DE102012006729A1

DE102012006729A1 - Solar thermal power plant for converting solar energy into electrical energy, has multiple devices for conversion of solar radiation into heat, which are optimally adapted to respective temperature of energy-absorbing mediums

Info

Publication number: DE102012006729A1
Application number: DE201210006729
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-04-02
Filing date: 2012-04-02
Publication date: 2013-10-02

Abstract

The solar thermal power plant has multiple devices for conversion of solar radiation into heat, which are optimally adapted to the respective temperature of the energy-absorbing mediums. One of the devices comprises flat radiation absorbers, which are firmly attached near the ground, where the lateral mirrors are added to the radiation absorbers for increasing the radiation. The mirrors are tracked to the position of the sun such that the sunlight falling on the mirror is reflected on the radiation absorber.

Description

Stand der Technik:State of the art:

Bei solarthermischen Kraftwerken wird die Energie des Sonnenlichts in geeigneten Vorrichtungen absorbiert und auf ein Wärmeträgermedium übertragen, und dann mittels bekannter Kraftwerkstechnik in mechanische Energie und elektrische Energie umgewandelt.In solar thermal power plants, the energy of the sunlight is absorbed in suitable devices and transferred to a heat transfer medium, and then converted by means of known power plant technology into mechanical energy and electrical energy.

Die wichtigsten Einrichtungen zur Absorption des Sonnenlichtes zur Kraftwerksnutzung sind nach heutigem Stand der Technik:

– Parabolspiegelrinnenkraftwerke
– Heliostaten – Turmkraftwerke
– Fresnelspiegelkraftwerke

The most important devices for the absorption of sunlight for power plant use are according to the current state of the art:

- parabolic trough power plants
- Heliostats - Tower power plants
- Fresnel mirror power plants

Eine sehr umfangreiche Übersicht über den Stand der Nutzung der Solarenergie findet sich bei Achmed A. W. Khammas: ”Buch der Synergien, Teil C” im Internet unter http.www://buch-der-synergie.de/c sowie in der Internet-Enzyclopädie ”Wikipedia” unter dem Stichwort ”Sonnenkraftwerk”.A very comprehensive overview of the status of the use of solar energy can be found in Achmed AW Khammas: "Book of Synergies, Part C" on the Internet at http.www: //buch-der-synergie.de/c and in the Internet Encyclopaedia "Wikipedia" under the keyword "solar power plant".

Nur Parabolspiegelkraftwerke werden z. Z. als größere Anlagen in kommerziellem Umfang betrieben.Only parabolic mirror power plants z. Z. operated as larger facilities on a commercial scale.

In der Firmenschrift der ”Solar Millenium AG”: ”Der Andasol Fonds” wird recht ausführlich das solarthermische Kraftwerk ”Andasol 3” beschrieben. Dies Projekt wird als das z. Z. größte solarthermische Kraftwerk bezeichnet. Es darf somit als Beschreibung des derzeit tatsächlich ausgeführten Standes der Technik und somit als Referenz angesehen werden.In the company brochure of "Solar Millennium AG": "The Andasol Fund" is described in great detail the solar thermal power plant "Andasol 3". This project is called the z. Z. largest solar thermal power station called. It may therefore be regarded as a description of the state of the art actually carried out and thus as a reference.

In ”Andasol 3” wird die Sonnenenergie mittels großer in Rinnenform angeordneter aus Glas gefertigter Parabolspiegel auf ein vakuumisoliertes Absorberrohr gelenkt und die Wärme dort von einem Wärmeträgeröl aufgenommen und in einem Wärmetauscher auf Wasser übertragen, mit dem in üblicher Technik ein Dampfkraftwerk betrieben wird. Ein Teil der Wärme wird zunächst vom Wärmeträgeröl auf eine als Wärmespeicher dienende Salzschmelze übertragen und von dort in strahlungsarmen Zeiten wieder abgerufen, um eine gewisse Zeit lang nach Ausbleiben der Sonneneinstrahlung das Kraftwerk noch weiter betreiben zu können. Das Kondensatwasser des Dampfkraftwerks wird durch Zumischen von Dampf, den man der Turbinenanlage entzieht, auf eine erhöhte Temperatur gebracht und dann erneut dem Kraftwerksprozess zugeführt. Der entzogene Dampf fehlt in der Turbinenanlage und vermindert deren Leistung. Die Parabolspiegel sind auf einem stabilen Gerüst fest verklebt und müssen sehr sorgfältig justiert werden, damit die reflektierte Strahlung genau auf die Absorberrohre trifft. Aus dem gleichen Grund müssen auch die Spiegel selbst mit hoher Präzision gefertigt werden. Die Spiegel bestehen aus rückseitig verspiegeltem Glas, so daß das einfallende Sonnenlicht zunächst zweimal das Glasmaterial passieren muß. Deshalb muß ein ein esonders absorptionsarmes Spezialglas verwendet werden. Die Parabolspiegelreihen werden in Nord-Süd-Richtung angeordnet und in Richtung der einfallenden Sonnenstrahlung gedreht. Um auch bei niedrigem Sonnenstand eine gegenseitige Teilverschattung möglichst gering zu halten, werden die Spiegelreihen mit Abstand zueinander angeordnet. Bedingt durch die Eigenschaften des Wärmeträgeröls ist mit dieser Kraftwerksanordnung eine Temperatur des Wärmeträgeröls von nur 400°C erreichbar, für die obere Temperatur der Salzschmelze werden 390°C genannt. Unter Berücksichtigung der für den Betrieb eines Wärmetauschers nötigen Temperaturdifferenz darf man somit von einer Dampftemperatur von maximal 380°C ausgehen.In "Andasol 3", the solar energy is directed by means of a large arranged in channel shape made of glass parabolic mirror on a vacuum-insulated absorber tube and the heat is absorbed there by a heat transfer oil and transferred in a heat exchanger to water, with the usual technology, a steam power plant is operated. Part of the heat is first transferred from the heat transfer oil to serving as a heat storage molten salt and retrieved from there in low-radiation times again to operate for a certain period of time after the absence of sunlight, the power plant can continue. The condensate water of the steam power plant is brought by adding steam, which is extracted from the turbine plant, to an elevated temperature and then fed again to the power plant process. The extracted steam is missing in the turbine system and reduces their performance. The parabolic mirrors are firmly glued to a stable framework and must be adjusted very carefully so that the reflected radiation hits the absorber tubes exactly. For the same reason, the mirrors themselves must be manufactured with high precision. The mirrors consist of back-mirrored glass, so that the incident sunlight must first pass through the glass material twice. Therefore, a special low-absorption special glass must be used. The parabolic mirror rows are arranged in north-south direction and rotated in the direction of the incident solar radiation. In order to keep a mutual partial shading as low as possible even when the sun is low, the mirror rows are arranged at a distance from each other. Due to the properties of the thermal oil, a temperature of the heat transfer oil of only 400 ° C can be achieved with this power plant arrangement, for the upper temperature of the molten salt 390 ° C are called. Taking into account the temperature difference necessary for the operation of a heat exchanger, it is therefore possible to assume a maximum steam temperature of 380 ° C.

