidleitungsanordnung mit Fluidleitungen F1 und F2 auf, über die der Wärmespeicher 3 mit dem Receiver 1 in einen Kreislauf geschaltet werden kann, weiter die Fluidleitungen F3 und F4, über die der Wärmespeicher 3 mit dem Verbraucher 2 in einen Kreislauf geschaltet werden kann. Schliesslich sind der Vollständigkeit halber noch die Fluidleitungen F5 und F6 der Fluidleitungsanordnung dargestellt, die den Receiver direkt mit dem Verbraucher verbinden, wenn Wärme transportierendes Fluid nicht oder nur zu einem Teil für die Beladung des Wärmespeichers 3 verwendet werden soll.
[0015] Der Brenner 4 erzeugt heisses Rauchgas, das auf einem Rauchgasweg zum Wärmespeicher 3 und von diesem weg geführt wird. Ein erster Abschnitt des Rauchgaswegs weist eine Rauchgasleitungsanordnung auf, mit einer Rauchgasleitung RG 1, die vom Brenner 4 zum Wärmespeicher 3 hin, und einer Rauchgasleitung RG 2, die vom Wärmespeicher 3 weg führt.
[0016] Ein Verbrennungsgasweg für im Brenner 4 an der Verbrennung teilnehmendes Gas besitzt in einem ersten Abschnitt des Verbrennungsgaswegs eine Verbrennungsgas-Leitungsanordnung, mit einer Gas-Zufuhrleitung GZ 1, die von einem Gasreservoir zum Brenner 4 führt. Das an der Verbrennung teilnehmende Gas kann auch Umgebungsluft sein, wenn im Brenner 4 ein fester Brennstoff verbrannt wird. Es können aber auch zwei an der Verbrennung teilnehmende Gase sein, etwa Umgebungsluft und ein Kohlenwasserstoffgas, wobei dann der Fachmann für den konkreten Fall die entsprechende Leitungsanordnung bereit stellen kann. Es ergibt sich ein Verfahren bei welchem ein mit einem Brennstoff betriebener Brenner für die Erzeugung von Rauchgas vorgesehen und dessen warmes Rauchgas vor dem Hochtemperatur-Wärmespeicher in den Rauchgasweg geschaltet wird.
[0017] Der Wärmespeicher 3 ist, wie oben erwähnt, als Feststoffwärmespeicher ausgebildet, der beispielsweise gemäss der WO 2012/027 854 eine Füllung aus Schüttgut aufweist, durch die das für den Wärmetausch vorgesehen Medium hindurchströmt. Für den in der Figur 1a gezeigten Wärmespeicher 3 bedeutet dies, dass bei der Beladung mit Wärme aus dem Receiver 1 heisses Wärme transportierendes Fluid durch die Fluidleitung F1 von oben in die Schüttgutfüllung eintritt, und diesen auf einem zweiten Abschnitt FI II des Fluidströmungswegs durchquert und unten aus diesem wieder austritt.
[0018] Dabei wird eine oberste Schicht des Schüttguts durch das vom Receiver 1 stammende, heisse Wärme transportierende Fluid erwärmt, das sich dabei selbst abkühlt und als warmes Wärme transportierendes Fluid durch die darunter gelegenen Schichten des Schüttguts weiter strömt und nach dem Wärmespeicher 3 durch die Fluidleitung F2 in den Reciever 1 zurückgelangt. Im Receiver 1 wird das warme Wärme transportierende Fluid wieder aufgeheizt, gelangt durch die Fluidleitung F1 als heisses Wärme transportierendes Fluid wieder in den Wärmespeicher 3, strömt durch dessen bereits heisse oberste Schüttgutschicht hindurch und erwärmt die darunter liegende Schicht, wo es sich wiederum abkühlt und als warmes Wärme transportierendes Fluid via Fluidleitung F2 zurück in den Reciever 1 gelangt. Dieser Kreislauf wird fortgesetzt, bis die heisse Schüttgutfüllung des Wärmespeichers 1 über dessen ganze Höhe von oben nach unten (bzw. in Strömungsrichtung des Wärme transportierenden Fluids) gewachsen ist, so dass er schliesslich mit Wärme beladen ist.
[0019] Beim Receiver 1 beträgt die Ausgangstemperatur beispielsweise 1500 °C und die Eingangstemperatur beispielsweise 900 °C, so dass beim in Figur 1a gezeigten Beispiel heisses Wärme transportierendes Fluid die Temperatur 1500 °C und warmes Wärme transportierendes Fluid die Temperatur von 900 °C aufweist.
[0020] Bei der Entladung des Wärmespeichers 3 gelangt warmes Wärme transportierendes Fluid vom Verbraucher 2 her durch die Fluidleitung F3 von unten in diesen hinein und durchquert ihn auf dem zweiten Abschnitt FI II des Fluidströmungswegs von unten nach oben, heizt sich dabei auf, kühlt dabei die unterste Schicht der Schüttgutfüllung ab und strömt nach oben, wo es als heisses Wärme transportierendes Fluid über die Fluidleitung F4 zurück zum Verbraucher 2 geführt wird. Dieser Vorgang setzt sich fort, wobei dann die warme untere Zone des Schüttguts im Wärmespeicher 3 nach oben (bzw. in Strömungsrichtung) wächst, dessen obere heisse Zone gegen oben schrumpft, bis sie verschwunden und damit der Wärmespeicher 3 entladen ist.
