Die vorliegende Erfindung betrifft ein solarthermisches Kraftwerk, bei dem ein Wärmeträger mittels Solarenergie erwärmt wird, sowie ein Verfahren zur Steuerung des solarthermischen Kraftwerks.The present invention relates to a solar thermal power plant in which a heat transfer medium is heated by solar energy, and a method for controlling the solar thermal power plant.
In bekannten Anlagen solarthermischer Kraftwerke wird die Wärme der Strahlungsenergie der Sonne über entsprechende Absorber als eine Energiequelle zum Erwärmen oder Erhitzen eines Wärmeträgermediums (vereinfacht als Wärmeträger bezeichnet) verwendet. Der grundsätzliche Aufbau eines derartigen solarthermischen Kraftwerks ist in 4 in schematischer Weise gezeigt.In known installations of solar thermal power plants, the heat of the radiation energy of the sun is used via appropriate absorbers as an energy source for heating or heating a heat transfer medium (referred to simply as a heat transfer medium). The basic structure of such a solar thermal power plant is in 4 shown in a schematic way.
Gemäß 4 bezeichnet W eine Wärmequelle, und insbesondere eine Anordnung von Absorbern zur Aufnahme der Wärmestrahlung des Sonnenlichts. Die Wärmequelle W besteht im Allgemeinen aus zumindest einem und vorzugsweise einer Mehrzahl von Solarkollektoren in Form von Parabolspiegeln und insbesondere Parabolrinnen, wobei die direkte Einstrahlung der Sonne mittels der als Reflektor ausgebildeten Oberfläche der Parabolrinnen der Wärmequelle W gebündelt und in konzentrierter Weise auf ein Absorberrohr gerichtet werden, dass sich in der Brennlinie der Parabolrinne befindet. Die durch die Reflexion konzentrierte und gebündelte Direktstrahlung des Sonnenlichts wird durch Absorption von dem Absorberrohr aufgenommen und es wird ein in dem Absorberrohr strömendes Wärmeträgermedium (Wärmeträger) erhitzt. Die Sonnenkollektoren in Form der Parabolrinnen sind im Allgemeinen in einer Nord-Süd-Richtung ausgerichtet und werden in der Ost-West-Richtung dem Sonnenstand nachgeführt.According to 4 W denotes a heat source, and in particular an arrangement of absorbers for absorbing the heat radiation of the sunlight. The heat source W is generally composed of at least one and preferably a plurality of solar collectors in the form of parabolic mirrors and in particular parabolic troughs, wherein the direct irradiation of the sun is bundled by means of the reflector surface of the parabolic troughs of the heat source W and directed in a concentrated manner onto an absorber tube in that it is located in the focal line of the parabolic trough. The concentrated by the reflection and bundled direct radiation of sunlight is absorbed by absorption from the absorber tube and it is heated in the absorber tube flowing heat transfer medium (heat carrier). The solar collectors in the form of parabolic troughs are generally oriented in a north-south direction and are tracked in the east-west direction of the sun.
Bei bekannten Ausführungen besteht die Wärmequelle aus einer Vielzahl von Parabolrinnen, sodass ein Kollektorfeld gebildet wird, dass beispielsweise aus mehreren hundert Meter langen Parabolrinnen-Reihen besteht. Hierbei stellen die Parabolrinnen präzise optische Geräte dar, damit das einfallende Sonnenlicht möglichst gut in der Brennlinie, bei der das Absorberrohr angeordnet ist, gebündelt werden kann. Die Nachführung der Solarkollektoren in Form der Parabolrinnen entsprechend dem jeweiligen Sonnenstand stellt eine einachsige Nachführung dar.In known embodiments, the heat source consists of a plurality of parabolic troughs, so that a collector field is formed, for example, consists of several hundred meters long parabolic trough rows. Here, the parabolic troughs are precise optical devices, so that the incident sunlight as well as possible in the focal line, in which the absorber tube is arranged, can be bundled. The tracking of the solar collectors in the form of parabolic troughs according to the respective position of the sun represents a uniaxial tracking.
Die verschiedenen Solarkollektoren in Form der Parabolrinnen sind mit ihren jeweiligen Absorberrohren miteinander verbunden, und die Gesamtanordnung der Wärmequelle W ist mittels eines entsprechenden Rohrleitungsnetzes mit den Elementen des eigentlichen Kraftwerks verbunden.The various solar collectors in the form of parabolic troughs are connected to each other with their respective absorber tubes, and the overall arrangement of the heat source W is connected by means of a corresponding pipeline network with the elements of the actual power plant.
Insbesondere ist die Wärmequelle W mit einem Speicherelement S verbunden, in dem sich ebenfalls eine vorbestimmte Menge des Wärmeträgers befindet. Bei dem Betrieb des solarthermischen Kraftwerks kann erwärmter Wärmeträger in dem Speicherelement S angesammelt werden. Das Speicherelement S wie auch die Wärmequelle W sind mit einem Dampferzeuger D verbunden, in dem Dampf zum Antreiben einer mit dem Dampferzeuger D verbundenen Turbine T gebildet wird. Der Dampferzeuger ist in Form eines indirekten Dampferzeugers ausgebildet, wobei der mittels der Sonnenenergie in der Wärmequelle W stark erwärmte Wärmeträger in einem Wärmetauscher des Dampferzeugers D die Wärme an Wasser abgibt, sodass Dampf mit einem vorbestimmten Druck gebildet wird, der der Turbine T zum Antrieb zugeführt wird. Die Turbine T ist ihrerseits mechanisch mit einem Generator G zur Bereitstellung einer elektrischen Leistung verbunden.In particular, the heat source W is connected to a storage element S, in which there is also a predetermined amount of the heat carrier. In the operation of the solar thermal power plant, heated heat transfer medium can be accumulated in the storage element S. The storage element S as well as the heat source W are connected to a steam generator D in which steam is formed for driving a turbine T connected to the steam generator D. The steam generator is designed in the form of an indirect steam generator, wherein the means of solar energy in the heat source W strongly heated heat transfer in a heat exchanger of the steam generator D gives off the heat to water, so that steam is formed at a predetermined pressure, which is supplied to the turbine T to drive becomes. The turbine T is in turn mechanically connected to a generator G for providing electrical power.
Der in der Turbine T entspannte Dampf wird einem Kondensator K zugeleitet, und das in dem Kondensator K gebildete Wasser wird in Verbindung mit einer entsprechenden Speisewasserpumpe P zur Aufrechterhaltung des Wasser- und Dampfkreislaufs erneut dem Dampferzeuger D zugeführt.The steam expanded in the turbine T is fed to a condenser K, and the water formed in the condenser K is again supplied to the steam generator D in conjunction with a corresponding feed water pump P for maintaining the water and steam cycle.
Auf diese Weise ist ein kontinuierlicher Betrieb des vorstehend beschriebenen solarthermischen Kraftwerks möglich.In this way, a continuous operation of the solar thermal power plant described above is possible.
Der Generator G ist im Allgemeinen über eine Vorschaltelektronik und im Bedarfsfall über einen Transformator zur Anpassung der im Generator G erzeugten Spannung an die Spannung eines Verbrauchers oder eines Leistungsversorgungsnetzes N mit dem Verbraucher oder dem Leistungsversorgungsnetz N verbunden. Mit der Vorschaltelektronik kann eine Wechselspannung mit einer für den Verbraucher geeigneten Frequenz erzeugt werden, oder es kann die Frequenz und die Spannung der erzeugten Wechselspannung an die Frequenz und die Spannung des in elektrischer Hinsicht als starr anzusehenden Leistungsversorgungsnetzes N angepasst werden.The generator G is generally connected via a ballast electronics and, if necessary, via a transformer for adapting the voltage generated in the generator G to the voltage of a load or a power supply network N to the load or the power supply network N. With the ballast, an AC voltage can be generated with a frequency suitable for the consumer, or it can be the frequency and the voltage of the AC voltage generated to the frequency and the voltage of the electric in electrical regard to be regarded as rigid power supply network N adjusted.
Der in dem solarthermischen Teil des Kraftwerks und insbesondere in den Solarkollektoren, dem Speicherelement S und dem Dampferzeuger D umlaufende Wärmeträger ist in Form eines Thermoöls vorgesehen und wird beispielsweise in einem Temperaturbereich unterhalb von etwa 400°C verwendet. Der als indirekter Dampferzeuger ausgebildete Dampferzeuger D stellt somit einen Wärmetauscher dar, bei dem das Thermoöl als Wärmeträger die in den Solarkollektoren aufgenommene Wärme über Wärmetauscher an das Wasser zum Erzeugen des Dampfs mit einem für die jeweilige Turbine T geeigneten Druck abgibt. Es steht somit für das Thermoöl ein erster Kreislauf zum Weitertransport der solarthermischen Energie zur Verfügung, und es steht ferner zur Bildung des Dampf- und Wasserkreislaufs ein zweiter Kreislauf zur Verfügung, bei dem das Wasser der unmittelbare Wärmeträger zur Turbine T ist.The circulating in the solar thermal part of the power plant and in particular in the solar panels, the storage element S and the steam generator D heat transfer medium is provided in the form of a thermal oil and is used for example in a temperature range below about 400 ° C. The formed as an indirect steam generator steam generator D thus represents a heat exchanger in which the thermal oil as heat transfer emits the heat absorbed in the solar collectors via heat exchangers to the water to produce the steam with a suitable for each turbine T pressure. It is thus for the thermal oil, a first cycle for further transport of solar thermal energy available, and it is also to form the steam and water cycle, a second cycle available, in which the water is the direct heat transfer to the turbine T.
Das in dem ersten Kreislauf verwendete Thermoöl als Wärmeträger ist ein synthetisches Produkt aus der Mineralölindustrie. Das Thermoöl ist in Abhängigkeit von seiner Beschaffenheit bei Betriebsstörungen, insbesondere bei einem Leck in den beteiligten Elementen und dem Rohrleitungssystem stark umweltschädigend. Des Weiteren ist der Herstellungsprozess ebenfalls umweltschädlich. Bei dem Hochfahren des solarthermischen Kraftwerks nach einer längeren Abschaltung ist die höhere Viskosität des Thermoöls in kalten Zustand hinderlich. Wird bei sehr starker Sonneneinstrahlung zumindest partiell in den Solarkollektoren das Thermoöl in unerwünschter Weise über seine maximale Betriebstemperatur hinaus erhitzt, dann besteht die Möglichkeit der Bildung von Spaltprodukten, die weitere Bauteile und Elemente des Kreises des Thermoöls schädigen oder verschmutzen können. Ebenso wird durch eine partielle Überhitzung des Thermoöls in den Solarkollektoren (in dem Absorberrohr) die Alterung des Öls beschleunigt. Nachteilig sind ferner die grundsätzliche Alterung des Thermoöls, die einen Austausch des Thermoöls nach einer bestimmten Betriebszeit erforderlich macht, sowie der hohe Anschaffungspreis. The thermal oil used in the first cycle as a heat transfer medium is a synthetic product from the mineral oil industry. The thermal oil is heavily polluting depending on its nature in case of malfunction, especially in a leak in the elements involved and the piping system. Furthermore, the manufacturing process is also harmful to the environment. When starting the solar thermal power plant after a longer shutdown, the higher viscosity of the thermal oil in the cold state is a hindrance. If the thermal oil is undesirably heated beyond its maximum operating temperature in the case of very strong solar radiation at least partially in the solar collectors, there is the possibility of formation of fission products which may damage or contaminate further components and elements of the circle of the thermal oil. Likewise, a partial overheating of the thermal oil in the solar collectors (in the absorber tube) accelerates the aging of the oil. Another disadvantage is the fundamental aging of the thermal oil, which makes replacement of the thermal oil required after a certain period of operation, as well as the high purchase price.