Es gibt auch Berichte über Versuche, statt des Wärmeträgeröls Salzschmelzen als Wärmeträger in Parabolrinnenkraftwerken einzusetzen. Bei deren Konstruktion sind Vorkehrungen vorzusehen, die ein Erstarren der Salzschmelze bei Betriebspausen verhindern. Mit Salzschmelzen sollen deutlich höhere Wärmeträgertemperaturen erreicht werden als mit Thermoöl.There are also reports of attempts to use salt melts instead of heat transfer oil as heat transfer medium in parabolic trough power plants. In their construction precautions should be taken to prevent solidification of the molten salt during breaks. With salt melts, significantly higher heat carrier temperatures are to be achieved than with thermal oil.

Weiterhin gibt es im Versuchsstadium auch sog. Turmkraftwerke, bei denen sehr viele einzelne Spiegel, sogenannte Heliostaten, das einfallende Sonnenlicht, z. T. über beachtliche Entfernung, auf einen in einem hohen Turm befindlichen Strahlungsempfänger, auch als ”receiver” bezeichnet, reflektieren. Dazu muss jeder einzelne Spiegel auf einem eigenen Gestell montiert und zur genauen Ausrichtung zweidimensional einzeln angesteuert werden, und diese Ausrichtung muss ständig dem sich verändernden Sonnenstand angepasst werden. Solche Heliostatenfelder sollen einige hundert bis zu einigen tausend Spiegel umfassen. Für eine volle Ausnutzung des einfallenden Sonnenlichts muß auch hier der Abstand zwischen den einzelnen Spiegeln so ausreichend sein, daß eine gegenseitige Verschattung weitgehend vermieden wird. Mit dieser Anordnung sollen Temperaturen von 700°C und mehr erreicht werden können.Furthermore, there are also so-called tower power stations in the experimental stage, in which a great many individual mirrors, so-called heliostats, the incident sunlight, z. T. over considerable distance, on a radiation tower located in a high tower, also referred to as "receiver" reflect. For this purpose, each individual mirror must be mounted on a separate frame and individually controlled in two dimensions for exact alignment, and this alignment must be constantly adapted to the changing position of the sun. Such heliostat data fields should comprise several hundred to several thousand mirrors. For a full utilization of the incident sunlight here, too, the distance between the individual mirrors must be sufficient so that a mutual shading is largely avoided. With this arrangement, temperatures of 700 ° C and more can be achieved.

Als dritte Variante, ebenfalls im Stadium des Versuchsbetriebs, werden sog. Fresnelspiegelanordnungen genannt. Diese bestehen aus mehreren nebeneinanderliegenden langen Reihen von bodennah montierten Planspiegeln, die das Sonnenlicht gemeinsam auf einen auf einem hohen Gestell befindlichen Strahlungsempfänger reflektieren. ei dieser Anordnung werden die Spiegelreihen eindimensional dem Sonnenstand nachgeführt. Es ist dabei nicht nur eine gegenseitige Verschattung der Spiegel zu vermeiden, sondern es muß auch noch darauf geachet werden, daß die einzelnen Spiegelreihen nicht der Lichtreflektion der anderen Spiegel im Wege stehen. Über die mit dieser Anordnung erreichbaren Temperaturen sind wenig Informationen erhältlich. Wegen der geringeren Fokussierung durch Planspiegelelemente darf jedoch davon ausgegangen werden, daß weniger hohe Temperaturen erreichbar sind als bei Parabolspiegelrinnensystemen. Einige Patentschriften beschäftigen sich mit Verbesserungen des solarthermischen Kraftwerksprozesses:
In WO 97/14887 wird ein Verfahren vorgeschlagen, in dem Solarwärme zur Verdampfung des Arbeitsfluids genutzt wird und die Überhitzung durch die Abhitze eines GuD-Kraftwerkes erfolgt. Diese Kopplung ist nur dann sinnvoll, wenn sich bereits ein GuD-Kraftwerk in der unmittelbaren Nähe des Solarkraftwerkes befindet. As a third variant, also in the stage of the experimental operation, so-called Fresnel mirror arrangements are mentioned. These consist of several adjacent long rows of plan mirrors mounted near the ground, which reflect the sunlight together on a radiation receiver located on a high frame. In this arrangement, the rows of mirrors are one-dimensionally tracked to the position of the sun. It is not only a mutual shading of the mirror to avoid, but it must also be ensured that the individual mirror rows are not the light reflection of other mirrors in the way. Little information is available about the temperatures achievable with this arrangement. However, due to the lower focusing by plane mirror elements, it may be assumed that less high temperatures can be achieved than with parabolic mirror trough systems. Some patents deal with improvements of the solar thermal power plant process:
In WO 97/14887 a method is proposed in which solar heat is used to evaporate the working fluid and the overheating is done by the waste heat of a gas and steam power plant. This coupling only makes sense if a combined cycle power plant is already located in the immediate vicinity of the solar power plant.

In US 2009/0324073 A1 wird ein Verfahren vorgeschlagen, das sich auf mehrere Wärmequellen stützt, wobei Niedertemperaturwärme zur Vorwärmung eines organischen Wärmeträgers dient. Auch dieses Verfahren ist nur dann sinnvoll, wenn mehrere verschiedene Wärmequellen am gleichen Ort zur Verfügung stehen.In US 2009/0324073 A1 a method is proposed which relies on a plurality of heat sources, wherein low-temperature heat is used to preheat an organic heat carrier. This method is only useful if several different heat sources in the same place are available.

In DE 00 0010 346 255 A1 wird ein Verfahren vorgeschlagen, in dem auf die Speisewasservorwärmung durch Anzapfdampf ebenfalls verzichtet wird. Statt dessen wird Wärme aus einem Hochtemperaturwärmeerzeuger genutzt. Dies ist exergetisch nicht günstig. Weiterhin wird dort ausgeführt, daß Vorwärmung, Verdampfung und Überhitzung getrennt durchgeführt werden, eine der Temperatur angepaßte Methode zur Strahlungswandlung wird nicht erwähnt.In DE 00 0010 346 255 A1 a method is proposed in which the feedwater preheating by tapping steam is likewise dispensed with. Instead, heat from a high temperature heat generator is used. This is exergetically not favorable. Furthermore, it states that preheating, evaporation and superheating are carried out separately, a temperature-adapted method for radiation conversion is not mentioned.

Erläuterungen zur Erfindung:Explanations of the invention:

Viele der solarthermischen Kraftwerke können nicht wirtschaftlich betrieben werden und sind erst durch Zusage großzügiger Subventionen entstanden. Ziel der Erfindung sind daher solarthermische Kraftwerke verbesserter Wirtschaftlichkeit.Many of the solar thermal power plants can not be operated economically and have emerged only by pledging generous subsidies. The aim of the invention are therefore solar thermal power plants improved efficiency.