[0021] Tritt der Fall ein, dass im Nachtbetrieb der Verbraucher 2 mehr Wärme konsumiert, als im Wärmespeicher 3 gespeichert ist, beispielsweise wenn der Tagbetrieb durch Bewölkung verkürzt worden ist, kann dieser über heisse Rauchgase des Brenners 4 mit Wärme nachgefüllt werden. Dazu müssen allerdings alle Fluidleitungen F1 bis F4 zum Receiver 1 und dem Verbraucher 3 durch geeignete Schaltorgane unterbrochen werden, so dass nur Rauchgas auf einem zweiten Abschnitt RG II des Rauchgaswegs durch den Wärmespeicher 3 fliesst. Diese Schaltorgane kann der Fachmann für den konkreten Fall betriebsfähig vorsehen. Sie sind zur Entlastung der Figuren weggelassen.
[0022] Erfindungsgemäss ist es nun so, dass der zweite Abschnitt RG II des Rauchgaswegs durch den zweiten Abschnitt FI II des Fluid-Strömungswegs gebildet wird, d.h. dass die verschiedenen Fluide, nämlich einerseits das Wärme transportierende Fluid und andererseits das Rauchgas, alternierend an den Orten durch den Wärmespeicher 3 fliessen, an denen vorher das andere Fluid durchgeflossen ist. Der Strömungspfad des Rauchgases ist von demjenigen des Wärme transportierenden Fluids nicht getrennt, sondern fällt mit diesem zusammen. In der Figur 1a ist dies durch den gestrichelt eingezeichneten einzigen Strömungsweg durch den Wärmespeicher 3 symbolisiert, obschon natürlich in der Realität die Fluide auf der ganzen Breite des Schüttguts den Wärmespeicher durchqueren.
[0023] Trotz der Zuschaltung einer weiteren Wärmequelle kann damit der Wärmespeicher 3 unverändert verwendet werden, wobei seine normale Kapazität genügt, auch wenn der Verbraucher 2 mehr Wärme konsumiert, als normalerweise vorgesehen ist. Dies erlaubt umgekehrt auch, den Wärmespeicher 3 für die Speicherung von Wärme eines durchschnittlichen Tags vorzusehen und nicht für die Speicher einer Wärmemenge, wie sie an einem Tag maximal anfallen kann oder wie sie maximal während der Nachtperiode nachgefragt werden könnte.
[0024] Es ergibt sich ein Solarkraftwerk mit einem Receiver, wenigstens einem Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher, einem Verbraucher und einer einen ersten Abschnitt eines Fluidströmungswegs bildenden Fluidleitungsanordnung für ein Wärme transportierendes Fluid, die für dessen Zirkulation den Receiver, den Feststoff-Hochtemperaturwärmespeicher und den Verbraucher betriebsfähig miteinander verbindet, wobei der Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher für den Wärmetausch mit dem Wärme transportierenden Fluid einen zweiten Abschnitt des Fluid - Strömungswegs aufweist, und wobei weiter ein Brenner und eine einen ersten Abschnitt eines Rauchgaswegs bildende Rauchgas-Leitungsanordnung für die Rauchgase des Brenners vorgesehen ist, die vom Brenner zum Feststoff-Hochtemperaturwärmespeicher und nach diesem von ihm weg führt, wobei der Feststoff-Hochtemperaturwärmespeicher zum Wärmetausch mit dem Rauchgas einen zweiten Abschnitt des Rauchgaswegs aufweist, der durch den zweiten Abschnitt des Fluid - Strömungswegs gebildet ist(oder umgekehrt, da die beiden Wege hier zusammenfallen).
[0025] Figur 1b zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei gegenüber Figur 1a zusätzlich ein Niedertemperatur- Feststoffwärmespeicher 8 vorgesehen ist, der durch die Rauchgasleitung RG 2 mit dem Hochtemperatur-Wärmespeicher 3 verbunden ist, so dass vor dem Wärmespeicher 3 heisses (hier 1500 °C), nach ihm warmes (hier 900 °C) Rauchgas weiter auf einem vierten Abschnitt RG IV des Rauchgaswegs durch den Niedertemperatur-Feststoffwärmespeicher 8 hindurch strömen kann, sich dabei weiter abkühlt und aus diesem durch die Rauchgasleitung RG 3 als kaltes (hier mit Umgebungstemperatur) Rauchgas nach aussen abgegeben wird. Dadurch erwärmt sich der Niedertemperatur-Feststoffwärmespeicher von beispielsweise Umgebungstemperatur auf 900 °C, wird also mit Niedertemperaturwärme beladen.
[0026] Für die nachfolgende Beschreibung werden die Begriffe heiss, warm und kalt weiter verwendet, wobei diese je nach der Auslegung der konkreten Anlage nicht nur 1500 °C, 900 °C und Umgebungstemperatur bedeuten müssen, sondern andere, geeignete Temperatur-Schwellwerte sein können.
[0027] Entsprechend besitzt die Verbrennungsgas-Leitungsanordnung eine Gas-Zufuhrleitung GZ 2, die in den Niedertemperatur- Feststoffwärmespeicher 8 hineinführt, so dass ein Verbrennungsgas auf einem zweiten Abschnitt VG II des Verbrennungsgaswegs diesen durchquert, in diesem vorgewärmt wird und über die Gas-Zufuhrleitung GZ 3 den Brenner 4 als warmes Verbrennungsgas erreicht. Es ergibt sich ein Verfahren bei welchem bevorzugt das Rauchgas nach dem für dessen Beladung erfolgten Durchfluss durch einen Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher in einen Niedertemperatur-Feststoffwärmespeicher gleitet und diesen auf einem Abschnitt des Rauchgaswegs durchquert und dann nach aussen abgegeben wird.