Des Weiteren erfordert die Bereitstellung eines Kreises für den Wärmeträger in Form des Thermoöls und der davon getrennte Dampfkreislauf aufwendige bauliche Maßnahmen, die nachteilig hinsichtlich der Kosten und des Aufwands sind.Furthermore, the provision of a circle for the heat transfer medium in the form of thermal oil and the separate steam cycle requires complex construction measures that are disadvantageous in terms of cost and effort.
Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein solarthermisches Kraftwerk der eingangs genannten Art und ein Verfahren zu dessen Steuerung derart auszugestallten dass einerseits die zugehörigen baulichen Anlagen vereinfacht werden und andererseits eine flexible Regelung des Kraftwerks gewährleistet ist.The present invention is based on the object, a solar thermal power plant of the type mentioned above and a method for the control ausestallten such that on the one hand the associated structures are simplified and on the other hand, a flexible control of the power plant is guaranteed.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein solarthermisches Kraftwerk gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1, sowie durch ein Verfahren zur Steuerung des solarthermischen Kraftwerks gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 14.According to the invention this object is achieved by a solar thermal power plant according to the features of patent claim 1, and by a method for controlling the solar thermal power plant according to the features of claim 14.
Gemäß der vorliegende Erfindung umfasst somit das solarthermische Kraftwerk, einen Solarteil, der von einem Wärmeträger durchströmte Solarkollektoren aufweist und den Wärmeträger erhitzt, einen Kraftwerksteil, der einen Dampferzeuger zur Bildung von Dampf mittels des erhitzten Wärmeträgers, und eine Turbineneinheit aufweist, die mittels des Dampfs angetrieben wird, einem Generatorteil, der eine mit der Turbineneinheit verbundene Generatoreinheit aufweist zur Bereitstellung einer elektrischen Leistung, einen mit zumindest dem Kraftwerksteil und dem Generatorteil verbundenen Ausgleichsteil zur Aufnahme eines Teils des Wärmeträgers, und eine Steuerungseinrichtung zur Erfassung des jeweiligen Betriebszustands des Solarteils und des Generatorteils, und zur Steuerung eines Zugriffs des Kraftwerksteils oder des Generatorteils auf den Ausgleichsteil in Abhängigkeit von vorbestimmten Änderungen des Betriebszustands des Solarteils oder des Generatorteils.Thus, according to the present invention, the solar thermal power plant comprises a solar part having solar collectors through which a heat carrier flows and heating the heat carrier, a power plant part having a steam generator for forming steam by means of the heated heat carrier, and a turbine unit driven by the steam is, a generator part having a generator unit connected to the turbine unit for providing an electric power, connected to at least the power plant part and the generator part compensation part for receiving a part of the heat carrier, and a control device for detecting the respective operating state of the solar part and the generator part, and for controlling access of the power plant part or the generator part to the balancing part in response to predetermined changes in the operating state of the solar part or the generator part.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst somit das Verfahren zur Steuerung eines solarthermischen Kraftwerks die Schritte: Erwärmen eines Wärmeträgers mittels von dem Wärmeträger durchströmten Solarkollektoren eines Solarteils, Erzeugen von Dampf in einem Kraftwerksteil mittels des erwärmten Wärmeträgers und Antreiben einer Turbineneinheit des Kraftwerksteils mittels des Dampfs, Antreiben einer mit der Turbineneinheit verbundenen Generatoreinheit eines Generatorteils und Bereitstellen einer elektrischen Leistung, Erfassen des jeweiligen Betriebszustands des Solarteils und des Generatorteils mittels Sensoreinrichtungen und Auswerten der Sensorausgangssignale mittels einer Steuerungseinheit, und Steuern mittels der Steuerungseinheit des Zugriffs auf einen mit zumindest dem Kraftwerksteil und dem Generatorteil verbundenen Ausgleichsteils, dem ein Teil des Wärmeträgers zugeführt wurde, in Abhängigkeit von dem Erfassen von vorbestimmten Änderungen des Betriebszustands des Solarteils oder des Generatorteils gemäß den Ausgangssignalen der Sensoreinrichtungen.According to the present invention, the method for controlling a solar thermal power plant thus comprises the steps of: heating a heat carrier by means of solar panels through which the heat transfer medium of a solar part, generating steam in a power plant part by means of the heated heat carrier and driving a turbine unit of the power plant part by means of the steam, driving a connected to the turbine unit generator unit of a generator part and providing an electrical power, detecting the respective operating state of the solar part and the generator part by means of sensor devices and evaluating the sensor output signals by means of a control unit, and controlling by means of the control unit of access to a connected to at least the power plant part and the generator part compensation part to which a part of the heat carrier has been supplied, in response to detecting predetermined changes in the operating state of the sun larteils or the generator part according to the output signals of the sensor devices.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung des solarthermischen Kraftwerks und dem Verfahren zu seiner Steuerung ist es möglich, die baulichen Anlagen und den Aufwand für den Betrieb des solarthermischen Kraftwerks erheblich zu vereinfachen, da lediglich ein Kreis für den fluiden Wärmeträger in Abhängigkeit von der Art des Wärmeträgers erforderlich ist, und eine flexible Regelung oder Steuerung des gesamten solarthermischen Kraftwerks gewährleistet ist. Bei speziellen Wärmeträgern ist ein Zweikreissystem erforderlich. Es werden insbesondere die jeweiligen Betriebszustände des Solarteils, der die primäre Wärmequelle darstellt, und des Generatorteils kontinuierlich überwacht. Tritt eine vorbestimmte Änderung der jeweiligen Betriebszustände auf, dann ist die Steuerungseinrichtung in der Lage, mittels einer entsprechenden Steuerung der gesamten Anordnung des solarthermischen Kraftwerks auf diese Änderungen flexibel zu reagieren. Im Einzelnen kann sowohl der Kraftwerksteil als auch der Generatorteil auf den Ausgleichsteil zugreifen, sodass mittels des Ausgleichsteils die Auswirkungen der erfassten Änderungen der Betriebszustände sowohl des Solarteils als auch des Generatorteils auf einen kontinuierlichen Betrieb des gesamten solarthermischen Kraftwerks durch einen Zugriff des Kraftwerkteils einerseits und des Generatorteils andererseits auf das Ausgleichselement ausgeglichen werden können. Auf diese Weise kann unabhängig von einer gewissen Trägheit des thermodynamischen Systems in Verbindung mit dem Wärmeträger sofort flexibel auf Änderungen und insbesondere auf unerwünschte Änderungen reagiert werden.With the arrangement of the solar thermal power plant according to the invention and the method for its control, it is possible to simplify the structures and the cost of operating the solar thermal power plant considerably, since only a circle for the fluid heat carrier depending on the type of heat carrier is required , and a flexible control or control of the entire solar thermal power plant is guaranteed. Special heat carriers require a dual-circuit system. In particular, the respective operating states of the solar part, which represents the primary heat source, and the generator part are continuously monitored. If a predetermined change in the respective operating conditions occurs, then the control device is able to respond flexibly to these changes by means of a corresponding control of the entire arrangement of the solar thermal power plant. Specifically, both the power plant part and the generator part access the compensation part, so that by means of the compensation part, the effects of the detected changes in the operating conditions of both the solar part and the generator part to a continuous operation of the entire solar thermal power plant by accessing the power plant part on the one hand and the generator part on the other hand can be compensated for the compensation element. In this way, regardless of a certain inertia of the thermodynamic system in conjunction with the heat carrier immediately flexible to changes and in particular to unwanted changes are reacted.
Die Möglichkeit der flexiblen Reaktion auf derartige Änderungen in den Betriebszuständen des Solarteils und des Generatorteils gewährleistet weitgehend einen möglichst gleichmäßigen Betrieb des solarthermischen Kraftwerks. Zumindest kurzzeitige Änderungen in entweder dem Solarteil oder dem Generatorteil oder in beiden Teilen können flexibel, schnell und unabhängig voneinander ausgeglichen werden, so dass der gleichmäßige und mit einem guten Wirkungsgrad durchgeführte Betrieb des solarthermischen Kraftwerks von seinem stationären Zustand nicht oder nicht wesentlich abweichen muss.The possibility of flexible response to such changes in the operating conditions of the solar part and the generator part largely ensures the most uniform operation of the solar thermal power plant. At least short-term changes in either the solar part or the generator part or in both parts can be compensated flexibly, quickly and independently, so that the uniform and performed with good efficiency operation of the solar thermal power plant does not have to deviate significantly or not substantially from its stationary state.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung angegeben, die verschiedene Aspekte der Erfindung betreffen.In the subclaims advantageous embodiments of the present invention are given, which relate to various aspects of the invention.
Demgemäß kann in dem solarthermischen Kraftwerk die Turbineneinheit des Kraftwerksteils eine Tesla-Turbine sein.Accordingly, in the solar thermal power plant, the turbine unit of the power plant part may be a Tesla turbine.
Der Ausgleichsteil kann eine Speichereinheit aufweisen zur Speicherung eines Teils des von dem Solarteil bereitgestellten erhitzten Wärmeträgers.The compensation part may have a storage unit for storing a part of the heated heat carrier provided by the solar part.
Die vorbestimmte Änderung des Betriebszustands des Solarteils kann eine Verminderung der Sonneneinstrahlung auf den Solarteil, und der Zugriff auf den Ausgleichsteil kann die Zuführung von in dem Ausgleichsteil befindlichem Wärmeträger zu dem Kraftwerksteil umfassen.The predetermined change of the operating state of the solar part may be a reduction of the solar radiation on the solar part, and the access to the compensation part may include the supply of located in the compensation part heat carrier to the power plant part.
Ferner kann die vorbestimmte Änderung des Betriebszustands des Generatorteils eine Störung der Leistungsabgabe des Generatorteils und kann der Zugriff auf den Ausgleichsteil die Zuführung einer elektrischen Leistung von dem Generatorteil zu dem Ausgleichsteil umfassen.Further, the predetermined change of the operating state of the generator part may include a failure of the power output of the generator part, and the access to the balancing part may include the supply of electric power from the generator part to the balancing part.
Der Solarteil kann eine mit der Steuerungseinheit verbundene erste Sensoreinrichtung zur Erfassung der Sonneneinstrahlung, und der Generatorteil kann eine mit der Steuerungseinrichtung verbundene weitere Sensoreinrichtung aufweisen zur Erfassung der Leistungsabgabe des Generatorteils.The solar part may have a first sensor device connected to the control unit for detecting the solar radiation, and the generator part may have a further sensor device connected to the control device for detecting the power output of the generator part.
Des Weiteren kann der Ausgleichsteil eine mit dem Generatorteil verbundene elektrische Heizeinrichtung aufweisen, und es kann der Generatorteil der Heizeinrichtung eine elektrische Leistung zuführen. Der Wärmeträger kann in Form von Wasser oder Kohlenstoffdioxid vorgesehen sein.Furthermore, the compensation part may have an electric heater connected to the generator part, and the generator part may supply the electric power to the heater. The heat carrier may be provided in the form of water or carbon dioxide.