Da bei Solarkraftwerken keine Brennstoffkosten anfallen, sind die Betriebskosten überwiegend durch den Kapitaldienst für die Errichtung des Kraftwerks bedingt. Die Mängel im Stand der Technik sind somit vor allem in den für einen wirtschaftlichen Betrieb zu hohen Kosten für die Errichtung der solarthermischen Kraftwerke zu suchen.Since solar power plants do not incur fuel costs, the operating costs are mainly due to the capital service for the construction of the power plant. The deficiencies in the state of the art are thus to be sought, above all, in the costs, which are too high for economic operation, for the construction of the solar thermal power plants.

Im Gegensatz zu Verbrennungskraftwerken ist die prozentuale Energieausnutzung nicht Hauptkriterium der Wirtschaftlichkeit, sondern die auf die Leistung bezogenen Errichtungskosten. Hier muß daher bei einer Verbesserung der Wirtschaftlichkeit vorrangig angesetzt werden.In contrast to combustion power plants, the percentage of energy use is not the main criterion of economic efficiency, but the construction costs related to the performance. Here, therefore, priority must be given to improving economic efficiency.

Die Kraftwerkskomponenten im engeren Sinne, wie Turbinen, Generatoren, Transformatoren und dazu gehörige Leittechnik sind Stand der Technik und stellen, für sich allein gesehen, keine wesentlich über die bei Verbrennungskraftwerken üblichen Werte hinausgehenden Kostenfaktoren dar. Bemühungen zur Kostensenkung müssen daher vor allem bei den Anlageteilen ansetzen, die die Solarstrahlung einfangen, also bei den Spiegeln und den Strahlungsabsorbern, aber auch bei den Einrichtungen zu Übertragung und Transport der so gewonnen Wärme und gegebenenfalls bei den Einrichtungen zu deren Zwischenspeicherung. Dabei sind nicht nur die Kosten der Anlageteile selbst – also sozusagen ”ab Werk” – zu berücksichtigen, sondern auch die Kosten für den Transport zum Ort der Nutzung und die dort anfallenden Aufstellungskosten.The power plant components in the narrower sense, such as turbines, generators, transformers and associated control technology are state of the art and, taken alone, do not cost significantly more than the usual values for combustion power plants. Efforts to reduce costs must therefore primarily in the plant parts attach, which capture the solar radiation, so in the mirrors and the radiation absorbers, but also in the facilities for transmission and transport of the heat thus obtained and, where appropriate, in the facilities for their intermediate storage. Here, not only the costs of the plant parts themselves - so to speak, "ex works" - to take into account, but also the cost of transport to the place of use and the resulting installation costs.

Wichtig für die Beurteilung der Wirtschaftlichkeit eines Kraftwerks ist immer der Wirkungsgrad als der prozentuale Anteil der eingebrachten Wärme, der als Nutzenergie gewonnen wird. Dabei gibt es einen maximal möglichen Grenzwert W, der bestimmt ist durch die obere Temperatur T(o), bei der die zur Energieumwandlung benötigte Wärme in das System eingebracht wird, und die untere Temperatur T(u), bei der die nicht in Nutzenergie umgewandelte Wärme wieder aus dem System entfernt wird (Carnot-Prinzip): W = 100·((T(o) – T(u))/T(o)) oder auch W = 100·(1 – T(u)/T(o)) (1) When evaluating the profitability of a power plant, it is always important to consider the degree of efficiency as the percentage of the heat transferred, which is obtained as useful energy. There is a maximum possible limit value W, which is determined by the upper temperature T (o), at which the heat required for energy conversion is introduced into the system, and the lower temperature T (u), at which the non-converted into useful energy Heat is removed from the system (Carnot principle): W = 100 × ((T (o) -T (u)) / T (o)) or W = 100 × (1-T (u) / T (o)) (1)

Die Temperaturen T in dieser Gleichung sind dabei asolute Temperaturen.The temperatures T in this equation are asolute temperatures.

Bei realen Anlagen liegt der tatsächlich erreichte Wirkungsgrad deutlich niedriger als der maximal mögliche Wert. Wenn es sich jedoch nur um den Vergleich mehrerer Anlagetypen miteinander handelt, kann der Maximalwert durchaus für erste Näherungsrechnungen herangezogen werden. For real systems, the actual efficiency achieved is significantly lower than the maximum possible value. However, if it is only a matter of comparing several types of equipment with each other, the maximum value can certainly be used for initial approximate calculations.

Es ist leicht zu sehen, daß sich der Wirkungsgrad um so mehr dem 100%-Wert annähert, je kleiner T(u) und je größer T(o) ist.It is easy to see that the efficiency approaches the 100% value the more, the smaller T (u) and the larger T (o).

Bei solarthermischen Kraftwerken sind die Möglichkeiten, die untere Temperatur T(u) zu beeinflußen, recht gering. T(u) hängt vor allem von den örtlich gegebenen Möglichkeiten zur Kühlung ab. Damit bleibt als technische Aufgabe, die obere Temperatur T(o) möglichst hoch zu wählen.In solar thermal power plants, the possibilities of influencing the lower temperature T (u) are quite low. T (u) depends above all on the locally given possibilities for cooling. As a technical task, the upper temperature T (o) remains as high as possible.

Der maximale Wirkungsgrad allein reicht aber nicht aus, um einen Bezugswert für die Wirtschaftlichkeit eines solarthermischen Kraftwerks zu erhalten, er muss auch noch mit den Anlagekosten verknüpft werden. Ein mögliches Kriterium ist der Quotient aus Wirkungsgrad und spezifischen Kosten für die Absorption einer Einheit Wärmeleistung, das ist zugleich der Wert für die spezifischen Anlagekosten einer Einheit der gewonnen Nutzleistung. Er soll im folgenden als Nutzfaktor N bezeichnet werden, die spezifischen Kosten pro aufgenommene Wärmeleistungseinheit sollen K genannt werden.However, the maximum efficiency alone is not sufficient to obtain a reference value for the profitability of a solar thermal power plant, it must also be linked to the investment costs. A possible criterion is the quotient of efficiency and specific costs for the absorption of a unit heat output, which is also the value for the specific investment costs of a unit of the power gained. It will be referred to below as the useful factor N, the specific cost per absorbed thermal power unit should be called K.