[0028] Wiederum ist es erfindungsgemäss so, dass der vierte Abschnitt RG IV des Rauchgaswegs durch den zweiten Abschnitt VerbrG II des Verbrennungsgaswegs gebildet wird, d.h. dass die verschiedenen Fluide, nämlich einerseits das Rauchgas und andererseits das Verbrennungsgas alternierend an den Orten durch den Niedertemperatur-Feststoffwärmespeicher 8 fliessen, an denen vorher das andere Fluid durchgeflossen ist. Der Strömungspfad des Rauchgases ist von demjenigen des Verbrennungsgases nicht getrennt, sondern fällt mit diesem zusammen. In der Figur 1b (wie auch in den anderen Figuren) ist dies durch den gestrichelt eingezeichneten einzigen Strömungsweg durch den Niedertemperatur-Feststoffwärmespeicher 8 symbolisiert, obschon natürlich in der Realität die Fluide auf der ganzen Breite des Schüttguts den Wärmespeicher durchqueren.
[0029] In der gezeigten Ausführungsform von Figur 1b ist zusätzlich eine Rauchgasleitung FG 2' vorgesehen, die nach dem Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher 3 direkt nach aussen führt. Dadurch ist es möglich, in einem Betriebsmodus die Rauchgase via die Rauchgasleitung RG 2 durch den Niedertemperatur-Wärmespeicher 8 hindurchzuleiten und diesen mit Wärme zu beladen, während der Brenner 4 über die Gaszufuhrleitung 1 mit Verbrennungsgas beliefert wird. In einem anderen Betriebsmodus wird das Rauchgas via die Rauchgasleitung 2' nach aussen abgegeben, so dass das Verbrennungsgas über die Gaszufuhrleitung 2 durch den Niedertemperatur-Wärmespeicher vorgewärmt wird und via die Gaszufuhrleitung 8 in den Brenner 4 gelangt. Auf diese Weise wird wenigstens eine Teilrekuperation der Wärme der Rauchgase erreicht. Eine volle Rekuperation erlaubt beispielsweise die in Figur 2 gezeigte Anordnung mit zwei Niedertemperatur-Feststoffwärmespeichern 8,18.
[0030] Es ergibt sich ein Solarkraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei weiter bevorzugt ein Feststoff-Niedertemperaturwärmespeicher und eine einen ersten Abschnitt eines Verbrennungsgaswegs bildende Gaszufuhr-Leitungsanordnung für ein zu verbrennendes Gas vorgesehen sind, wobei der Feststoff-Niedertemperaturwärmespeicher für den Wärmetausch mit dem Rauchgas einen vierten Abschnitt des Rauchgaswegs und für den Wärmetausch mit dem zu verbrennenden Gas einen zweiten Abschnitt des Verbrennungsgaswegs aufweist, der durch den vierten Abschnitt des Rauchgaswegs (oder umgekehrt, da die beiden Wege hier zusammenfallen) gebildet ist.
[0031] Wie oben erwähnt, sind zur Entlastung der Figuren 1a und 1b Schaltorgane für die betriebsfähige Schaltung der Leitungsanordnungen für das Wärme transportierende Fluid, das Rauchgas und das Verbrennungsgas nicht eingezeichnet. Die Schaltorgane erlauben entsprechend unter anderem einen Schaltzustand, bei welchem im Betrieb vom Brenner herkommendes Rauchgas unter Wärmetausch mit diesem zuerst durch den Feststoff-Hochtemperaturwärmespeicher und dann unter weiterem Wärmetausch durch den Feststoff-Niedertemperaturwärmespeicher strömt. Weiter erlauben die Schaltorgane unter anderem einen Schaltzustand, bei welchem im Betrieb ein Verbrennungsgas von aussen zuerst unter Wärmetausch mit diesem in den Niedertemperatur-Feststoffwärmespeicher und dann vorgewärmt zum Brenner strömt.
[0032] Figur 2 zeigt eine Anordnung, die eine Beladung eines Hochtemperatur-Feststoffwärmespeichers 3 durch den Brenner 4 erlaubt, während ein anderer Hochtemperatur-Feststoffwärmespeichers 13 entladen wird, so dass im Gegensatz zur Anordnung gemäss den Figuren 1a und 1b der Verbraucher 2 stets und ohne Unterbrechung mit Wärme beliefert werden kann. In den Figuren 3a und 3b sind dann mögliche Schaltzustände für diese Anordnung explizit gezeigt.
[0033] Dazu ist ein weiterer Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher 13 zum ersten Hochtemperatur-Wärmespeicher 3 im Fluidströmungsweg parallel geschaltet. Dazu weist die Fluidleitungsanordnung in den Fluidleitungen F1 eine Verzweigung 12 und in der Fluidleitung F2 einen Sammler 13 auf, so dass der Fluidleitungsabschnitt F1a zum Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher 3 und Fluidleitungsabschnitt F1b zum Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher 13 führt, und die Fluidleitungsabschnitte F2a bzw. F2b von diesen wieder weg. Die Verzweigung 12 und der Sammler 13 weisen beispielsweise ein Dreiweg-Ventil auf, so dass entweder der Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher 3 oder der Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher 13 in die Fluidleitungen F1 und F2, damit in den Kreislauf mit dem Receiver 1 geschaltet ist.