Die Solarkollektoren können Parabolrinnen umfassen, und es kann die Temperatur des erhitzten Wärmeträgers vorzugsweise kleiner als 300°C sein.The solar collectors may include parabolic troughs, and the temperature of the heated heat carrier may preferably be less than 300 ° C.
Der Ausgleichsteil kann eine Heizeinheit aufweisen zum Erwärmen von dem Kraftwerksteil zugeführtem Wärmeträger, wenn die mittels der ersten Sensoreinrichtung erfasste Sonneneinstrahlung auf dem Solarteil einen vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet.The compensation part may have a heating unit for heating the heat transfer medium supplied to the power plant part when the solar radiation detected by the first sensor device falls below a predetermined threshold value on the solar part.
Ferner ist der Generatorteil mit einem Verbraucher oder einem Leistungsversorgungsnetz verbindbar, und die vorbestimmte Änderung des Betriebszustands des Generatorteils kann eine Störung der Leistungsabgabe des Generatorteils an den Verbraucher oder das Leistungsversorgungsnetz umfassen.Furthermore, the generator part is connectable to a consumer or a power supply network, and the predetermined change of the operating state of the generator part may include a failure of the power output of the generator part to the consumer or the power supply network.
Des Weiteren kann der Ausgleichsteil eine Speichereinheit zur Speicherung eines Teils des von dem Solarteil bereitgestellten erhitzten Wärmeträgers und eine weitere Sensoreinrichtung aufweisen zur Erfassung des Betriebszustands der Speichereinheit, und die Steuerungseinheit kann die Zuführung einer elektrischen Leistung von dem Generatorteil zu dem Ausgleichsteil beschränken oder abschalten, wenn das Ausgangssignal der weiteren Sensoreinrichtung einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.Furthermore, the balancing part may include a storage unit for storing a part of the heated heat carrier provided by the solar part and another sensor device for detecting the operating state of the storage unit, and the control unit may limit or cut off the supply of electric power from the generator part to the balancing part the output signal of the further sensor device exceeds a predetermined threshold value.
Das Verfahren zur Steuerung eines solarthermischen Kraftwerks kann ferner in Verbindung mit dem Erfassen einer vorbestimmten Änderung des Betriebszustands des Solarteils eine Verminderung der Sonneneinstrahlung auf den Solarteil erfassen, und es kann bei dem Verfahren der Zugriff auf den Ausgleichsteil das Zuführen von in dem Ausgleichsteil befindlichem Wärmeträger zu dem Kraftwerksteil umfassen.The method for controlling a solar thermal power plant may further detect a reduction of the solar radiation on the solar part in connection with the detection of a predetermined change of the operating state of the solar part, and it may be in the method of access to the compensation part, the supply of befindlichem in the compensation part heat transfer medium include the power plant part.
Bei dem Erfassen einer vorbestimmten Änderung des Betriebszustands des Generatorteils kann das Verfahren eine Störung der Leistungsabgabe des Generatorteils erfassen, und der Zugriff auf den Ausgleichsteil kann das Zuführen einer elektrischen Leistung von dem Generatorteil zu dem Ausgleichsteil umfassen.Upon detecting a predetermined change in the operating state of the generator part, the method may detect a malfunction of the power output of the generator part, and the access to the balancing part may include supplying an electric power from the generator part to the balancing part.
Das Verfahren kann ferner bei dem Schritt des Erfassens des Betriebszustands des Solarteils die Sonneneinstrahlung auf den Solarteil erfassen, und bei dem Schritt des Erfassens des Betriebszustands des Generatorteils kann das Verfahren die Leistungsabgabe des Generatorteils erfassen.The method may further detect the solar radiation on the solar part in the step of detecting the operating state of the solar part, and in the step of detecting the operating state of the generator part, the method may detect the power output of the generator part.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben. Es zeigen:The invention will be described below with reference to embodiments with reference to the figures. Show it:
1 ein vereinfachtes Blockschaltbild der funktionellen Zusammenhänge der einzelnen Komponenten des solarthermischen Kraftwerks gemäß der vorliegenden Erfindung, 1 a simplified block diagram of the functional relationships of the individual components of the solar thermal power plant according to the present invention,
2 eine Gesamtdarstellung des solarthermischen Kraftwerks gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, 2 an overall view of the solar thermal power plant according to the embodiment of the present invention,
3 einen Teil der Darstellung von 1 mit der Anordnung von Sensoren zur Überwachung des Betriebs des solarthermischen Kraftwerks, und 3 a part of the representation of 1 with the arrangement of sensors for monitoring the operation of the solar thermal power plant, and
4 eine Blockdarstellung eines solarthermischen Kraftwerks gemäß dem Stand der Technik. 4 a block diagram of a solar thermal power plant according to the prior art.
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Darstellung in den 1 bis 3 beschrieben.Hereinafter, the present invention will be described by way of embodiments in conjunction with the illustration in FIGS 1 to 3 described.
1 zeigt ein vereinfachtes und schematisches Funktionsbild des solarthermischen Kraftwerks gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das solarthermische Kraftwerk 100 umfasst einen Solarteil 10, der mittels eines entsprechenden Rohrleitungssystems 11 mit einem Kraftwerksteil 20 verbunden ist. Des Weiteren ist sowohl der Solarteil 10 als auch der Kraftwerksteil 20 mit einem Ausgleichsteil 30 mittels des Rohrleitungssystems 11 verbunden. 1 shows a simplified and schematic functional diagram of the solar thermal power plant according to an embodiment of the present invention. The solar thermal power plant 100 includes a solar part 10 by means of a corresponding pipeline system 11 with a power plant part 20 connected is. Furthermore, both the solar part 10 as well as the power plant part 20 with a compensation part 30 by means of the piping system 11 connected.
Wie es nachstehend im Einzelnen noch beschrieben ist, wird im Solarteil 10 des solarthermischen Kraftwerks die auf den Solarteil auftreffende Sonneneinstrahlung in Wärme umgewandelt und mittels eines Wärmeträgers 12 zu dem Kraftwerksteil 20 übertragen. Der Wärmeträger 12 in Form eines Fluids durchströmt in vorbestimmter Weise über das Rohrleitungssystem 11 den Solarteil 10, den Kraftwerksteil 20 und den Ausgleichsteil 30. Zur Vereinfachung der Darstellung in den 1 und 2 sind in dem Rohrleitungssystem 11 vorhandene Ventileinrichtungen zum Steuern der verschiedenen Strömungswege des Wärmeträgers 12 nicht gezeigt.As will be described in more detail below, in the solar part 10 of the solar thermal power plant, the solar radiation incident on the solar part is converted into heat and by means of a heat carrier 12 to the power plant part 20 transfer. The heat carrier 12 in the form of a fluid flows in a predetermined manner through the piping system 11 the solar part 10 , the power plant part 20 and the compensation part 30 , To simplify the presentation in the 1 and 2 are in the piping system 11 existing valve means for controlling the different flow paths of the heat carrier 12 Not shown.
Der Kraftwerksteil 20 ist über eine mechanische Verbindung 24 mit einem Generatorteil 40 verbunden. Der Generatorteil 40 zur Bereitstellung einer elektrischen Leistung weist eine Verbindung zu dem Ausgleichsteil 30 auf. Des Weiteren ist der Generatorteil 40 mit einem externen Verbraucher oder einem externen Leistungsversorgungsnetz N verbindbar. Die im Generatorteil 40 bereitgestellte elektrische Leistung wird im Wesentlichen dem Verbraucher oder Leistungsversorgungsnetz N zugeführt.The power plant part 20 is via a mechanical connection 24 with a generator part 40 connected. The generator part 40 for providing an electric power has a connection to the compensation part 30 on. Furthermore, the generator part 40 can be connected to an external consumer or to an external power supply network N. The in the generator part 40 provided electrical power is supplied to the consumer or power supply network N substantially.
Der Ausgleichsteil 30 ist somit zumindest mit dem Solarteil 10 und dem Kraftwerksteil 20 verbunden.The compensation part 30 is thus at least with the solar part 10 and the power plant part 20 connected.
Gemäß der Darstellung in 1 umfasst das solarthermische Kraftwerk 100 eine zentrale Steuerungseinheit 50 (nachstehend vereinfacht als Steuerungseinheit bezeichnet), die ausgebildet ist zur Steuerung des gesamten Betriebs des solarthermischen Kraftwerks 100 sowie einzelner Komponenten desselben. Die jeweiligen Verbindungen der Steuerungseinheit 50 zu dem Solarteil 10, dem Kraftwerksteil 20, dem Ausgleichsteil 30 und dem Generatorteil 40 veranschaulichen Verbindungen im Sinne eines sensorischen Erfassens der jeweiligen Betriebszustände der einzelnen Komponenten des solarthermischen Kraftwerks 100, sowie Verbindungen, die einen steuernden oder regelnden Eingriff in den Betrieb der jeweiligen Komponente ermöglichen.As shown in 1 includes the solar thermal power plant 100 a central control unit 50 (hereinafter simply referred to as control unit), which is designed to control the entire operation of the solar thermal power plant 100 as well as individual components thereof. The respective connections of the control unit 50 to the solar part 10 , the power plant part 20 , the compensation part 30 and the generator part 40 illustrate connections in the sense of a sensory detection of the respective operating conditions of the individual components of the solar thermal power plant 100 , as well as connections that allow a controlling or interference in the operation of the respective component.
2 zeigt in Form eines detaillierten Blockschaltbilds weitere Einzelheiten zu den in 1 angegebenen Komponenten des solarthermischen Kraftwerks 100. 2 shows in the form of a detailed block diagram further details of the in 1 specified components of the solar thermal power plant 100 ,
Die in 1 angegebenen Komponenten des solarthermischen Kraftwerks 100, wie der Solarteil 10, der Kraftwerksteil 20, der Ausgleichsteil 30 und der Generatorteil 40 sind durch entsprechende mittels gestrichelter Linien abgegrenzter Blöcke angegeben. bezüglich der Steuerungseinheit 50 sind zur Vereinfachung der Darstellung in 2 lediglich Verbindungen zu dem Generatorteil 40 angegeben.In the 1 specified components of the solar thermal power plant 100 like the solar part 10 , the power plant part 20 , the compensation part 30 and the generator part 40 are indicated by corresponding blocks delimited by dashed lines. with respect to the control unit 50 are for ease of illustration in 2 only connections to the generator part 40 specified.
Der Solarteil 10 umfasst zumindest einen Solarkollektor 13, und vorzugsweise eine Vielzahl von Solarkollektoren 13, die bevorzugt in Form von Parabolrinnen vorgesehen sind und wobei die Parabolrinnen die von der Sonne eingestrahlte Energie (Sonneneinstrahlung) zu einer Brennlinie bündeln, und wobei im Bereich dieser Brennlinie ein Absorberrohr, das auch als Receiver-Rohr bezeichnet wird, angeordnet ist. In gleicher Weise wie im Fall des solarthermischen Kraftwerks gemäß 4 und der zugehörigen Beschreibung werden die Absorberrohre von dem fluiden Wärmeträger 12 durchströmt. Über das Rohrleitungssystem 11 wird der in den Solarkollektoren 13 erwärmte Wärmeträger 12 sowohl dem Kraft-Werksteil 20 als auch in Abhängigkeit von dem Bedarf und den Betriebsbedingungen des solarthermischen Kraftwerks 100 dem Ausgleichsteil 30 zugeführt.The solar part 10 includes at least one solar collector 13 , and preferably a plurality of solar collectors 13 , which are preferably provided in the form of parabolic troughs and wherein the parabolic troughs bundle the energy radiated by the sun (solar radiation) to form a focal line, and wherein an absorber tube, which is also referred to as a receiver tube, is arranged in the region of this focal line. In the same way as in the case of the solar thermal power plant according to 4 and the associated description, the absorber tubes from the fluid heat carrier 12 flows through. About the piping system 11 becomes the in the solar collectors 13 heated heat transfer medium 12 both the power plant part 20 as well as depending on the needs and operating conditions of the solar thermal power plant 100 the compensation part 30 fed.