Als kritische Kosten KK(t) sollen im folgenden die spezifischen Kosten benannt werden, die bei der jeweiligen oberen Temperatur t gerade den gleichen Nutzfaktor ergeben wie die willkürlich als Referenz gleich 100 gesetzten spezifischen Kosten bei der als Referenz gesetzten oberen Temperatur von 380°C.
(t = Temperatur in °C)
Also N = W/K, KK(t) = 100·W(380)/W(t) (2) The critical costs KK (t) will be referred to below as the specific costs which at the respective upper temperature t give just the same useful factor as the arbitrary reference value of 100 set specific costs at the reference upper temperature of 380 ° C.
(t = temperature in ° C)
So N = W / K, KK (t) = 100 × W (380) / W (t) (2)

Tabelle 1 gibt den Zusammenhang zwischen der oberer Temperatur t und dem maximalem Wirkungsgrad W(t) nach (1) und den kritischen Kosten KK(t) nach (2) als Funktion der oberen Temperatur bei jeweils einer unteren Temperatur von 60°C, die auch bei Luftkühlung in heißem Klima erreichbar ist: Tabelle 1 t (°C): 140 180 220 260 300 340 380 420 460 500 540 580 W(t)(%): 19 27 33 38 42 46 49 52 55 57 59 61 KK(t)%): 40 54 66 77 86 93 100 106 111 116 120 124 Table 1 gives the relationship between the upper temperature t and the maximum efficiency W (t) according to (1) and the critical cost KK (t) according to (2) as a function of the upper temperature at a lower temperature of 60 ° C Also achievable with air cooling in hot climates: Table 1 t (° C): 140 180 220 260 300 340 380 420 460 500 540 580 W (t) (%): 19 27 33 38 42 46 49 52 55 57 59 61 KK (t)%): 40 54 66 77 86 93 100 106 111 116 120 124

Mit diesen Begriffen wird im Anschluß an die Erfindungsbeschreibung der Nutzen der Erfindung an einigen Beispielen erläutert werden.With these terms, following the description of the invention, the benefits of the invention will be illustrated by a few examples.

Gegenstand der Erfindung:Object of the invention:

Basis der Erfindung sind solarthermische Krafwerke, bei denen zwei oder mehr unterschiedliche Vorrichtungen zur Absorption von Sonnenstrahlung derart gemeinsam für ein Kraftwerk genutzt werden, daß das Wärmeträgermedium (bzw. die Wärmeträgermedien) zunächst bei niedriger Temperatur in einem Anlageteil erwärmt wird, der bei geringen Anlagekosten nur eine für den vorgesehenen Betrieb des Kraftwerks allein nicht ausreichende Erwärmung des Arbeitsmediums ermöglicht, und anschließend in weiteren Anlageteilen mit höherem technischen Aufwand weiter erwärmt wird. Zu diesem Zweck stellt die Erfindung einige Möglichkeiten bereit, mit denen für diese Teilaufgaben neuartige wirtschaftliche Lösungen geboten werden.The invention relates to solar thermal power plants, in which two or more different devices for absorbing solar radiation are used in common for a power plant, that the heat transfer medium (or the heat carrier media) is first heated at low temperature in a plant part, which at low investment costs only one for the intended operation of the power plant alone not sufficient heating of the working medium allows, and then further heated in other parts of the plant with higher technical effort. For this purpose, the invention provides some possibilities with which innovative economic solutions are offered for these subtasks.

Eine spezielle Ausführungsform der Erfindung bei solarthermischen Krafwerken mit Wärmespeichern betrifft die Verwendung unterschiedlicher Speicher für Wärme unterschiedlicher Temperaturstufen. Besonders interessant erscheint dabei die Speicherung des Speisewassers für das Kraftwerk bei erhöhter Temperatur nach direktem Durchlauf durch einen solaren Erhitzer, der speziell für den infrage kommenden Temperaturbereich besonders wirtschaftlich arbeitet. Wasser hat eine besonders hohe spezifische Wärme, ist preiswert, ungiftig und nicht brennbar. Die nötigen Druckfestigkeiten der Speicherbehälter, 10 bar für Wassertemperaturen bis ca. 180°C oder 20 bar bis ca. 200°C, liegen dabei in einem durchaus beherrschbaren Bereich. Mit höherem Aufwand in Bezug auf die Druckfestigkeit kann aber das Speisewasser in einer weiteren Druckstufe auch bei noch höheren Temperaturen gespeichert werden. Auch die Verwendung von Hochtemperaturspeichern auf Basis anorganischer Feststoffe, zweckmäßigerweise mit komprimierten Gasen als Transportmedium der Wärme kann, neben Wärmespeichermedien für die Wärmespeicherung bei niedrigeren Temperaturen, im Sinne der Erfindung von Vorteil sein.A specific embodiment of the invention in solar thermal power plants with heat accumulators relates to the use of different storage for heat of different temperature levels. Particularly interesting is the storage of feedwater for the power plant at elevated temperature after direct passage through a solar heater, which works especially economically for the temperature range in question. Water has a particularly high specific heat, is inexpensive, non-toxic and non-flammable. The necessary compressive strength of the storage tank, 10 bar for water temperatures up to about 180 ° C or 20 bar to about 200 ° C, lie in a quite manageable area. With more effort in terms of compressive strength but the feed water can be stored in a further pressure level even at higher temperatures. The use of high temperature storage based on inorganic solids, expediently with compressed gases as the transport medium of Heat may, in addition to heat storage media for heat storage at lower temperatures, in the context of the invention be advantageous.

Eine der besonders beanspruchten Einrichtungen zur Strahlungsabsorption besteht aus flachen Absorbern, wie sie ähnlich z. T. bereits in der Brauchwassererwärmung Stand der Technik sind, denen zur Erhöhung der Strahlungsdichte in Form eines Troges seitliche Spiegel hinzugefügt werden, und bei denen, je nach zu erreichendem Temperaturniveau, Maßnahmen zur Verminderung von Wärmeverlusten getroffen werden. Diese Einrichtungen sollen im folgenden als Spiegeltroganlagen bezeichnet werden. Bei den Spiegeltroganlagen können als Spiegel mit Vorteil oberflächenreflektierende Materialien eingesetzt werden. Falls dafür dünne hartelastische Materialien eingesetzt werden, können diese Spiegel leicht zu konkaven Flächen gebogen werden und damit zu einem noch höheren Maß von Lichtkonzentration führen. Als flächenhafte Absorber sind nach dem Stand der Technik vor allem absorbierende Platten mit aufgelöteten Rohren für die Wärmeträgerflüssigkeit, Gruppen von vakuumisolierten Rohren für den Durchfluß der Wärmeträgerflüssigkeit und besonders flächenhafte Hohlkörper in der Art der in der Gebäudeheizung üblichen Plattenheizkörper, die von der Wärmeträgerflüssigkeit durchflossen werden, in Betracht zu ziehen.One of the particularly claimed devices for radiation absorption consists of flat absorbers, as similar z. T. are already in the domestic water heating state of the art, which are added to increase the radiation density in the form of a trough lateral mirrors, and where, depending on the temperature level to be reached, measures are taken to reduce heat loss. These facilities will be referred to below as Spiegelroganlagen. In the case of the mirror cooker systems, surface-reflecting materials can be advantageously used as a mirror. If thin, hard-elastic materials are used, these mirrors can easily be bent into concave surfaces and thus lead to an even higher level of light concentration. As a surface absorber are according to the prior art, especially absorbent plates with soldered tubes for the heat transfer fluid, groups of vacuum insulated pipes for the flow of heat transfer fluid and particularly laminar hollow body in the type of conventional in the building heating panel radiator, which are traversed by the heat transfer fluid, to consider.