[0034] Ebenso weist die Fluidleitungsanordnung in den Fluidleitungen F3 und F4 eine Verzweigung 14 und einen Sammler 15 auf, so dass der Fluidleitungsabschnitt F3a zum Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher 3 und Fluidleitungsabschnitt F3b zum Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher 13 führt, und die Fluidleitungsabschnitte F4a bzw. F4b von diesen wieder weg. Die Verzweigung 14 und der Sammler 13 weisen beispielsweise ein Dreiweg-Ventil auf, so dass entweder der Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher 3 oder der Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher 13 in die Fluidleitungen F3 und F4, damit in den Kreislauf mit dem Verbraucher 2 geschaltet ist.
[0035] Wie bei dem in der Figur 1a gezeigten Hochtemperatur-Wärmespeicher 3 bedeutet dies, dass bei der Beladung mit Wärme aus dem Receiver 1 heisses Wärme transportierendes Fluid durch die Fluidleitung F1b von oben (bzw. in Strömungsrichtung des Wärme transportierenden Fluids) in die Schüttgutfüllung des weitern Hochtemperatur-Wärmespeichers 13 eintritt, und diesen auf einem weiteren Abschnitt FI w des Fluidströmungswegs durchquert und unten aus diesem wieder austritt.
[0036] Ebenso fliesst bei entsprechender Schaltung der jeweiligen Leitungen alternativ Rauchgas auf einem weiteren Abschnitt RG w des Rauchgaswegs durch den Wärmespeicher 13: im Rauchgasweg weist die Rauchgasleitung RG 1 eine Verzweigung 16 auf, die wiederum als Dreiweg-Ventil ausgebildet werden kann, so dass ein Rauchgasleitungsabschnitt RG 1a zum Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher 3 und ein Rauchgasleitungsabschnitt RG 1b zum Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher 13 führt und einer dieser Wärmespeicher zur Beladung mit heissem Rauchgas versorgt werden kann, während der Andere entweder über die Leitungen F3, F4 in den Kreislauf zum Verbraucher 2 geschaltet ist und entladen oder über die Leitungen F1, F2 in den Kreislauf zum Receiver 1 und dann ebenfalls beladen wird.
[0037] Neben dem Niedertemperatur-Feststoffwärmespeicher 8 ist ein weiterer Niedertemperatur-Feststoffwärmespeicher 18 vorgesehen, der mit der Rauchgasleitung RG 4 mit dem Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher 13 verbunden ist. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass der Fachmann im konkreten Fall auch Rauchgasleitungen derart vorsehen kann, dass jeder der Niedertemperatur-Feststoffwärmespeicher 8 und 18 wahlweise mit einem oder beiden der Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher 3 oder 13 verbunden werden kann. Letzteres kann von Vorteil sein, wenn beispielsweise die Kapazität der Niedertemperaturwärmespeicher 8,18 klein ist, so dass der alternierende Betrieb (Beladung durch Rauchgase, Entladung durch Vorwärmung des Verbrennungsgases) während der Beladung mit Wärme nur aus einem der Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher 3,13 erfolgt. So können beispielsweise bei einer Anordnung mit nur einem Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher 3 nach Figur 1b ebenfalls mehrrere Niedertemperatur-Feststoffwärmespeicher vorgesehen werden. In diesem Fall könnte dann eine nach aussen führende Rauchgasleitung 2' entfallen. Solche Varianten in der Schaltung der Rauchgas-bzw. Verbrennungsgasleitungen kann der Fachmann im konkreten Fall geeignet vorsehen.
[0038] Im Ergebnis strömt das heisse Rauchgas in einen der Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher 3 oder 13, lädt diesen und kühlt sich dabei ab, so dass es als warmes Rauchgas einen der Niedertemperatur-Feststoffwärmespeicher 8 und 18 erreicht, diesen belädt und als kaltes Rauchgas über die Rauchgasleitungen RG 3 oder RG 5 nach aussen abgegeben wird.
[0039] Der Verbrennungsgasweg weist entsprechend neben der Gaszufuhrleitung GZ 2 eine Gaszufuhrleitung GZ 4 auf, die in den Niedertemperatur-Feststoffwärmespeicher 18 führt. Dabei wird das Verbrennungsgas, wie es beim Niedertemperatur-Feststoffwärmespeicher 8 der Fall ist, auf einem weiteren Abschnitt VerbrG w des Verbrennungsgaswegs durch den diesen hindurchgeführt, wobei dieser zusammenfällt mit dem weiteren Abschnitt RG w des Rauchgaswegs.