Die Parabolrinnen der Solarkollektoren 13 werden durch parabelförmig gebogene Spiegel gebildet, die bevorzugt in einer Nord-Süd-Richtung angeordnet und in der Ost-West-Richtung dem sich verändernden Sonnenstand nachführbar ausgebildet. Das auf die Parabolrinnen der Solarkollektoren 13 einfallende Sonnenlicht wird sehr stark gebündelt und bewirkt eine erhebliche Erwärmung des in den Absorberrohren entlang der Brennlinie strömenden Wärmeträgers 12.The parabolic troughs of the solar collectors 13 are formed by parabolically curved mirrors, which are preferably arranged in a north-south direction and formed trackable in the east-west direction of the changing position of the sun. On the parabolic troughs of the solar collectors 13 incident sunlight is concentrated very strongly and causes considerable heating of the heat carrier flowing in the absorber tubes along the focal line 12 ,
Der erwärmte Wärmeträger 12 wird dem Kraftwerksteil 20 über das Rohrleitungssystem 11 zugeführt, wobei im Kraftwerksteil 20 ein Dampferzeuger 22 angeordnet ist, mittels dessen in Verbindung mit dem Wärmeträger 12 Dampf in einem jeweiligen vorbestimmten Temperaturbereich und Druckbereich erzeugt wird. der Dampferzeuger 22 kann hierbei in Form eines Expansionsdampferzeugers vorgesehen sein. The heated heat carrier 12 becomes the power plant part 20 over the piping system 11 supplied, wherein in the power plant part 20 a steam generator 22 is arranged, by means of which in conjunction with the heat transfer medium 12 Steam is generated in a respective predetermined temperature range and pressure range. the steam generator 22 may be provided here in the form of an expansion steam generator.
Im vorliegenden Fall ist vorzugsweise der Wärmeträger 12 in Form von Wasser vorgesehen, wobei in den Solarkollektoren 13 überhitztes Wasser mit einem vorbestimmten Druck bereitgestellt wird. In dem Dampferzeuger 22 (Expansionsdampferzeuger) wird das überhitzte Wasser des Wärmeträgers 12 entspannt und auf diese Weise der Dampf gebildet.In the present case, the heat carrier is preferably 12 provided in the form of water, being in the solar collectors 13 superheated water is provided at a predetermined pressure. In the steam generator 22 (Expansion steam generator) is the superheated water of the heat carrier 12 relaxed and formed in this way the steam.
In dem Kraftwerksteil 20 wird der in dem Dampferzeuger 22 gewonnene Dampf über eine Zuleitung 23 einer Turbineneinheit 24 zugeführt, wobei die Turbineneinheit 24 mittels des zugeführten Dampfs angetrieben wird. Die Turbineneinheit 24 ist über eine mechanische Verbindung 21 mit dem Generatorteil 40 verbunden.In the power plant part 20 will be in the steam generator 22 recovered steam via a supply line 23 a turbine unit 24 fed, the turbine unit 24 is driven by the supplied steam. The turbine unit 24 is via a mechanical connection 21 with the generator part 40 connected.
Der aus der Turbineneinheit 24 des Kraftwerksteils 20 austretende Dampf wird über eine Ableitung 25 einem Kondensator 26 zugeführt und dort kondensiert und in flüssigem Zustand erneut dem gesamten Kreislauf des Wärmeträgers 12 in dem Rohrleitungssystem 11 zugeführt.The from the turbine unit 24 of the power plant part 20 escaping steam is via a drain 25 a capacitor 26 fed and condensed there and in the liquid state again the entire cycle of the heat carrier 12 in the piping system 11 fed.
Der vorstehend angegebene Ausgleichsteil 30 umfasst eine Speichereinheit 31, in der ein Teil des erhitzten Wärmeträgers 12 gespeichert werden kann. Die Speichereinheit 31 weist daher eine entsprechende Wärmeisolation auf.The above-mentioned compensation part 30 includes a storage unit 31 in which a part of the heated heat carrier 12 can be stored. The storage unit 31 therefore has a corresponding thermal insulation.
Der Ausgleichsteil 30, der mittels des Rohrleitungssystems 11 mit dem Solarteil 10 und dem Kraftwerksteil 20 verbunden ist, umfasst des Weiteren eine Heizeinheit 32, die in der Lage ist, in Abhängigkeit von einem Bedarf und insbesondere in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des gesamten solarthermischen Kraftwerks 100 oder einzelner Komponenten desselben alleine oder zusätzlich zu dem Erwärmen des Wärmeträgers 12 mittels der Solarkollektoren 13 dem Wärmeträger 12 Wärmeenergie zuzuführen. Die Heizeinheit 32 dient somit als eine Zusatzheizung zur Erwärmung des Wärmeträgers 12.The compensation part 30 that by means of the piping system 11 with the solar part 10 and the power plant part 20 further comprises a heating unit 32 which is capable of depending on a need and in particular depending on the operating conditions of the entire solar thermal power plant 100 or individual components thereof alone or in addition to the heating of the heat carrier 12 by means of solar collectors 13 the heat carrier 12 To supply heat energy. The heating unit 32 thus serves as an additional heating to heat the heat carrier 12 ,
Das Rohrleitungssystem 11, das auch die Heizeinheit 32 in den gesamten Kreislauf des Wärmeträgers 12 einbindet, ist derart ausgebildet, dass folgende Leitungsverbindungen gebildet werden können, in denen im Wesentlichen der erhitzte Wärmeträger 12 strömt.The piping system 11 that is also the heating unit 32 in the entire cycle of the heat carrier 12 einbindet, is formed such that the following line connections can be formed, in which substantially the heated heat carrier 12 flows.
Der erhitzte Wärmeträger 12 kann von den Solarkollektoren 13 des Solarteils 10 direkt oder über die Heizeinheit 32 zu dem Dampferzeuger 22 in dem Kraftwerksteil strömen.The heated heat carrier 12 can from the solar panels 13 of the solar part 10 directly or via the heating unit 32 to the steam generator 22 in the power plant part.
Der erhitzte Wärmeträger 12 kann ebenfalls von den Solarkollektoren 13 des Solarteils 10 direkt oder über die Heizeinheit 32 in die Speichereinheit 31 des Ausgleichsteils 30 strömen.The heated heat carrier 12 can also from the solar panels 13 of the solar part 10 directly or via the heating unit 32 in the storage unit 31 of the compensation part 30 stream.
Des Weiteren kann der in der Speichereinheit 31 des Ausgleichsteils 30 befindliche Teil des Wärmeträgers 12 direkt oder indirekt über die Heizeinheit 32 dem Dampferzeuger 22 des Kraftwerksteils 20 zugeführt werden. In jedem Fall werden sowohl der Teil des erhitzten Wärmeträgers 12, der in flüssiger Form den Dampferzeuger 22 verlässt sowie der verflüssigte Dampf in Verbindung mit der Kondensatoreinheit 26 dem Kreislauf des Wärmeträgers 12 zugeführt, wobei dies im Einzelnen einer Zuführung des abgekühlten Wärmeträgers zu den Solarkollektoren 13 des Solarteils 10 entspricht. Hierbei kann eine geeignete Pumpe 14 verwendet werden.Furthermore, the one in the storage unit 31 of the compensation part 30 located part of the heat carrier 12 directly or indirectly via the heating unit 32 the steam generator 22 of the power plant part 20 be supplied. In any case, both the part of the heated heat carrier 12 , which in liquid form the steam generator 22 leaves as well as the liquefied steam in connection with the condenser unit 26 the circulation of the heat carrier 12 in particular, this being a feed of the cooled heat carrier to the solar collectors 13 of the solar part 10 equivalent. This can be a suitable pump 14 be used.
Der Generatorteil 40 umfasst eine Generatoreinheit 41, die mittels der mechanischen Verbindung 21 mit der Turbineneinheit 24 verbunden ist. Die mit dem in dem Dampferzeuger 22 erzeugten Dampf beaufschlagte Turbineneinheit 24 treibt die Generatoreinheit 41 an, wobei in Abhängigkeit von Dimensionierung der Turbineneinheit 24 und der Generatoreinheit 41 eine elektrische Leistung bereitgestellt wird. Die von der Generatoreinheit 41 bereit gestellte elektrische Leistung wird einer Elektronikeinheit 42 zugeführt. Die Elektronikeinheit 42 ist derart ausgebildet, dass sie als Ausgangsgröße eine elektrische Spannung in einem vorbestimmten Spannungsbereich und mit einem vorbestimmten Frequenzbereich (Wechselspannung) bereit stellt. Mit dem Ausgangsanschluss der Elektronikeinheit 42 kann in Abhängigkeit von dem Bedarf eine Transformatoreinheit 43 vorgesehen sein. Die von der Elektronikeinheit 42 ausgegebene Leistung mit den geeigneten Größen von Spannung und Frequenz wird durch die Transformatoreinheit 43 in eine angemessene andere Spannung, und vorzugsweise eine höhere Spannung umgewandelt. Die durch die Transformatoreinheit 43 an deren Ausgangsanschlüssen bereitgestellte Leistung kann dem in 1 gezeigten Verbraucher oder Leistungsversorgungsnetz N zugeführt werden. Die Transformatoreinheit 43 des Generatorteils 40 ist daher mit dem Verbraucher oder dem Leistungsversorgungsnetz N zur Leistungsabgabe verbindbar.The generator part 40 includes a generator unit 41 by means of the mechanical connection 21 with the turbine unit 24 connected is. The one with the in the steam generator 22 produced steam turbine unit acted upon 24 drives the generator unit 41 in which, depending on the dimensioning of the turbine unit 24 and the generator unit 41 an electric power is provided. The from the generator unit 41 provided electric power is an electronic unit 42 fed. The electronics unit 42 is designed such that it provides as output an electrical voltage in a predetermined voltage range and with a predetermined frequency range (AC voltage). To the output terminal of the electronic unit 42 may be a transformer unit depending on the need 43 be provided. The from the electronics unit 42 output power with the appropriate sizes of voltage and frequency is determined by the transformer unit 43 into a reasonably different voltage, and preferably a higher voltage. The through the transformer unit 43 Power provided at its output terminals may be in accordance with 1 shown consumers or power supply network N are supplied. The transformer unit 43 of the generator part 40 is therefore connectable to the consumer or the power grid N for power delivery.