Eine weitere beanspruchte Einrichtung lehnt sich im Prinzip an die dem Stand der Technik entsprechenden Parabolrinnenspiegelsysteme an, besitzt jedoch statt des zur Wärmeabsorption dienenden Rohres einen schmalen, flächenhaften Strahlungsabsorber mit Vorrichtungen zur Verminderungen von Wärmeverlusten und leichte Planspiegel aus hartelastischem Material mit reflektierender Oberfläche, denen durch Befestigung an einer entsprechenden Tragevorrichtung eine annähernd paraboliche Form durch elastische Verformung aufgezwungen wird. Als flächenhafte Absorber können dabei alle Vorrichtungen zur Absorption von Sonnenlicht genutzt werden, die keine Fokussierung auf eine Brennlinie benötigen.Another claimed device is based in principle on the parabolic trough mirror systems according to the prior art, but instead of the heat absorbing tube has a narrow, areal radiation absorber with heat loss reduction devices and light plane mirrors made of hard elastic material with a reflective surface an approximately parabolic shape is imposed on a corresponding carrying device by elastic deformation. As area absorbers, all devices can be used to absorb sunlight that do not require focusing on a focal line.

Einrichtungen dieser Art sollen im folgenden als vereinfachte Parabolrinnenspiegel bezeichnet werden.Devices of this type will be referred to in the following as simplified parabolic trough mirrors.

Vereinfachte Parabolrinnenspiegel weisen eine Anzahl von Kostenvorteilen auf: Durch den flächenhaften Absorber wird die Lichtabsorption gegenüber bisherigen Parabolspiegeln mit Fokussierung auf eine brennlinie sehr viel unempfindlicher gegenüber Abweichungen in der Optik, es können daher weniger exakt fokussierende Spiegelsysteme mit gewissen Fehlern in der Parabolform toleriert werden, und damit werden leichtere, einfacher herstellbare Spiegel mit weniger starrer Befestigung möglich. Das Tragegestell kann leichter gehalten werden, ebenso die Vorrichtungen zum Drehen der Spiegel. Die Justierarbeit vereinfacht sich, und der Austausch defekter Spiegelelemente läßt sich auf wenige Handgriffe reduzieren. Weiterhin erleichtert das verminderte Gewicht der Spiegel die gesamte Anordnung des Systems in der Montage und bei Reparaturarbeiten. Durch diese Vorteile kann die gegenüber den Parabolspiegeln nach dem Stand der Technik niedrigere erreichbare Lichtkonzentration wettgemacht werden. Vorteilhaft ist auch die Kombination aus vereinfachten Parabolspiegeln und Parabolspiegeln nach dem Stand der Technik, bei der für einen Teil der aufzunehmenden Wärme der einfachere Bau der vereinfachten Parabolspiegel genutzt werden kann und das Gesamtsystem trotzdem mit den mit Parabolspiegeln nach dem Stand der Technik erreichbaren höheren Temperaturen arbeitet.Simplified parabolic trough mirrors have a number of cost advantages: Due to the planar absorber, the light absorption compared to previous parabolic mirrors with focus on a burning line is much less sensitive to deviations in the optics, therefore less precisely focussing mirror systems can be tolerated with certain errors in the parabolic shape, and thus lighter, easier to produce mirrors are possible with less rigid attachment. The support frame can be kept lighter, as well as the devices for rotating the mirror. The adjustment work is simplified, and the replacement of defective mirror elements can be reduced to a few simple steps. Furthermore, the reduced weight of the mirrors facilitates the entire assembly of the system during assembly and repair work. These advantages make it possible to make up for the lower achievable light concentration compared with the parabolic mirrors according to the prior art. Also advantageous is the combination of simplified parabolic mirrors and parabolic mirrors according to the prior art, in which for a part of the heat to be absorbed the simpler construction of the simplified parabolic mirror can be used and the whole system still works with the achievable with parabolic mirrors according to the prior art higher temperatures ,

Vereinfachte Parabolspiegel weisen ebenso wie Parabolspiegel nach dem Stand der Technik eine sehr günstige Ausnutzung der Spiegelfläche auch bei niedrigem Sonnenstand auf, die vorhandene Spiegelfläche kann bis zur beginnenden Verschattung der Nachbarspiegel voll genutzt werden, und die Konzentration des Sonnenlichtes bleibt in diesem Bereich, wenn man von unterschiedlicher Lichtabsorption in der Atmossphäre absieht, praktisch konstant.Simplified parabolic mirrors, like parabolic mirrors according to the state of the art, have a very favorable utilization of the mirror surface even at low sun levels; the existing mirror surface can be fully utilized until the oncoming shading of the neighboring mirrors, and the concentration of sunlight remains in this range, if one excludes different light absorption in the atmospheric sphere, virtually constant.

Spiegeltrogsysteme sind noch einfacher gebaut, sie sind aber kostruktionsbedingt ebenfalls auch bei niedrigem Sonnenstand gut einsetzbar. Bei niedrigem Sonnenstand erhält der Lichtabsorber nur noch sehr schräg direkt einfallendes Licht mit entsprechend wenig Energie. Unter diesen Bedingungen macht das zusätzlich durch die Spiegel eingebrachte Licht den Hauptteil der Energiezufuhr aus. Spiegeltroganlagen benötigen kein Tragegestell, sie kommen mit minimalem Unterbau aus. Die Lichtabsorber können bodennah installiert werden, liegen fest und benötigen daher auch keine Gelenke in den Rohren, die das Wärmeträgermedium transportieren. Wenn sie in Reihen hintereinander eingesetzt werden, können sie so gebaut werden, daß einzelne Elemente im Reparaturfall einfach und schnell ausgetauscht werden können, ohne den Betriebsablauf zu unterbrechen. Spiegeltrogsysteme sind wegen ihrer begrenzten Lichtkonzentration weniger geeignet, hohe Temperaturen zu erzeugen, sie können aber Wärme bei vergleichsweise niedrigeren Temperaturen besonders wirtschaftlich in das Kraftwerkssystem einbringen und sind daher als Vorwärmeeinheiten vorteilhaft einsetzbar. Weiterhin können sie in den Zwischenräumen zwischen Parabolrinnenreihen eingesetzt werden, wo sie zwar nur bei hohem Sonnenstand Licht erhalten, das aber anderernfalls ungenutzt bleibt, und können dort wegen ihrer einfachen Bauart trotzdem von Nutzen sein. In dieser Nutzung kommen sie auch für einen nachträglichen Einbau in bereits bestehende Solarkraftwerke ohne Umbau des Bestandes in Frage. Da sich Spiegeltroganlagen besonders zur Bereitstellung von erwärmtem Speisewasser eignen, und die Technik des Transports von erwärmtem Wasser im in Frage kommenden Temperaturbereichauch über größere Entfernungen aus der Fernwärmetechnik für Heizzwecke genutzt wird, bietet sich ihr Einsatz auch in einiger Entfernung vom eigentlichen Solarkraftwerk an. Damit kann das Parabolspiegelfeld der energetisch wertvolleren Erzeugung von Wärme höherer Temperatur vorbehalten bleiben. Spiegeltroganlagen können auch in Anpassung an die Temperatur des wärmeaufnehmenden Mediums in unterschiedlich aufwendiger Technik ausgeführt werden. So kann z. B. für die Erzeugung niedriger Temperaturen eine nur schwach isolierte Ausführung mit kleinen Spiegeln und geringer Druckfestigkeit ausreichen, während in einer nachgeschalteten Stufe nach Drucherhöhung eine druckfestere Ausführung des Absorbers zusammen mit besserer Wärmeisolierung und größeren, stärker das Licht konzentrierenden Spiegeln eingesetzt werden kann.Mirror trough systems are even easier to build, but due to their cost, they can also be used well at low altitudes. At low sun, the light absorber receives only very diagonally directly incident light with correspondingly low energy. Under these conditions, the additional light introduced by the mirrors makes up the bulk of the energy input. Mirrored utensils do not need a carrying frame, they can do with minimal substructure. The light absorbers can be installed close to the ground, are fixed and therefore require no joints in the pipes that transport the heat transfer medium. When used in rows one after the other, they can be built so that individual items can be easily and quickly replaced in case of repair without interrupting the operation. Mirror trough systems are less suitable because of their limited concentration of light to produce high temperatures, but they can introduce heat at relatively lower temperatures particularly economically in the power plant system and are therefore advantageously used as preheating units. Furthermore, they can be used in the spaces between parabolic trough rows, where they receive light only when the sun is high, but otherwise remains unused, and there because of still be useful in their simple design. In this use, they are also suitable for subsequent installation in existing solar power plants without conversion of the existing stock. Since mirror trough systems are particularly suitable for providing heated feed water, and the technique of transporting heated water in the temperature range in question is also used over longer distances from the district heating for heating purposes, their use also offers some distance from the actual solar power plant. Thus, the parabolic mirror field of energetically valuable generation of heat higher temperature reserved. Spiegeltroganlagen can also be carried out in adaptation to the temperature of the heat-absorbing medium in different complex technology. So z. B. for the generation of low temperatures only slightly insulated design with small mirrors and low compressive strength sufficient, while in a downstream stage after Drucherhöhung a pressure-resistant design of the absorber can be used together with better thermal insulation and larger, more concentrated light concentrating mirrors.