[0040] Die Gaszufuhrleitung GZ 3 weist nun, da zwei Niedertemperatur-Feststoffwärmespeicher 8 und 18 vorhanden sind, einen Sammler 15 auf, der die beiden Gaszufuhrleitungen GZ 3a und 3b aus den Niedertemperatur-Feststoffwärmespeicher 8 und 18 zusammenfasst, so dass in diesen vorgewärmtes, warmes Verbrennungsgas zum Brenner 4 geleitet werden kann. Vorteilhaft an dieser Anordnung ist (s. dazu die Figuren 3a und 3b), dass in dieser Konfiguration im Betrieb des Brenners 4 zum Beladen eines der Hochtemperatur-Feststoffwärmespeichers 3 oder 13 der Brenner 4 mit vorgewärmter, warmem Verbrennungsgas aus einem der Niedertemperatur-Feststoffwärmespeicher 8 oder 18 versorgt werden kann, während das warme Rauchgas aus dem jeweiligen Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher 3 oder 13 den anderen Niedertemperatur-Feststoffwärmespeicher 18 oder 8 mit Wärme belädt. Dadurch kann die Wärme der warmen Rauchgase rekuperiert werden. Auch hier gilt, dass die dazu notwendigen Wärmspeicher von einfacher Konstruktion sind und aufwendige Rekuperationsanlagen entfallen.
[0041] Es ergibt sich ein Solarkraftwerk bei welchem bevorzugt ein weiterer, mit der Fluidleitungsanordnung und der Rauchgas-Leitungsanordnung betriebsfähig verbundener Feststoff-Hochtemperaturwärmespeicher vorgesehen ist, der für den Wärmetausch mit dem Wärme transportierenden Fluid einen weiteren Abschnitt des Fluid - Strömungswegs und für den Wärmetausch mit dem Rauchgas einen weiteren Abschnitt des Rauchgaswegs aufweist, der durch den weiteren Abschnitt des Fluid-Strömungsweg gebildet ist.
[0042] Es ergibt sich ein Solarkraftwerk bei welchem bevorzugt ein weiterer, mit der Rauchgas-Leitungsanordnung und der Gaszufuhr-Leitungsanordnung verbundener Feststoff-Niedertemperaturwärmespeicher vorgesehen ist, der für den Wärmetausch mit dem Rauchgas einen weiteren Abschnitt des Rauchgaswegs und für den Wärmetausch mit dem Verbrennungsgas einen weiteren Abschnitt des Verbrennungsgaswegs aufweist, der durch den weiteren Abschnitt des Rauchgaswegs gebildet ist.
[0043] Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass wie oben beschrieben, die Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher und die Niedertemperatur-Feststoffwärmespeicher als Hochtemperatur und Niedertemperaturbereich in einem einzigen Feststoffwärmespeicher ausgebildet werden können, indem die Leitungsanordnungen in entsprechender Höhe in das Feststoffspeichermedium hinein geführt werden, so dass sich eine Hochtemperaturzone und eine Niedertemperaturzone ausbildet.
[0044] Wie oben erwähnt, ist es so, dass ein Feststoffwärmespeicher nicht wie im Stand der Technik nur durch ein Fluid mit Wärme beladen bzw. entladen wird, sondern durch mehrere Fluide, so dass erfindungsgemäss ein solcher Feststoffwärmespeicher nicht nur Wärme speichert, sondern auch in der Funktion des Wärmetauschers die Wärme von einem Fluid auf das andere Fluid überträgt, wobei beispielsweise zusätzliche Wärmeverluste, wie sie in einem Wärmetauscher der Natur der Sache nach anfallen, vollständig vermieden werden können. Bis auf die entsprechende Ausbildung der Leitungsanordnungen entsteht trotz der erheblichen verfahrenstechnischen Vorteile kein zusätzlicher Aufwand.
[0045] Es ergibt sich erfindungsgemäss die Verwendung eines Feststoffwärmespeichers, der zum Wärmetausch mit einem ersten Wärme transportierenden Fluid ausgebildet ist und dazu einen Strömungsweg für den Wärmetausch mit dem Fluid aufweist, derart, dass er zum Wärmetausch mit wenigstens einem zweiten Fluid, bevorzugt ein Rauchgas oder ein Verbrennungsgas, verwendet wird, wobei beide Fluide auf dem gleichen Strömungsweg, aber alternierend, durch den Feststoffwärmespeicher geführt werden. Weiter ergibt sich, dass bei dieser Verwendung bevorzugt die beiden Fluide alternierend und jeweils in Gegenrichtung durch den Strömungsweg geführt werden.
[0046] Die Figuren 3a und 3b zeigen verschiedene Schaltzustände der Anordnung gemäss Figur 2. In den Figuren sind die Verzweigungen 12, 15 und 16 weggelassen, dafür ist aber die jeweilige Schaltung in diesen Verzweigungen durch beispielsweise Dreiwegventile dargestellt, indem eine fluidführende Leitung fett und eine sich nicht im Betrieb befindende Leitung normal gezeichnet und bei der Verzweigung unterbrochen dargestellt ist. Dasselbe gilt für die Sammler 13,14 und 15.
[0047] Figur 3a zeigt einen Schaltzustand im Nachtbetrieb des Solarkraftwerks, in welchem der Hochtemperatur-Wärmespeicher 3 den Verbraucher 2 mit heissem, Wärme transportierendem Fluid versorgt, während gleichzeitig der Brenner 4 den Hochtemperatur-Wärmespeicher 13 durch heisses Rauchgas belädt, das weiter als warmes Rauchgas den diesem nachgeschalteten Niedertemperatur-Wärmespeicher 18 ebenfalls belädt. Dem Brenner 4 wird über den Niedertemperatur-Wärmespeicher 8 warmes Verbrennungsgas zugeführt, so dass die Wärme des warmen Rauchgases rekuperiert wird.