Die in dem Generatorteil 40 mittels der Generatoreinheit 41, der Elektronikeinheit 42 und der Transformatoreinheit 43 bereitgestellte elektrische Leistung ist hinsichtlich der Spannung und der Frequenz an den Verbraucher oder an das Leistungsversorgungsnetz N angepasst. Das Leistungsversorgungsnetz N stellt ein nach der Spannungshöhe, der Frequenz und der Phasenlage starres Netz dar, und die von dem Generatorteil 40 abgegebene elektrische Leistung ist an die Bedingungen des Leistungsversorgungsnetzes N an der Einspeisestelle anzupassen. Die Bedingungen zum Einspeisen von Leistung aus dem solarthermischen Kraftwerk 100 in das Leistungsversorgungsnetz N werden im Einzelnen von einem jeweiligen Netzbetreiber vorgeschrieben.The in the generator part 40 by means of the generator unit 41 , the electronics unit 42 and the transformer unit 43 provided electrical power is adapted in terms of voltage and frequency to the consumer or to the power grid N. The Power supply network N represents a network which is rigid according to the voltage level, the frequency and the phase position, and that of the generator part 40 delivered electrical power is to be adapted to the conditions of the power supply network N at the feed point. The conditions for feeding power from the solar thermal power plant 100 in the power supply network N are specified in detail by a respective network operator.
Die in 2 gezeigte Steuerungseinheit 50 besteht vorzugsweise aus einer elektronischen Steuerungseinrichtung in Mikroprozessortechnik und dient zum Steuern oder Regeln des gesamten Betriebs und der einzelnen Komponenten des solarthermischen Kraftwerks 100. Die Steuerungseinheit 50 ist daher mit sämtlichen Komponenten des solarthermischen Kraftwerks 100 verbunden, wobei in 2 zur Vereinfachung lediglich die Verbindungen zu den Solarkollektoren 13 des Solarteils 10 und dem Generatorteil 40 in Sinne der Erfassung von Betriebsdaten (Betriebszustandserfassung) gezeigt sind. Die Steuerungseinheit 50 ist ebenfalls mit einer Vielzahl weiterer Erfassungseinrichtungen und Sensoren verbunden, die eine kontinuierliche Erfassung und Überwachung des Betriebs des gesamten solarthermischen Kraftwerks 100 ermöglichen. Diese sind zur Vereinfachung der Darstellung in 2 nicht gezeigt. Die Steuerungseinheit 50 ist ferner mit erforderlichen Betätigungseinrichtungen in den einzelnen Komponenten des solarthermischen Kraftwerks 100 verbunden, um entsprechende Steuerungs- und Regelungsmaßnahmen oder vorbestimmte Einstellungen durchzuführen.In the 2 shown control unit 50 preferably consists of an electronic control device in microprocessor technology and serves to control or regulate the entire operation and the individual components of the solar thermal power plant 100 , The control unit 50 is therefore with all components of the solar thermal power plant 100 connected, in 2 for simplicity, only the connections to the solar collectors 13 of the solar part 10 and the generator part 40 in terms of the detection of operating data (operating state detection) are shown. The control unit 50 is also associated with a variety of other detection devices and sensors that provide continuous detection and monitoring of the operation of the entire solar thermal power plant 100 enable. These are for ease of illustration in 2 Not shown. The control unit 50 is also required with necessary controls in the individual components of the solar thermal power plant 100 connected to perform appropriate control and regulatory measures or predetermined settings.
Der Generatorteil 40 weist gemäß den 1 bis 3 die Verbindung mit dem Ausgleichsteil 30 auf. Insbesondere ist die Elektronikeinheit 42 des Generatorteils 40 mit der Speichereinheit 31 des Ausgleichsteils 30 über eine Verbindungsleitung 44 verbunden (2). Mittels der Verbindungsleitung 44, die eine elektrische Verbindung darstellt, ist es möglich, von der Elektronikeinheit 42 eine elektrische Leistung zu der Speichereinheit 31 zu übertragen.The generator part 40 according to the 1 to 3 the connection with the compensation part 30 on. In particular, the electronic unit 42 of the generator part 40 with the storage unit 31 of the compensation part 30 over a connecting line 44 connected ( 2 ). By means of the connecting line 44 which represents an electrical connection, it is possible from the electronics unit 42 an electric power to the storage unit 31 transferred to.
Mit Bezug zur Darstellung des solarthermischen Kraftwerks 100 gemäß 2 und der weiteren Bezugnahme auf die Darstellung in 3 wird nachstehend die Wirkungsweise des solarthermischen Kraftwerks und die Steuerung desselben in Verbindung mit der Steuerungseinheit 50 beschrieben.With reference to the representation of the solar thermal power plant 100 according to 2 and further reference to the illustration in FIG 3 hereinafter, the operation of the solar thermal power plant and the control of the same in connection with the control unit 50 described.
Bei einem stationärem Betrieb des solarthermischen Kraftwerks 100 erfolgt die Wärmegewinnung durch die Sonneneinstrahlung auf die Solarkollektoren 13 des Solarteils 10, und der in den Absorberrohren der Solarkollektoren 13 erhitzte Wärmeträger wird dem Dampferzeuger 22 unmittelbar zugeführt zur Erzeugung des erforderlichen Dampf, mittels dessen die Turbineneinheit 24 des Kraftwerkteils 20 angetrieben und wodurch die Generatoreinheit 41 des Generatorteils 40 zur Bereitstellung der elektrischen Leistung angetrieben wird. Die elektrische Leistung wird über die Elektronikeinheit 42 mit der vorstehend beschriebenen Signalformungseigenschaft hinsichtlich Spannungshöhe, Phasenlage und Frequenz der ausgegebenen Wechselspannung von der Steuerungseinheit 50 gesteuert, sodass in angemessener Form die elektrische Leistung entsprechend den Vorschriften des Netzbetreibers in das anschließbare Leistungsversorgungsnetz N an dem vorbestimmten Einspeisepunkt eingespeist werden kann. Es wird ferner davon ausgegangen, dass die Speichereinheit 31 des Ausgleichsteils 30 einen Teil des erhitzten Wärmeträgers 12 gespeichert hat.In a stationary operation of the solar thermal power plant 100 Heat is generated by solar radiation on the solar collectors 13 of the solar part 10 , and in the absorber pipes of the solar collectors 13 heated heat transfer medium is the steam generator 22 directly supplied to generate the required steam, by means of which the turbine unit 24 of the power plant part 20 driven and whereby the generator unit 41 of the generator part 40 is driven to provide the electrical power. The electrical power is transmitted through the electronics unit 42 with the signal shaping property described above in terms of voltage level, phase position and frequency of the output AC voltage from the control unit 50 controlled, so that in an appropriate form, the electrical power according to the regulations of the network operator in the connectable power supply network N at the predetermined feed point can be fed. It is further assumed that the storage unit 31 of the compensation part 30 a part of the heated heat carrier 12 saved.
Die Steuerungseinheit 50 in Verbindung mit der Überwachung des Gesamtbetriebs des solarthermischen Kraftwerks 100 sowie der einzelnen Komponenten desselben erfasst mittels einer mit der Steuerungseinheit 50 verbundenen ersten Sensoreinrichtung 51 die Strahlungsintensität der Sonneneinstrahlung, die auf die Solarkollektoren 13 des Solarteils 10 einfällt. Tritt bei der Erfassung der Intensität der Sonneneinstrahlung mittels der ersten Sensoreinrichtung 51 eine Änderung auf, und betrifft die Änderung im Wesentlichen eine Verminderung der Sonneneinstrahlung, dann wird dies durch die Steuerungseinheit 50 erfasst. Die verminderte Sonneneinstrahlung führt zu einer geringeren Erwärmung des in den Absorberrohren der Solarkollektoren 13 strömenden Wärmeträgers 12, sodass dem Dampferzeuger 22 eine geringere Verdampfungsleistung zugeführt wird. In diesem Fall bestimmt die Steuerungseinheit 50, das ein Zugriff des Kraftwerksteils 20 auf die Speichereinheit 31 des Ausgleichsteils 30 erfolgt. Somit wird auf den üblichen Wert des stationären Zustands erhitzter Wärmeträger 12 allein oder zusätzlich zu dem von dem Solarteil 10 zugeführten erhitzten Wärmeträger 12 dem Dampferzeuger 22 des Kraftwerksteils 20 zugeführt wird, sodass dem Kraftwerksteil 20 auch bei einer zumindest zeitweiligen Verminderung der Sonneneinstrahlung ein nahezu unverändert stark erwärmter Wärmeträger 12 zugeführt wird, so dass die Verdampfungsleistung eines stationären Zustands im Wesentlichen aufrecht erhalten werden kann.The control unit 50 in connection with the monitoring of the overall operation of the solar thermal power plant 100 and the individual components thereof detected by means of a with the control unit 50 connected first sensor device 51 the radiation intensity of solar radiation, which affects the solar collectors 13 of the solar part 10 incident. Occurs in the detection of the intensity of solar radiation by means of the first sensor device 51 a change, and the change relates essentially to a reduction in solar radiation, then this is done by the control unit 50 detected. The reduced solar radiation leads to less heating in the absorber tubes of the solar collectors 13 flowing heat carrier 12 so that the steam generator 22 a lower evaporation rate is supplied. In this case, the control unit determines 50 that is an access of the power plant part 20 on the storage unit 31 of the compensation part 30 he follows. Thus, heated to the usual value of the steady state heat transfer medium 12 alone or in addition to that of the solar part 10 supplied heated heat carrier 12 the steam generator 22 of the power plant part 20 is fed so that the power plant part 20 even with an at least temporary reduction of solar radiation, an almost unchanged strongly heated heat transfer medium 12 is supplied, so that the evaporation power of a steady state can be maintained substantially.
Die Erfassung einer zumindest zeitweiligen geringeren Sonneneinstrahlung mittels der ersten Sensoreinrichtung 51 führt somit zu einem Zugriff auf den Ausgleichsteil 30 und insbesondere auf einen Teil des in der Speichereinheit 31 gespeicherten und auf das übliche Maß erwärmten Wärmeträgers 12, wobei dieser Wärmeträger aus der Speichereinheit 31 dem Dampferzeuger 22 des Kraftwerksteils 20 zugeführt wird. Die Erfassung einer geringer gewordenen Sonneneinstrahlung kann zusätzlich oder lediglich durch die Erfassung einer Temperatur des die Solarkollektoren 13 verlassenden Wärmeträgers 12 erfolgen. Zu diesem Zweck kann eine zweite Sensoreinrichtung 52 vorgesehen sein, mit der die Temperatur des Wärmeträgers 12 am Ausgang der Solarkollektoren 13 erfasst werden kann. Das entsprechende Ausgangssignal der zweiten Sensoreinrichtung 52 wird der Steuerungseinheit 50 zur weiteren Auswertung zugeführt.The detection of an at least temporary lower solar radiation by means of the first sensor device 51 thus leads to an access to the compensation part 30 and more particularly to a portion of the memory unit 31 stored and heated to the usual degree heat carrier 12 , wherein this heat carrier from the storage unit 31 the steam generator 22 of the power plant part 20 is supplied. The detection of solar radiation that has become lesser may additionally or merely by detecting a temperature of the solar collectors 13 leaving the heat carrier 12 respectively. For this purpose, a second sensor device 52 be provided with the temperature of the heat carrier 12 at the exit of the solar collectors 13 can be detected. The corresponding output signal of the second sensor device 52 becomes the control unit 50 supplied for further evaluation.