Der Einsatz der Parabolspiegelanlagen nach dem Stand der Technik ist durch die Notwendigkeit der Ver-wendung von Wärmeträgeröl auf Temperaturen bis ca. 380°c beschränkt. Der Einsatz dieser indirekten Erwärmung des als Arbeitsfluids dienenden Wassers erfordert zusätzlichen Aufwand für die Wärmeüberträger und führt zudem zu Energieverlusten in diesen Wärmeüberträgern. Die wünschenswerte Direkterwärmung des Wassers wird erschwert durch die Rohrgelenkverbindungen, die nötig sind, um das bei der Drehung der Spiegel erfolgende Ausschwenken des Absorberrohres auszugleichen, und die nur begrenzt gegen hohe Drucke und Temperaturen beständig sind. Diese Schwierigkeiten werden durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung ausgeschaltet, die in Paabolrinnenspiegelanlagen besteht, bei denen sich die Spiegel um das Absorberrohr als Drehachse drehen. Das Absorberrohr steht dabei ortsfest und dreht sich auch nicht. Damit entfällt die Notwendigkeit für Rohrgelenke, und die Nutzung höherer Drucke und gleichzeitig auch höherer Temperaturen wird leichter möglich. Die Verwendung feststehender Absorberrohre bei im übrigen unveränderter Konstruktion würde allerdings zu sehr starken Drehmomenten führen, die ungewöhnlich starke Tragekonstruktionen und auch sehr starke Leistung für das Drehen der Spiegel erfordern würden. Daher ist es ein weiteres Element der Erfindung, Sekundärspiegel zu verwenden, die die von den Parabolspiegeln reflektierte Strahlung in Richtung der Parabolspiegel zurückreflektieren. Dadurch rückt die Fokuslinie der Strahlung und damit das Absorberrohr als Drehachse näher an den Massenschwerpunkt der zu drehenden Spiegel heran bzw. kann sogar mit diesem zusammenfallen, und das störende Drehmoment verschwindet weitgehend oder ganz. Der Sekundärspiegel kann dabei eben, eben zweigeteilt oder konvex sein. Ein konvexer Sekundärspiegel ist optisch besonders günstig, da er mit geringem Flächenbedarf eine weite Verschiebung der Fokuslinie ermöglicht. Planspiegel sind einfacher in der nötigen optischen Genauigkeit herzu-stellen, und ein zweigeteilter Planspiegel, der die auf unterschiedliche Fokuslinien von zwei Halbparabeln reflektierte Strahlung wieder in einer einzigen Fokuslinie zusammenreflektiert, kann eine geeignete Kompromißlösung sein. Nachteilig bei dieser erfindungsgemäßen Konstruktion ist neben dem zusätzlichen Aufwand für den Sekundärspiegel und seine Halterung auch der Umstand, daß der Sekundärspiegel einen Teil der für die Parabolspiegel benötigten Fläche verschattet. Dem stehen als Vorteil neben dem Wegfall der Kosten für Rohrgelenke vor allem die dadurch gegebenen Möglichkeiten des Einsatzes von höheren Drucken und Temperaturen und der bei Direkterhitzung des Arbeitsfluids gegebene Wegfall der Wärmeübertrager gegenüber, so daß sich eine insgesamt positive Bilanz ergibt.The use of the parabolic mirror systems according to the prior art is limited by the necessity of the use of thermal oil to temperatures up to about 380 ° C. The use of this indirect heating of serving as working fluid water requires additional effort for the heat exchanger and also leads to energy losses in these heat transferors. The desirable direct heating of the water is made more difficult by the pipe joints, which are necessary to compensate for the taking place during the rotation of the mirror swinging the absorber tube, and are limited to high pressures and temperatures resistant. These difficulties are eliminated by a further embodiment of the invention, which consists in Paabolrinnenspiegelanlagen in which the mirrors rotate around the absorber tube as a rotation axis. The absorber tube is stationary and does not rotate. This eliminates the need for pipe joints and makes it easier to use higher pressures and higher temperatures. The use of fixed absorber tubes with otherwise unchanged construction, however, would lead to very high torques, which would require unusually strong support structures and also very strong power for turning the mirror. Therefore, it is a further element of the invention to use secondary mirrors which reflect the radiation reflected from the parabolic mirrors back towards the parabolic mirrors. As a result, the focus line of the radiation and thus the absorber tube as the axis of rotation moves closer to the center of gravity of the mirror to be rotated or can even coincide with this, and the disturbing torque disappears largely or completely. The secondary mirror can be flat, even two-parted or convex. A convex secondary mirror is optically particularly favorable, since it allows a small displacement of the focal line with a small space requirement. Flat mirrors are easier to produce in the required optical accuracy, and a split-plane mirror reflecting the radiation reflected at different focus lines of two half-parabolas back together in a single focus line may be a suitable compromise solution. A disadvantage of this construction according to the invention, in addition to the additional expense for the secondary mirror and its support and the fact that the secondary mirror shaded part of the required for the parabolic mirror area. The stand as an advantage in addition to the elimination of the cost of pipe joints above all the possibilities given by the use of higher pressures and temperatures and given in direct heating of the working fluid elimination of the heat exchanger, so that there is an overall positive balance.