[0048] Dazu wird ein Kreislauf von Wärme transportierendem Fluid durch die Fluidleitungen F3, F3a, den zweiten Abschnitt FI II der Fluidleitungsanordnung im Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher 3 und die Fluidleitungen F4a und F4 geschaltet, zugleich ein Rauchgasweg durch die Rauchgasleitungen RG 1, RG 1b, den weiteren Abschnitt RG w im Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher 13, die Rauchgasleitung 4, den weiteren Abschnitt RG w im Niedertemperatur-Feststoffwärmespeicher 18 und der Rauchgasleitung 5. Weiter wird der Verbrennungsgasweg so geschaltet, dass kaltes Verbrennungsgas über die Leitung GZ2 in den Niedertemperatur-Feststoffwärmespeicher 8 und via den zweiten Abschnitt VerbrG II des Verbrennungsgaswegs durch diesen hindurch, damit als warmes Verbrennungsgas in die Leitung GZ 3a, die Leitung GZ 3 und schliesslich in den Brenner 4 gelangt.
[0049] Es ergibt sich ein Verfahren bei welchem bevorzugt dem Brenner für die Verbrennung des Brennstoffs ein Verbrennungsgas zugeführt wird, und wobei dieses vor dem Brenner zur Vorerwärmung durch den Abschnitt des Rauchgaswegs im Niedertemperatur-Wärmespeicher hindurchgeführt wird.
[0050] Figur 3b zeigt einen alternativen Schaltzustand im Nachtbetrieb des Solarkraftwerks, in welchem der Hochtemperatur-Wärmespeicher 13 den Verbraucher 2 mit heissem, Wärme transportierendem Fluid versorgt, während gleichzeitig der Brenner 4 den Hochtemperatur-Wärmespeicher 3 durch heisses Rauchgas belädt, das weiter als warmes Rauchgas den diesem nachgeschalteten Niedertemperatur-Wärmespeicher 8 belädt. Dem Brenner 4 wird über den Niedertemperatur-Wärmespeicher 18 warmes Verbrennungsgas zugeführt, so dass die Wärme des warmen Rauchgases rekuperiert wird. Je nach Beladung der Hochtemperatur-Wärmespeicher 3 und 13 nach der Tagperiode bzw. je nach dem Verbrauch von Wärme durch den Verbraucher 2 in der Nachtperiode kann der Schaltzustand nach Figur 3a oder derjenige nach Figur 3b verwendet werden. Beispielsweise kann bei wenig beladenen Hochtemperatur-Wärmespeichern 3 und 13 zuerst nach Figur 3a der Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher 3 entladen, der Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher 13 durch den Brenner 4 vollständig geladen werden und dann zur Schaltung nach Figur 3b gewechselt werden, wo der Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher 13 dann die Versorgung des Verbrauchers 2 mit Wärme übernimmt.
[0051] Dazu wird ein Kreislauf von Wärme transportierendem Fluid durch die Fluidleitungen F4b, F4, Verbraucher 2, F3, F3b und den weiteren Abschnitt FI w der Fluidleitungsanordnung im Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher 13 geschaltet, zugleich ein Rauchgasweg durch die Rauchgasleitungen RG 1, RG 1a, den zweiten Abschnitt RG II im Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher 3, die Rauchgasleitung RG 2, den zweiten Abschnitt RG II im Niedertemperatur-Feststoffwärmespeicher 8 und der Rauchgasleitung 3. Weiter wird der Verbrennungsgasweg so geschaltet, dass kaltes Verbrennungsgas über die Leitung GZ4 in den Niedertemperatur-Feststoffwärmespeicher 18 und via den weiteren Abschnitt VerbrG w des Verbrennungsgaswegs durch diesen hindurch, damit als warmes Verbrennungsgas in die Leitung GZ 3b und die Leitung GZ 3 in den Brenner 4 gelangt.
[0052] Damit ergibt sich ein Solarkraftwerk bei welchem die Leitungsanordnungen bevorzugt einen Schaltzustand aufweisen, so dass der eine Feststoff-Hochtemperaturwärmespeicher nur von Rauchgas und der andere Feststoff-Hochtemperaturwärmespeicher nur von Wärme transportierendem Fluid durchströmt wird, das zum Verbraucher fliesst.
[0053] Damit ergibt sich weiter ein Solarkraftwerk bei welchem die Leitungsanordnungen bevorzugt einen Schaltzustand aufweisen, so dass der eine Feststoff-Niedertemperaturwärmespeicher nur von vom Hochtemperatur-Feststoffspeicher her fliessenden Rauchgas und der andere Feststoff-Niedertemperaturwärmespeicher nur von Verbrennungsgas durchströmt wird, das vom Verbrennungsgasreservoir zum Brenner fliesst.
[0054] Im Ganzen ergibt sich ein Verfahren zur Beladung eines Hochtemperatur-Feststoffwärmespeichers in einem Solarkraftwerk, wobei dieser über einen verschiedene Abschnitte aufweisenden Fluidströmungsweg in einen Kreislauf von Wärme transportierendem Fluid eingebunden ist, der einen Receiver und einen Verbraucher für Wärme umfasst und wobei das Wärme transportierende Fluid den Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher für den Wärmetausch in einem zweiten Abschnitt des Fluidströmungswegs durchquert, dabei bei der Entladung des Hochtemperatur-Wärmespeichers von diesem zum Verbraucher fliesst und bei der Beladung vom Receiver zu ihm, dadurch gekennzeichnet, dass der hochtemperatur-Wärmespeicher für die Beladung durch ein warmes Rauchgas vom Kreislauf getrennt und in einen verschiedene Abschnitte aufweisenden Rauchgasweg geschaltet wird, wobei als Abschnitt des Rauchgaswegs durch den Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher der Abschnitt des Fluid-Strömungswegs durch diesen benutzt wird.