Dies ist erforderlich beispielsweise im Falle eines Wolkendurchgangs, der zumindest regional auf der Vielzahl der Solarkollektoren 13 und zeitweilig eine Abschattung und damit eine verminderte Sonneneinstrahlung mit in der Folge geringerer Erwärmung des Wärmeträgers 12 bewirkt. Der Zugriff auf den Speicherinhalt der Speichereinheit 31 des Ausgleichsteils 30 führt somit zu einem Ausgleich der verminderten, eingestrahlten Sonnenenergie.This is necessary, for example, in the case of a cloud passage, at least regionally on the multiplicity of solar collectors 13 and temporarily a shading and thus a reduced solar radiation with consequently less heating of the heat carrier 12 causes. Access to the memory contents of the storage unit 31 of the compensation part 30 thus leads to a compensation of the reduced, irradiated solar energy.
Auf den Speicherinhalt des Ausgleichsteils 30 kann ebenfalls zugegriffen werden zu Beginn des Sonnenuntergangs, wenn die Intensität der Sonneneinstrahlung zwangsläufig zurückgeht. In diesem Falle kann ein normaler und üblicher stationärer Betrieb des solarthermischen Kraftwerks 100 zumindest zeitweilig fortgesetzt werden. Dies führt zu einer längeren Betriebszeit mit konstantem Betriebsverhalten des Kraftwerkteils 20 und insbesondere des Dampferzeugers 22 und der Turbineneinheit 24, die als thermodynamisches System einer gewissen Trägheit unterliegen. Die Turbineneinheit 24 kann somit während einer längeren Betriebszeit in einem optimalen Betriebszustand mit hohem Turbinenwirkungsgrad betrieben werden.On the memory content of the compensation part 30 can also be accessed at the beginning of the sunset, when the intensity of the sun's rays inevitably decreases. In this case, a normal and usual stationary operation of the solar thermal power plant 100 be continued at least temporarily. This leads to a longer operating time with a constant performance of the power plant part 20 and in particular of the steam generator 22 and the turbine unit 24 , which are subject to a certain inertia as a thermodynamic system. The turbine unit 24 Thus, it can be operated in an optimal operating state with high turbine efficiency during a longer operating time.
In Verbindung mit der Erfassung der Sonneneinstrahlung auf die Solarkollektoren 13 des Solarteils 10 kann ferner die Heizeinheit 32 des Ausgleichsteils 30 aktiviert werden, um beispielsweise bei den Tagesrandzeiten mit geringer Sonneneinstrahlung dem Wärmeträger weiterhin zum Betrieb des solarthermischen Kraftwerks Wärme zuzuführen. Die Heizeinheit 32 dient somit zum Erwärmen von dem Kraftwerksteil 20 zugeführtem Wärmeträger 12, wenn beispielsweise die mittels der ersten Sensoreinrichtung 51 erfasste Sonneneinstrahlung auf dem Solarteil 10 (d. h. wenn das Ausgangssignal der ersten Sensoreinrichtung 51) einen vorbestimmten Schwellenwert unterschreitet. Dies kann ebenfalls die Temperatur des die Solarkollektoren 13 verlassenden Wärmeträgers 12 sein.In connection with the detection of solar radiation on the solar collectors 13 of the solar part 10 furthermore, the heating unit 32 of the compensation part 30 be activated, for example, at the edge of the day with low solar radiation heat to the heat carrier continue to supply the solar thermal power plant. The heating unit 32 thus serves for heating of the power plant part 20 supplied heat transfer medium 12 if, for example, by means of the first sensor device 51 recorded solar radiation on the solar part 10 (ie, when the output of the first sensor device 51 ) falls below a predetermined threshold. This can also change the temperature of the solar panels 13 leaving the heat carrier 12 be.
Hinsichtlich der Bedingungen zur Einspeisung von elektrischer Leistung in ein im Bezug auf Spannung, Frequenz und Phasenlage starres Leistungsversorgungsnetz N bestehen Vorschriften der Netzbetreiber, dass im Falle eines Problems in dem Leistungsversorgungsnetze innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer (etwa 200 ms) die Leistungszufuhr des solarthermischen Kraftwerks 100 zu dem Leistungsversorgungsnetz N vollständig abgeschaltet werden muss.Regarding the conditions for feeding electric power into a voltage, frequency and phase fixed power supply network N, regulations of the grid operator that, in the event of a problem in the power grid, within a predetermined period of time (about 200 ms), the power supply of the solar thermal power plant 100 must be completely switched off to the power grid N.
In diesem Fall kann mittels einer dritten, mit der Steuerungseinheit 50 verbundenen Sensoreinrichtung 53 die Steuerungseinheit 50 erkennen, dass eine Fehlerbedingung resultierend aus dem angeschlossenen Leistungsversorgungsnetz N vorliegt, und es kann die Elektronikeinheit 42 des Generatorteils 40 angesteuert werden, um unmittelbar und vorzugsweise innerhalb der vorgeschriebenen Zeitdauer die vollständige Abschaltung der Leistungszufuhr zu dem Leistungsversorgungsnetz N zu gewährleisten.In this case, by means of a third, with the control unit 50 connected sensor device 53 the control unit 50 recognize that there is a fault condition resulting from the connected power supply network N, and it may be the electronics unit 42 of the generator part 40 be controlled to immediately and preferably within the prescribed period of time to ensure the complete shutdown of the power supply to the power grid N.
Wird aus dem stationären Betriebszustand des solarthermischen Kraftwerks 100 innerhalb dieser sehr kurzen Zeitdauer die Leistungsabgabe an das Leistungsversorgungsnetz N vollständig abgeschaltet, dann führt dies unmittelbar zu einer Erhöhung der Drehzahl der Turbineneinheit 24 und der Generatoreinheit 41, wobei nicht ausgeschlossen werden kann, dass unzulässig hohe Drehzahlen innerhalb einer kurzen Zeitdauer erreicht werden können, die zur Zerstörung oder zur Beschädigung der Turbineneinheit 24 und/oder der Generatoreinheit 41 führen können. Die Trägheit des thermodynamischen Kreises des erhitzten Wärmeträgers 12 im Rohrleitungssystem 11 und der von dem Wärmeträger 12 durchströmten Komponenten des solarthermischen Kraftwerks 100 ist nur mit großem Aufwand in der Lage, eine unmittelbare Abschaltung zu bewirken.Becomes from the stationary operating state of the solar thermal power plant 100 Within this very short period of time, the power output to the power grid N completely switched off, then this leads directly to an increase in the speed of the turbine unit 24 and the generator unit 41 It can not be ruled out that impermissibly high speeds can be achieved within a short period of time leading to the destruction or damage of the turbine unit 24 and / or the generator unit 41 being able to lead. The inertia of the thermodynamic circuit of the heated heat carrier 12 in the piping system 11 and that of the heat carrier 12 flowed through components of the solar thermal power plant 100 is only with great effort able to effect an immediate shutdown.
In diesem Fall führt die Steuerungseinheit 50 eine Steuerung des Generatorteils 40 in der Weise durch, dass in Verbindung mit der Elektronikeinheit 42 erreicht wird, dass die elektrische Leistung, die von der Generatoreinheit 41 bereitgestellt wird, in dem Moment der erforderlichen Abschaltung nicht mehr dem Leistungsversorgungsnetz N, sondern über die Verbindungsleitung 44 der Speichereinheit 31 des Ausgleichsteils 30 zugeführt wird. Zu diesem Zweck weist die Speichereinheit 31 eine elektrische Heizeinrichtung 33 auf, die in der Lage ist, die im stationären Zustand durch die Generatoreinheit 41 erzeugte und mittels der Verbindungsleitung 44 zugeführte elektrische Leistung aufzunehmen und mittels dieser elektrischen Leistung den in der Speichereinheit 31 befindlichen Teil des Wärmeträgers 12 weiter zu erwärmen.In this case, the control unit performs 50 a control of the generator part 40 in the way that, in conjunction with the electronics unit 42 is achieved that the electric power supplied by the generator unit 41 is provided at the moment of the required shutdown is no longer the power supply network N, but via the connecting line 44 the storage unit 31 of the compensation part 30 is supplied. For this purpose, the storage unit 31 an electric heater 33 which is capable of being in the steady state by the generator unit 41 generated and by means of the connecting line 44 to receive supplied electric power and by means of this electrical power in the storage unit 31 located part of the heat carrier 12 continue to heat up.
Wird somit in Verbindung mit der dritten Sensoreinrichtung 53 im Generatorteil 40 die Abschaltbedingung in Folge einer Störung des Leistungsversorgungsnetzes N ermittelt, dann ist der Generatorteil 40 mit der Steuerung oder Regelung durch die Steuerungseinheit 50 in der Lage, auf den Ausgleichsteil 30 zuzugreifen, in dem elektrische Leistung der Speichereinheit 31 des Ausgleichsteils 30 zugeführt wird. Dieser Zugriff, mit dem der Energieinhalt der Speichereinheit 31 vergrößert wird, ermöglicht den fortgesetzten kontinuierlichen Betrieb (stationärer Zustand) des Kraftwerksteils 20, auch wenn in Folge einer erfassten Netzstörung eine kontinuierliche Leistungsabgabe an das Leistungsversorgungsnetz N zumindest zeitweilig nicht möglich ist. Auf diese Weise wird einerseits vermieden, dass kurzfristig das vergleichsweise träge thermodynamische System d. h. der Solarteil 10 und der Kraftwerksteil 12 schnell in ihrem Betriebszustand verändert werden müssen, und es ist zum anderen gewährleistet, dass in Verbindung mit einer Speicherung der erzeugten elektrischen Leistung im Ausgleichsteil 30 der Kraftwerksteil 20 länger in seinem stationärem Zustand und damit in einem Betriebszustand mit einem hohen Wirkungsgrad verbleiben kann.Is thus in connection with the third sensor device 53 in the generator part 40 determines the switch-off condition as a result of a failure of the power supply network N, then the generator part 40 with the control or regulation by the control unit 50 able to on the compensation part 30 access in the electrical power of the storage unit 31 of the compensation part 30 is supplied. This access, with which the energy content of the storage unit 31 is increased, allows the continued continuous operation (stationary state) of the power plant part 20 even if as a result of a detected network failure a continuous power to the power grid N is at least temporarily not possible. In this way, on the one hand avoided, that in the short term, the relatively sluggish thermodynamic system that is the solar part 10 and the power plant part 12 must be changed quickly in their operating state, and it is on the other hand ensures that in connection with a storage of the generated electrical power in the compensation part 30 the power plant part 20 can remain longer in its steady state and thus in an operating state with a high efficiency.
Der Ausgleichsteil 30 stellt somit in der Gesamtanordnung des solarthermischen Kraftwerks 100 eine Komponente dar, auf die unter verschiedenen Veränderten Betriebsbedingungen bedarfsweise zugegriffen werden kann, sodass möglichst lange und zumindest während einer vorbestimmten Zeitdauer das thermodynamische System des Kraftwerksteils 20 nahezu unverändert in seinem stationärem Betrieb mit hohem Wirkungsgrad verbleiben kann.The compensation part 30 thus represents in the overall arrangement of the solar thermal power plant 100 a component that can be accessed under different operating conditions if necessary, so as long as possible and at least for a predetermined period of time, the thermodynamic system of the power plant part 20 can remain almost unchanged in its stationary operation with high efficiency.