Es gibt aber noch die Möglichkeit, die Rückseite der Sekundärspiegel als Träger für Photovoltaikpaneele zu nutzen. Dies ist besonders interessant, da besagte Spiegelrückseite stets der Sonne zugewandt ist und damit optimalen Ertrag der Photovoltaik verspricht, ohne daß eine zusätzliche Konstruktion nötig wäre. Eine Einbindung eines gewissen Photovoltaikanteils in die Energieerzeugung ist auch interessant, weil eine Schwäche der Photovoltaik, nämlich die ausgeprägte Empfindlichkeit gegen Strahlungsschwankungen, durch die deutlich stärkere thermische Trägheit der solarthermischen Hauptanlage aufgefangen werden kann. Weiterhin gibt es auch die Möglichkeit, den Gleichstrom der Photovoltaikpaneele nicht, wie bei seperaten Photovoltaikanlagen üblich, über Wechselrichter ins Stromnetz einzuspeisen, sondern über einen Gleichstromantrieb direkt auf der Turbinenwelle des Solarthermikkraftwerks oder mit dieser gekuppelt zu dessen Energie zu addieren. Bei dieser Schaltung kann jede Regelung des Photovoltaikanteils entfallen, es gibt keine Probleme mit der elektrischen Zusammenschaltung der unterschiedlichen Energieerzeuger und die rotierende Masse der Turbinen-Generator-Kombination stellt noch einen zusätzlichen Kurzzeitenergiespeicher dar.But there is still the possibility to use the back of the secondary mirror as a support for photovoltaic panels. This is particularly interesting because said back mirror is always facing the sun and thus promises optimal yield of photovoltaic, without an additional construction would be necessary. An integration of a certain proportion of photovoltaic in the energy production is also interesting, because a weakness of photovoltaics, namely the pronounced sensitivity to radiation fluctuations, can be absorbed by the much greater thermal inertia of the solar thermal main plant. Furthermore, there is also the possibility not to feed the direct current of the photovoltaic panels, as usual with separate photovoltaic systems, via inverters into the power grid, but via a DC drive directly on the turbine shaft of the solar thermal power plant or coupled with this coupled to its energy. In this circuit, any control of the photovoltaic component can be omitted, there are no problems with the electrical interconnection of the different power generator and the rotating mass of the turbine-generator combination is still an additional short-term energy storage.

Beispiele:Examples:

An Hand einiger Rechenbeispiele sollen im folgenden die Vorteile der Verwendung von Kombinationen unterschiedlicher Strahlungsabsorber aufgezeigt werden. Dabei wird der Einfachheit halber vorausgesetzt, daß die eingestrahlten Wärmemengen den Temperaturdifferenzen des Wärmeträgermediums zwischen Eingang und Ausgang im jeweiligen Absorber entsprechen, so daß Temperaturdifferenzen direkt als Maß für die eingestrahlten Wärmemengen benutzt werden können. Als maximal erreichbare Temperatur wird für Parabolrinnenspiegelabsorber nach dem Stand der Technik 380°C eingesetzt. Dies ist die durch die Stabilitätsgrenze des eingesetzten Wärmetrageröls gegebene Temperatur. Für ein Spiegelsystem mit höherer erreichbarer Temperatur wird eine Dampftemperatur von 580°C angenommen, das ist eine Temperatur, die in vielen modernen Verbrennungskraftwerken genutzt wird, aber noch kein Spitzenwert. Nach Literaturangaben muss diese Temperatur durch Heliostatenfelder nach dem Stand der Technik problemlos erreichbar sein. Für vereinfachte Parabolspiegelsysteme wird wegen der weniger starken Fokussierung willkürlich eine gegenüber den Parabolspiegelsystemen nach dem Stand der Technik deutlich niedrigere Temperatur von 260°C eingesetzt, und für Spiegeltrogsysteme wegen der noch niedrigeren Konzentration des Sonnenlichtes nur 180°C. Für modifizierte Parabolrinnenanlagen mit feststehendem Absorberrohr sind noch keine Angaben für die maximal erreichbaren Dampftemperaturen möglich, sie dürften aber schon recht nahe bei 580°C liegen.The advantages of using combinations of different radiation absorbers will be shown below with reference to some examples of calculations. Here, for the sake of simplicity, it is assumed that the radiated heat quantities correspond to the temperature differences of the heat transfer medium between the input and output in the respective absorber, so that temperature differences directly as a measure of the radiated heat quantities can be used. The maximum achievable temperature is 380 ° C. for parabolic trough mirror absorbers according to the prior art. This is the temperature given by the stability limit of the heat transfer oil used. For a mirror system with higher achievable temperature, a steam temperature of 580 ° C is assumed, which is a temperature that is used in many modern combustion power plants, but not a peak. According to literature this temperature must be easily reached by heliostat data fields according to the prior art. For simplified parabolic mirror systems, a much lower temperature of 260 ° C than the parabolic mirror systems according to the prior art is arbitrarily used because of the less strong focus, and only 180 ° C for mirror trough systems because of the even lower concentration of sunlight. For modified parabolic trough systems with a fixed absorber tube, no information is yet available for the maximum achievable steam temperatures, but they are likely to be quite close to 580 ° C.

Rechenbeispiel 1.Calculation example 1.

In diesem Beispiel sollen ein Kraftwerk mit oberer Arbeitstemperatur von 380°C und ein Kraftwerk mit 580°C, beide nach dem Stand der Technik, beide gleich wirtschaftlich arbeiten, somit den gleichen Nutzfaktor nach der Tabelle 1 haben, also in willkürlichen Einheiten 0,49.In this example, a power plant with upper working temperature of 380 ° C and a power plant with 580 ° C, both according to the prior art, both work equally economically, thus the same useful factor according to Table 1 have, so in arbitrary units 0.49 ,

Ein Kraftwerk mit zwei unterschiedlichen Einrichtungen zur Strahlungsabsorption soll ebenfalls bei 580°C oberer Arbeitstemperatur arbeiten, dabei soll der Wärmeträger zunächst mit der Technik des 380°C Kraftwerks von 60°C um 320°C auf 380°C erwärmt und anschließend in einer zweiten Stufe mit der teureren Technik des 580°C Kraftwerks um weitere 200°C auf 580°C nachgeheizt werden. Es ist also eine gesamte Temperaturdifferenz von 520°C einzubringen, davon 320°C oder 61% in der ersten Stufe und die restlichen 39% in der zweiten Stufe.A power plant with two different facilities for radiation absorption should also work at 580 ° C upper operating temperature, it is the heat carrier first with the technology of 380 ° C power plant of 60 ° C by 320 ° C to 380 ° C and then heated in a second stage with the more expensive technology of the 580 ° C power plant by another 200 ° C to 580 ° C reheat. It is therefore necessary to introduce a total temperature difference of 520 ° C, of which 320 ° C or 61% in the first stage and the remaining 39% in the second stage.