[0055] Weiter ergibt sich ein Verfahren wobei bevorzugt zwei Feststoff - Hochtemperaturwärmespeicher in den Fluidströmungsweg des Wärme transportierendem Fluids eingebunden werden, wobei für die Beladung der eine Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher in den Rauchgasweg geschaltet wird, dabei der andere für die Entladung im Fluidströmungsweg des Wärme transportierendem Fluids verbleibt.
[0056] Die in den Figuren 1a bis 3b beschriebenen Schaltungsvarianten für die Leitungen des Fluidströmungswegs, des Rauchgaswegs und des Verbrennungsgaswegs können durch weitere, davon abweichende Schaltungsvarianten ergänzt bzw. in verschiedener Reihenfolge durchgeführt werden, um im konkreten Fall die erfindungsgemässen Vorteile zu realisieren, die sich aus einem oder mehreren Feststoff-Wärmespeichern ergeben, die mit gleichem Strömungsweg durch sie hindurch für verschiedene Fluide genutzt werden, so dass ohne weiteren Aufwand ein Wärmetausch zwischen dem gleichen Fluid, und/oder zwischen verschiedenen Fluiden, je nach Betriebsbedarf, stattfinden kann.

Claims (15)

1. Verfahren zur Beladung eines Hochtemperatur-Feststoffwärmespeichers (3,13) in einem Solarkraftwerk, wobei dieser über einen verschiedene Abschnitte aufweisenden Fluidströmungsweg in einen Kreislauf von Wärme transportierendem Fluid eingebunden ist, der einen Receiver (1) und einen Verbraucher (2) für Wärme umfasst und wobei das Wärme transportierende Fluid den Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher (3,13) für den Wärmetausch in einem zweiten Abschnitt (FI II, FI w) des Fluidströmungswegs durchquert, dabei bei der Entladung des Hochtemperatur-Wärmespeichers (3,13) von diesem zum Verbraucher (2) fliesst und bei der Beladung vom Receiver (1) zu ihm, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperatur-Wärmespeicher (3,13) für die Beladung durch ein warmes Rauchgas vom Kreislauf getrennt und in einen verschiedene Abschnitte aufweisenden Rauchgasweg geschaltet wird, wobei als Abschnitt (RG II, RG w) des Rauchgaswegs durch den Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher (13) der Abschnitt des Fluid-Strömungswegs (FI II, FI w) durch diesen benutzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zwei Feststoff - Hochtemperaturwärmespeicher (3,13) in den Fluidströmungsweg des Wärme transportierendem Fluids eingebunden werden, wobei für die Beladung der eine Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher (3,13) in den Rauchgasweg geschaltet wird, dabei der Andere (13,3) für die Entladung im Fluidströmungsweg des Wärme transportierendem Fluids verbleibt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Rauchgas nach dem für dessen Beladung erfolgten Durchfluss durch einen Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher (3,13) in einen Niedertemperatur-Feststoffwärmespeicher (8,18) gleitet und diesen auf einem Abschnitt des Rauchgaswegs (RG II,RG w) durchquert und dann nach aussen abgegeben wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein mit einem Brennstoff betriebener Brenner (4) für die Erzeugung von Rauchgas vorgesehen und dessen warmes Rauchgas vor dem Hochtemperatur-Wärmespeicher (3,13) in den Rauchgasweg geschaltet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei dem Brenner für die Verbrennung des Brennstoffs ein Verbrennungsgas zugeführt wird, und wobei dieses vor dem Brenner zur Vorerwärmung durch den Abschnitt des Rauchgaswegs im Niedertemperatur-Wärmespeicher hindurchgeführt wird.
6. Solarkraftwerk mit einem Receiver (1), wenigstens einem Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher (3), einem Verbraucher (2) und einer einen ersten Abschnitt eines Fluidströmungswegs bildenden Fluidleitungsanordnung (F1 bis F6) für ein Wärme transportierendes Fluid, die für dessen Zirkulation den Receiver (1), den Feststoff-Hochtemperaturwärmespeicher (3) und den Verbraucher (2) betriebsfähig miteinander verbindet, wobei der Hochtemperatur-Feststoffwärmespeicher (3) für den Wärmetausch mit dem Wärme transportierenden Fluid einen zweiten Abschnitt des Fluid - Strömungswegs (FI II)aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass weiter ein Brenner (4) und eine einen ersten Abschnitt eines Rauchgaswegs (RG I bis RG2) bildende Rauchgas-Leitungsanordnung für die Rauchgase des Brenners (4) vorgesehen ist, die vom Brenner (4) zum Feststoff-Hochtemperaturwärmespeicher (3) und nach diesem von ihm weg führt, wobei der Feststoff-Hochtemperaturwärmespeicher (3) zum Wärmetausch mit dem Rauchgas einen zweiten Abschnitt des Rauchgaswegs (RG II) aufweist, der durch den zweiten Abschnitt des Fluid - Strömungswegs (FI II) gebildet ist.