Mit den Steuerungs- oder Regelungsmöglichkeiten, die durch die Steuerungseinheit 50 verwirklicht werden, dient somit der Ausgleichsteil 40 und insbesondere der Teil des erwärmten Wärmeträgers 12, der in der Speichereinheit 31 gespeichert ist, zum Ausgleich von von Außen auf einzelne Komponenten des solarthermischen Kraftwerks 100 einwirkenden Änderungen. Während im Fall einer Verminderung der Sonnenintensität (Verminderung der Wärmegewinnung) des Solarteils 10 ein Zugriff (über das Rohrleitungssystem) auf den Ausgleichsteil 30 durch den Kraftwerksteil 20 in der Weise erfolgt, dass dem Ausgleichsteil 30 gespeicherte Energie (erwärmter Wärmeträger 12) entnommen wird, erfolgt im Falle einer Netzstörung und dem Zuführen der elektrischen Leistung zu der Heizeinrichtung 33 der Speichereinheit 31 ein Zugriff (über die Verbindungsleitung 44), der mit einer Energievergrößerung der Speichereinheit 31 verbunden ist. Insbesondere bedeutet die Überleitung der von dem Generatorteil 40 bereitgestellten elektrischen Leistung zu dem Ausgleichsteil 30 die Möglichkeit eines annähernd konstanten Betriebs des Kraftwerksteils 20 unter Beibehaltung eines günstigen Wirkungsgrads, wobei im Allgemeinen Störungen eines Leistungsversorgungsnetzes kurzzeitig von wenigen Sekunden bis wenige Minuten auftreten. Im Falle einer länger andauernden Störung des Leistungsversorgungsnetzes N ist es erforderlich, auch die mechanische Leistungsabgabe des Leistungsteils 20 zu vermindern oder den Kraftwerksteil 20 vollständig abzuschalten.With the control or regulation options provided by the control unit 50 be realized, thus serves the compensation part 40 and in particular the part of the heated heat carrier 12 in the storage unit 31 is stored to compensate for external components of the solar thermal power plant 100 acting changes. While in case of reduction of sun intensity (reduction of heat recovery) of the solar part 10 an access (via the piping system) to the compensation part 30 through the power plant part 20 done in such a way that the compensation part 30 stored energy (heated heat carrier 12 ) is taken in case of a power failure and supplying the electric power to the heater 33 the storage unit 31 an access (via the connecting line 44 ), with an energy increase of the storage unit 31 connected is. In particular, the transition means that of the generator part 40 provided electric power to the compensation part 30 the possibility of an approximately constant operation of the power plant part 20 while maintaining a favorable efficiency, which generally disturbances of a power supply network occur briefly from a few seconds to a few minutes. In the case of a prolonged disturbance of the power supply network N, it is necessary, the mechanical power output of the power unit 20 to diminish or the power plant part 20 completely switch off.
Mit dem jeweiligen Zugriff einerseits des Kraftwerksteils 20 und andererseits des Generatorteils 40 auf den Ausgleichsteil 30 kann sowohl in thermodynamischer als auch in elektrischer Hinsicht eine annähernd konstante Umgebungsbedingung für den Kraftwerksteil 20 und insbesondere für den Betrieb der Turbineneinheit 24 und der Generatoreinheit 41 sowie des Wärmeflusses von dem Solarteil 10 bereitgestellt werden, wobei möglichst geringe Änderungen der Fluidzufuhr zur Turbineneinheit 24 und allgemein möglichst geringe Änderungen im thermodynamischen System des Solarteils 10 und des Kraftwerksteils 20 gewährleistet sind.With the respective access on the one hand of the power plant part 20 and on the other hand, the generator part 40 on the compensation part 30 can be an approximately constant environmental condition for the power plant part both in thermodynamic and in electrical terms 20 and in particular for the operation of the turbine unit 24 and the generator unit 41 as well as the heat flow from the solar part 10 be provided, with minimal changes in the fluid supply to the turbine unit 24 and generally as small as possible changes in the thermodynamic system of the solar part 10 and the power plant part 20 are guaranteed.
Somit ist einerseits mit dem Zugriff des Generatorteils 40 auf den Ausgleichsteil 30 zum Speichern der im Generatorteil bereitgestellten elektrischen Energie in der Speichereinheit 31 des Ausgleichsteils 30 die Möglichkeit geschaffen, auf Änderungen im Betriebsverhalten des angeschlossenen Leistungsversorgungsnetzes N und speziell auf die Bedingungen des Netzbetreibers zur Behandlung von Netzproblemen sofort zu reagieren, d. h. innerhalb einer sehr kurzen Zeit ein teilweises oder vollständiges Abschalten der Leistungszufuhr zu dem Leistungsversorgungsnetz vorzunehmen, wobei die Energiebereitstellung durch das solarthermische Kraftwerk 100 kontinuierlich weiter erfolgen kann und während der Zeiten einer Unterbrechung der Leistungszufuhr zu dem Verbraucher oder Leistungsversorgungsnetz N die bereitgestellte Energie in dem Ausgleichsteil 30 gespeichert wird. Diese Speicherung bedeutet eine Reserve für Betriebszeiten des solarthermischen Kraftwerks 100 beispielsweise in den Tagesrandzeiten bei sehr schräg stehender Sonne und damit einer geringeren Sonneneinstrahlung, sodass für den Kraftwerksteil 20 des solarthermischen Kraftwerks 100 in diesen Zeiten und auch bei kurzzeitiger Abschattung bei einem Wolkendurchgang, bei Nebel oder Dunst ebenfalls eine annähernd kontinuierliche Leistungserzeugung unter Beibehaltung eines guten Wirkungsgrads gewährleistet ist. In diesem Fall wird der Speichereinheit 31 des Ausgleichsteils 30 zuvor gespeicherte Energie entnommen, indem erwärmter Wärmeträger 12 dem Dampferzeuger 22 im Kraftwerksteil 20 zugeführt wird.Thus, on the one hand with the access of the generator part 40 on the compensation part 30 for storing the electrical energy provided in the generator part in the storage unit 31 of the compensation part 30 the ability to respond immediately to changes in the performance of the connected power supply network N and especially to the conditions of the network operator for the treatment of network problems, ie to make a partial or complete shutdown of the power supply to the power supply network within a very short time, the energy provided by the solar thermal power plant 100 can continue to take place continuously and during the periods of interruption of the power supply to the load or power supply network N, the energy provided in the compensation part 30 is stored. This storage means a reserve for operating times of the solar thermal power plant 100 For example, in the daytime with a very inclined sun and thus less sunlight, so for the power plant part 20 of the solar thermal power plant 100 In these times and also in the case of short-term shadowing in the case of a cloud passage, in the case of fog or haze, an approximately continuous power generation is also ensured while maintaining a good degree of efficiency. In this case, the storage unit 31 of the compensation part 30 previously stored energy removed by heated heat carrier 12 the steam generator 22 in the power plant section 20 is supplied.
Gemäß der Darstellung in 2 umfasst das solarthermische Kraftwerk 100 die Heizeinheit 32, die in Verbindung mit dem Ausgleichsteil 30 vorgesehen ist. Die Heizeinheit 32 dient zum weiteren Aufheizen den fluiden Wärmeträgers, wobei auch beispielsweise Biogas als Energieträger für die Heizeinheit 32 verwendet werden kann. Die Heizeinheit 32 ist mit der Speichereinheit 31 des Ausgleichsteils verbunden und kann sowohl den in der Speichereinheit 31 des Ausgleichsteils 30 vorhandenen Wärmeträger 12 aufwärmen, oder kann ebenfalls den Wärmeträger 12 erwärmen, der mittels des Rohrleitungssystems 11 unmittelbar dem Dampferzeuger 22 zugeführt wird.As shown in 2 includes the solar thermal power plant 100 the heating unit 32 , which in conjunction with the compensation part 30 is provided. The heating unit 32 is used for further heating the fluid heat carrier, including, for example, biogas as an energy source for the heating unit 32 can be used. The heating unit 32 is with the storage unit 31 connected to the balancing part and can both in the storage unit 31 of the compensation part 30 existing heat transfer medium 12 warm up, or may also be the heat carrier 12 heat by means of the piping system 11 directly to the steam generator 22 is supplied.
Auf diese Weise ist es ebenfalls möglich, die Betriebszeiten den solarthermischen Kraftwerks 100 in den Tagesrandzeiten zu verlängern und/oder eine geringere Sonneneinstrahlung zu bestimmten Tageszeiten auszugleichen.In this way it is also possible, the operating times the solar thermal power plant 100 to extend in the daytime hours and / or one to compensate for lower solar radiation at certain times of the day.
Der Zugriff des Kraftwerksteils 20 auf den Ausgleichsteil 30 steht somit im Zusammenhang mit der Erfassung der Sonneneinstrahlung am Ort des Solarteils 10, und insbesondere der Sonneneinstrahlung auf die Solarkollektoren 13, die mittels der ersten Sensoreinrichtung 51 und/oder der zweiten Sensoreinrichtung 52 durchgeführt werden kann.The access of the power plant part 20 on the compensation part 30 is thus related to the detection of solar radiation at the location of the solar part 10 , and in particular the solar radiation on the solar collectors 13 , by means of the first sensor device 51 and / or the second sensor device 52 can be carried out.
In entsprechender Weise erfolgt mittels der dritten Sensoreinrichtung 53 die kontinuierliche Überwachung des Betriebs und insbesondere der Leistungsaufnahme des angeschlossenen Verbrauchers oder des Leistungsversorgungsnetzes N. Die Steuerungsmaßnahmen der Steuerungseinheit 50 stehen somit in Zusammenhang mit der Auswertung dieser Sensorsignale.In a corresponding manner by means of the third sensor device 53 the continuous monitoring of the operation and in particular of the power consumption of the connected load or the power supply network N. The control measures of the control unit 50 are thus associated with the evaluation of these sensor signals.
Des Weiteren ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, elektrische Energie in der Speichereinheit 31 des Ausgleichsteils 30 für den Fall zu speichern, bei dem aus bestimmten Gründen ein schnelles Abbremsen der betrieblichen Kombination aus der Turbineneinheit 24 und der Generatoreinheit 41 erforderlich ist. Die kinetische Energie dieser rotierenden Einheiten kann somit zum Zwecke des Abbremsens ebenfalls in der Speichereinheit 31 des Ausgleichsteils 30 gespeichert werden. Auf den Einsatz einer mechanischen Bremse kann somit verzichtet werden. Hinsichtlich der Zugriffsmöglichkeiten auf den Ausgleichsteil 30 besteht somit zwischen dem Solarteil 10 und dem Kraftwerksteil 20 eine Strömungsverbindung zum Zuführen des fluiden Wärmeträgers 12 zu dem Kraftwerksteil, während zwischen dem Ausgleichsteil 30 und dem Generatorteil 40 zur Bereitstellung des Zugriffs eine elektrische Verbindung (Verbindung zur Übertragung elektrischer Leistung) besteht.Furthermore, according to the present invention, it is possible to generate electric power in the storage unit 31 of the compensation part 30 to save for the case in which, for certain reasons, a rapid deceleration of the operational combination of the turbine unit 24 and the generator unit 41 is required. The kinetic energy of these rotating units can thus also in the storage unit for the purpose of deceleration 31 of the compensation part 30 get saved. The use of a mechanical brake can thus be dispensed with. Regarding the accessibility to the compensation part 30 thus exists between the solar part 10 and the power plant part 20 a flow connection for supplying the fluid heat carrier 12 to the power plant part, while between the balancing part 30 and the generator part 40 for providing the access, there is an electrical connection (connection for transmitting electric power).