7. Solarkraftwerk nach Anspruch 6, wobei ein weiterer, mit der Fluidleitungsanordnung und der Rauchgas-Leitungsanordnung betriebsfähig verbundener Feststoff-Hochtemperatur-wärmespeicher (13) vorgesehen ist, der für den Wärmetausch mit dem Wärme transportierenden Fluid einen weiteren Abschnitt (FI w) des Fluid - Strömungswegs und für den Wärmetausch mit dem Rauchgas einen weiteren Abschnitt (RG w) des Rauchgaswegs aufweist, der durch den weiteren Abschnitt (FI w) des Fluid-Strömungsweg gebildet ist.
8. Solarkraftwerk nach Anspruch 7, wobei die Leitungsanordnungen einen Schaltzustand aufweisen, bei welchem der eine Feststoff-Hochtemperaturwärmespeicher (3,13) nur von Rauchgas und der andere Feststoff-Hochtemperaturwärmespeicher (13,3) nur von Wärme transportierendem Fluid durchströmt wird, das zum Verbraucher (2) fliesst.
9. Solarkraftwerk nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei weiter ein Feststoff-Niedertemperaturwärmespeicher (8) und eine einen ersten Abschnitt eines Verbrennungsgaswegs bildende Gaszufuhr-Leitungsanordnung (GZ1 bis GZ 3) für ein zu verbrennendes Gas vorgesehen sind, wobei der Feststoff-Niedertemperaturwärmespeicher (8) für den Wärmetausch mit dem Rauchgas einen vierten Abschnitt (RG IV) des Rauchgaswegs und für den Wärmetausch mit dem zu verbrennenden Gas einen zweiten Abschnitt (VerbrG II) des Verbrennungsgaswegs aufweist, der durch den vierten Abschnitt des Rauchgaswegs (RG IV) gebildet ist.
10. Solarkraftwerk nach Anspruch 9, wobei die Leitungsanordnungen einen Schaltzustand aufweisen, bei welchem im Betrieb vom Brenner (4) herkommendes Rauchgas unter Wärmetausch mit diesem zuerst durch den Feststoff-Hochtemperaturwärmespeicher (3) und dann unter weiterem Wärmetausch durch den Feststoff-Niedertemperaturwärmespeicher (8) strömt.
11. Solarkraftwerk nach Anspruch 9, wobei die Leitungsanordnungen einen Schaltzustand aufweisen, bei welchem im Betrieb ein Verbrennungsgas von aussen zuerst unter Wärmetausch mit diesem in den Niedertemperatur-Feststoffwärmespeicher (8) und dann vorgewärmt zum Brenner (4) strömt
12. Solarkraftwerk nach Anspruch 9, wobei ein weiterer, mit der Rauchgas-Leitungsanordnung und der Gaszufuhr-Leitungsanordnung verbundener Feststoff-Niedertemperatur-wärmespeicher (18) vorgesehen ist, der für den Wärmetausch mit dem Rauchgas einen weiteren Abschnitt des Rauchgaswegs (RG w) und für den Wärmetausch mit dem Verbrennungsgas einen weiteren Abschnitt (VerbrG w) des Verbrennungsgaswegs aufweist, der durch den weiteren Abschnitt des Rauchgaswegs (RG w) gebildet ist.
13. Solarkraftwerk nach Anspruch 12, wobei die Leitungsanordnungen einen Schaltzustand aufweisen, bei welchem der eine Feststoff-Niedertemperaturwärmespeicher nur von vom Hochtemperatur-Feststoffspeicher her fliessenden Rauchgas und der andere Feststoff-Niedertemperaturwärmespeicher nur von Verbrennungsgas durchströmt wird, das vom Verbrennungsgasreservoir zum Brenner fliesst.
14. Verwendung eines Feststoffwärmespeichers, der zum Wärmetausch mit einem ersten Wärme transportierenden Fluid ausgebildet ist und dazu einen Strömungsweg für den Wärmetausch mit dem Fluid aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass er zum Wärmetausch mit wenigstens einem zweiten Fluid, bevorzugt ein Rauchgas oder ein Verbrennungsgas, verwendet wird, wobei beide Fluide auf dem gleichen Strömungsweg, aber alternierend, durch den Feststoffwärmespeicher geführt werden.
15. Verwendung eines Feststoffwärmespeichers nach Anspruch 13, wobei die beiden Fluide alternierend und jeweils in Gegenrichtung durch den Strömungsweg geführt werden
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2006878B (en) * 1977-10-18 1982-03-24 Rolls Royce Gas turbine engine power plant using solar energy as a heat source
US4215553A (en) * 1978-06-26 1980-08-05 Sanders Associates, Inc. Energy conversion system
CH703780A2 (de) 2010-08-30 2012-03-15 Airlight Energy Ip Sa Wärmespeicher.
CH707324A1 (de) * 2012-12-13 2014-06-13 Airlight Energy Ip Sa Verfahren zum Erzeugen eines Stroms von Wärme transportierendem Fluid und Wärmespeicher für das Verfahren.
AP2015008684A0 (en) * 2013-04-26 2015-08-31 Univ Stellenbosch Packed rock bed thermal energy storage facility
AU2017222343A1 (en) * 2016-02-22 2018-09-06 Glasspoint Solar, Inc. Heat storage devices and circuits for solar steam generation, and associated systems and methods
WO2018205043A1 (de) 2017-05-10 2018-11-15 Synhelion Sa Verfahren zum betrieb eines receivers und receiver zur ausführung des verfahrens

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