Ein Zugriff auf den Ausgleichsteil 30 durch den Kraftwerksteil 20 oder den Generatorteil 40 erfolgt für den Kraftwerksteil 20 und dem Generatorteil 40 getrennt und unabhängig voneinander, beispielsweise zu unterschiedlichen Zeiten und während einer unterschiedlichen Zeitdauer, wobei auch die Zugriffe gleichzeitig erfolgen können. In jedem Falle dienen die Zugriffe zu einem Ausgleich einerseits einer verminderten Sonneneinstrahlung und andererseits einer verminderten oder unmöglichen Leistungsabgabe an den Verbraucher oder das Leistungsversorgungsnetz N, wobei das Ziel erreicht wird, das thermodynamische System und insbesondere den Durchfluss des fluiden Wärmeträgers 12 und den Betrieb der Turbineneinheit 24 möglichst kontinuierlich mit nur geringen Veränderungen unter Beibehaltung eines optimalen Wirkungsgrads zu gewährleisten.An access to the compensation part 30 through the power plant part 20 or the generator part 40 done for the power plant part 20 and the generator part 40 separated and independently of each other, for example, at different times and during a different period of time, whereby the accesses can be made simultaneously. In any case, the accesses serve to balance on the one hand a reduced solar radiation and on the other hand a reduced or impossible power output to the consumer or the power supply network N, the goal being achieved, the thermodynamic system and in particular the flow of the fluid heat carrier 12 and the operation of the turbine unit 24 To ensure as continuously as possible with only minor changes while maintaining optimum efficiency.
Des Weiteren kann die Einspeisung über die elektrische Seite in die Speichereinheit 31, d. h. der Zugriff des Generatorteils 40 auf den Ausgleichsteil 30 zeitlich begrenzt werden, da der Ausgleichsteil 30 nur eine begrenzte Möglichkeit der Energieaufnahme aufweist. In diesem Zusammenhang überwacht die Steuerungseinheit 50 mittels einer vierten Sensoreinrichtung 54 (3) den Betriebszustand der Speichereinheit 31. Überschreitet das der Steuerungseinheit 50 zugeführte Ausgangssignal der vierten Sensoreinrichtung 54 einen vorbestimmten Schwellenwert, der beispielsweise die Temperatur und/oder ein Füllstand der Speichereinheit 31 sein kann, dann bewirkt die Steuerungseinheit 50 eine Verminderung der gesamten Kraftwerksleistung oder ein Herunterfahren des gesamten solarthermischen Kraftwerks 100, sofern die Leistungsaufnahme des angeschlossenen Verbrauchers oder Leistungsversorgungsnetzes gering bleibt oder eine vollständige Abschaltung vorliegt und die Energieaufnahme der Speichereinheit 31 des Ausgleichsteils 30 gemäß der Erfassung erschöpft ist. Dies entspricht einer Verminderung (Beschränkung) oder Abschaltung der Leistungszufuhr zur Speichereinheit 31 bei einer Überschreitung des Schwellenwerts. Eine Überlastung des Ausgleichsteils 30 wird somit vermieden.Furthermore, the supply via the electrical side in the storage unit 31 ie the access of the generator part 40 on the compensation part 30 be limited in time, since the compensation part 30 has only a limited possibility of energy absorption. In this context, the control unit monitors 50 by means of a fourth sensor device 54 ( 3 ) the operating state of the storage unit 31 , Exceeds that of the control unit 50 supplied output signal of the fourth sensor device 54 a predetermined threshold, for example, the temperature and / or a level of the storage unit 31 can be, then causes the control unit 50 a reduction in the total power plant capacity or a shutdown of the entire solar thermal power plant 100 , provided that the power consumption of the connected consumer or power supply network remains low or a complete shutdown is present and the energy consumption of the storage unit 31 of the compensation part 30 is exhausted according to the detection. This corresponds to a reduction (restriction) or shutdown of the power supply to the storage unit 31 when the threshold is exceeded. An overload of the compensation part 30 is thus avoided.
Mittels des Ausgleichsteils 30 ist es daher möglich, von außen auf das solarthermische Kraftwerk 100 einwirkende unterschiedliche Einflussfaktoren gleichzeitig oder getrennt, in jedem Fall aber unabhängig voneinander, zur Aufrechterhaltung eines möglichst gleichförmigen Betriebs des solarthermischen Kraftwerks 100 auszugleichen.By means of the compensation part 30 It is therefore possible from the outside to the solar thermal power plant 100 acting different influencing factors simultaneously or separately, but in each case independently of each other, to maintain as uniform as possible operation of the solar thermal power plant 100 compensate.
Die in dem Kraftwerksteil 20 verwendete Turbineneinheit 24 kann eine beliebige Turbine sein. Vorzugsweise ist die Turbineneinheit eine Tesla-Turbine die als Scheibenläuferturbine in Form einer schaufellosen Turbine ausgebildet ist. In der Tesla-Turbine kann der fluide bzw. dampfförmige Wärmeträger, der beispielsweise Wasser ist, kondensieren, so dass vorwiegend der kondensierte Dampf (Wasser oder Wasser-Dampf-Gemisch) aus der Turbinen austritt.The in the power plant part 20 used turbine unit 24 can be any turbine. Preferably, the turbine unit is a Tesla turbine which is designed as a disk rotor turbine in the form of a blade-less turbine. In the Tesla turbine, the fluid or vaporous heat carrier, which is, for example, water, condense, so that predominantly the condensed steam (water or water-steam mixture) exits the turbine.
Mit der Verwendung von Wasser als fluider Wärmeträger 12 werden die Nachteile vermieden, die mit der Verwendung eines Thermoöls als Wärmeträger verbunden sind. Die Verwendung von Wasser als Wärmeträger 12 ermöglicht es ferner, statt mehrerer thermodynamischer Systeme (Kreise) auf ein System mit einem Medium als Wärmeträger und einem thermodynamischen Kreis überzugehen.With the use of water as a fluid heat carrier 12 avoid the disadvantages associated with the use of a thermal oil as a heat carrier. The use of water as a heat carrier 12 also makes it possible, instead of several thermodynamic systems (circuits), to move to a system with a medium as a heat carrier and a thermodynamic cycle.
Die vorstehend beschriebene Anordnung des solarthermischen Kraftwerks 100 gemäß 2 beruht auf der Verwendung von Wasser als fluider Wärmeträger 12, so dass ein Einkreis-System verwendet werden kann. Wird anstelle dessen Kohlenstoffdioxid (CO2) mit einem entsprechenden Druck verwendet, dann wird ein Zweikreis-System verwendet, wobei die Schnittstelle in Verbindung mit dem erforderlichen Wärmetauscher im Bereich der Dampferzeugung für die Turbine 24 ist.The arrangement of the solar thermal power plant described above 100 according to 2 is based on the use of water as a fluid heat carrier 12 so that a single-circuit system can be used. If instead carbon dioxide (CO 2 ) is used with a corresponding pressure, then a two-circuit system is used, the interface in conjunction with the required heat exchanger in the field of steam generation for the turbine 24 is.
Ferner kann das aus dem Kondensator ausströmende Fluid in Abhängigkeit von der Dimensionierung des solarthermischen Kraftwerks und der Ausführung der einzelnen Komponenten einen niedrigen Temperaturbereich annehmen, so dass der Wärmeträger in diesem Zustand des thermodynamischen Systems auch zur Kühlung herangezogen werden kann. Auf diese Weise wird ebenfalls dem Wärmeträger 12 bei der zusätzlichen Verwendung in einem Kühlsystem Wärme zugeführt, die somit in dem solarthermischen Kraftwerk 100 verwertet werden kann.Furthermore, the fluid flowing out of the condenser can assume a low temperature range as a function of the dimensioning of the solar thermal power plant and the design of the individual components, so that the heat carrier can also be used for cooling in this state of the thermodynamic system. In this way is also the heat carrier 12 supplied with additional use in a cooling system heat, thus in the solar thermal power plant 100 can be recycled.
In dem als Expansionsdampferzeugers ausgebildeten Dampferzeuger 22 ist es möglich, die Temperaturen in dem hydraulischen System und insbesondere in den Kollektoren (Absorberrohr) von einem Bereich um 350°C auf einen Bereich um etwa 250°C zu vermindern. Der Expansionsdampferzeuger kann kleiner ausgeführt werden als ein Dampferzeuger, der über eine Wärmetauschereinrichtung mit der Verwendung eines Thermoöls die mittels des Thermoöls übertragene Wärme an das Wasser zur Dampferzeugung abgibt. Eine Speisewasserpumpe kann entfallen, und das gesamte solarthermische Kraftwerk 100 kann bereits bei geringer Sonneneinstrahlung angefahren werden. Des Weiteren ist durch die Verwendung von Wasser als Wärmeträger 12 durch die über den verwendeten Temperaturbereich nahezu konstante Viskosität des Wassers ein Anfahren des solarthermischen Kraftwerks 100 vereinfacht. Mit dem Wegfall der Verwendung von Thermoöl und des in seinem Aufbau komplizierteren Dampferzeugers mit Wärmetauscher und der schnellen Betriebsaufnahme des solarthermischen Kraftwerks durch vereinfachtes Anfahren können die in Verbindung mit dem solarthermischen Kraftwerk 100 entstehenden Kosten erheblich vermindert und kann der Betrieb in seiner Komplexität vereinfacht werden, sodass auch einfaches Betriebspersonal für den Betrieb einer Anlage eingesetzt werden kann.In the steam generator designed as an expansion steam generator 22 it is possible to reduce the temperatures in the hydraulic system and in particular in the collectors (absorber pipe) from a range around 350 ° C to a range around 250 ° C. The expansion steam generator can be made smaller than a steam generator, which emits via a heat exchanger device with the use of a thermal oil, the heat transferred by means of the thermal oil to the water for steam generation. A feedwater pump can be omitted, and the entire solar thermal power plant 100 can be approached even in low sunlight. Furthermore, by the use of water as a heat transfer medium 12 due to the viscosity of the water, which is almost constant over the temperature range used, a startup of the solar thermal power plant 100 simplified. With the elimination of the use of thermal oil and the more complicated in its construction steam generator with heat exchanger and the rapid startup of the solar thermal power plant by simplified startup can in conjunction with the solar thermal power plant 100 significantly reduces the complexity of the operation and simplifies the operation in its complexity, so that even simple operating personnel can be used for the operation of a plant.
Die vorliegende Erfindung wurde vorstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den zugehörigen Figuren beschrieben.The present invention has been described above on the basis of exemplary embodiments in conjunction with the associated figures.
Es ist jedoch für den auf diesem Gebiet tätigen Fachmann selbstverständlich, dass die Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung gemäß den vorstehend beschriebenen Figuren und die für die jeweiligen Bauteile und Komponenten verwendeten Bezugszeichen in den Figuren und der Beschreibung sowie die beispielhaften Angaben nicht einschränkend auszulegen sind. Auch sind die in den einzelnen Figuren angegebenen Proportionen für ein besseres Verständnis schematisch dargestellt. Somit ist die Erfindung auf die angegebenen Darstellungen nicht beschränkt. Vielmehr werden als zur Erfindung gehörig sämtliche Ausführungsformen und Varianten angesehen, die unter die beigefügten Patentansprüche fallen.However, it will be understood by those skilled in the art that the structure of the present invention, as set forth in the foregoing figures, and the reference numerals used for the respective components and components, are not to be interpreted in a restrictive manner in the figures and the description and the exemplary disclosures. Also, the proportions given in the individual figures are shown schematically for a better understanding. Thus, the invention is not limited to the illustrations given. Rather, all embodiments and variants are considered as belonging to the invention, which fall under the appended claims.