Das führt mit den Kostenwerten aus Tabelle 1 zu folgender Kostenrechnung: Stufe 1: 0,61·100 = 0,61 (Anteil an spez. Kosten) Stufe 2: 0,39·124 = 0,48 Gesamt: 1,09 . This leads with the cost values from Table 1 to the following cost accounting: Step 1: 0.61 · 100 = 0.61 (share of specific costs) Level 2: 0.39 x 124 = 0.48 Total: 1.09 ,

Beim durch die höhere Temperatur gegebenen Wirkungsgrad von 61% ergibt das einen Nutzfaktor von 0,56 gegenüber 0,49 für das 580°C Kraftwerk allein. Damit ist das kombinierte Kraftwerk um 0,07/0,49 oder 14% wirtschaftlicher als jedes der beiden Kraftwerke nach dem Stand der Technik mit einheitlicher Solartechnik für sich allein, und das ohne Veränderungen an der Technik elbst.At 61% efficiency due to the higher temperature, this gives a useful factor of 0.56 versus 0.49 for the 580 ° C power plant alone. Thus, the combined power plant by 0.07 / 0.49 or 14% more economical than each of the two power plants according to the prior art with uniform solar technology on its own, and even without changes to the technology even.

Rechenbeispiel 2Calculation example 2

In diesem Beispiel sollen die gleichen Elemente miteinander verglichen werden wie in Beispiel 1, mit dem einzigen Unterschied, daß das 580°C Kraftwerk als weniger wirtschaftlich arbeitend angenommen werden soll als das 380°C Kraftwerk. Die spezifischen Kosten sollen dort statt 124 jetzt 140 sein. Dann ergibt eine Rechnung in Analogie zu Beispiel 1: Stufe 1: 0,61·100 = 0,61 Stufe 2: 0,39·140 = 0,55 Gesamt: 1,16 . In this example, the same elements should be compared with each other as in Example 1, with the only difference being that the 580 ° C power plant should be considered less efficient than the 380 ° C power plant. The specific costs should now be 140 instead of 124. Then an invoice analogous to example 1 results in: Step 1: 0.61 x 100 = 0.61 Level 2: 0.39 x 140 = 0.55 Total: 1.16 ,

Nutzfaktor ist dann 0,53. Damit ist das 380°C Kraftwerk durch Austausch einiger Teile gegen die des weniger wirtschaftlich arbeitenden 580°C Kraftwerks immer noch um 8% günstiger geworden.Benefit factor is then 0.53. As a result, the replacement of some parts of the 380 ° C power plant with that of the less efficient 580 ° C power plant has made it still 8% cheaper.

Die Beispiele 1 und 2 zeigen, daß bereits die Anwendung von unterschiedlichen Einrichtungen nach dem Stand der Technik zur Strahlungsabsorption für unterschiedliche Temperaturen des Wärmeträgermediums unter Berücksichtigung der spezifischen Kosten zu einer Verbesserung der Wirtschaftlichkeit führen kann.Examples 1 and 2 show that even the use of different prior art devices for radiation absorption for different temperatures of the heat transfer medium, taking into account the specific costs to improve the efficiency can result.

Rechenbeispiel 3Calculation example 3

In diesem Beispiel sollen Parabolrinnenspiegelsysteme nach dem Stand der Technik und erfindungsgemäße vereinfachte Parabolrinnenspiegelsysteme mit der Kombination der beiden Systeme verglichen werden. Die Rechnung folgt wieder dem Schema des Rechenbeispiel 1 mit der Annahme, daß mit beiden Spiegelsysteme, für sich allein einsetzt, gleiche Nutzfaktoren erreicht werden. Diese Kombination ist damit ein Beispiel für die Verwendung einer der erfindungsgemäßen Lichtabsorptionseinrichtungen in der erfindungsgemäßen Kombination mit der Verwendung unterschiedlicher, der zu erreichenden Temperatur angepassten Lichtabsorber. Die Temperaturdifferenzstufen sind 60–260 = 200°C und 260–380°C = 120°C, die entsprechenden Anteile sind 63% und 37%. es ergibt sich somit Stufe 1: 0,63·77 = 0,49 Stufe 2: 0,37·100 = 0,37 Gesamt: 0,86 mit Nutzfaktor 0,57. Gegenüber dem Nutzfaktor von 0,49 für ein Kraftwerk mit Parabolspiegeln nach dem Stand der Technik ist der Kostenvorteil somit 0,08/0,49 oder 16%.In this example, parabolic trough mirror systems according to the prior art and simplified parabolic trough mirror systems according to the invention are compared with the combination of the two systems become. The calculation follows again the scheme of the calculation example 1 with the assumption that the same useful factors are achieved with both mirror systems, on their own. This combination is thus an example of the use of one of the light absorption devices according to the invention in the combination according to the invention with the use of different light absorbers adapted to the temperature to be achieved. The temperature difference levels are 60-260 = 200 ° C and 260-380 ° C = 120 ° C, the corresponding proportions are 63% and 37%. it thus arises Step 1: 0.63 x 77 = 0.49 Level 2: 0.37 x 100 = 0.37 Total: 0.86 with useful factor 0.57. Compared to the useful factor of 0.49 for a power plant with parabolic mirrors according to the prior art, the cost advantage is thus 0.08 / 0.49 or 16%.

Rechenbeispiel 4:Calculation Example 4:

In diesem Beispiel soll der Nutzen des kombinierten Kraftwerkssystem für den hypothetischen Fall einer zukünftigen Verbesserung des heutigen Standes der Technik bei Parabolrinnenkraftwerken beschrieben werden: Es wird angenommen, daß durch irgeneine – wie auch immer geartete – Entwicklung die mit Parabolrinnenkraftwerken erreichbare Wärmeträgertemperatur um 100°C auf dann 480°C gesteigert werden kann. Dabei soll diese Verbesserung nicht nur für Neubauten gelten, sondern durch entsprechende Umbauten auch auf bestehende Anlagen anwendbar sein. Dann ergibt eine Rechnung entsprechend Beispiel 1, daß vorteilhafterweise nur 100/420 oder 24% des Spiegelfeldes umgebaut werden müssen um den gleichen Effekt zu erzielen wie durch einen Totalumbau. Die restlichen 76% der Spiegel können unverändert weiterarbeiten.In this example, the benefits of the combined power plant system for the hypothetical case of a future improvement in the current state of the art in parabolic trough power plants will be described: It is assumed that by any - whatever - development achievable with parabolic trough power plants heat carrier temperature by 100 ° C. then 480 ° C can be increased. This improvement should not only apply to new buildings, but also be applicable to existing plants through appropriate modifications. Then an invoice according to Example 1, that advantageously only 100/420 or 24% of the mirror field must be rebuilt to achieve the same effect as by a total reconstruction. The remaining 76% of the mirrors can continue working unchanged.

Die in den Beispielen gegebenen Zahlenwerte dienen nur zur Verdeutlichung des Erfindungsgedankens, die erfindungsgemäßen neuartigen Einrichtungen zur Absorption des Sonnenlichts in Kombination mehrerer untererschiedlicher Einrichtungen zur Absorption des Sonnenlichtes einzusetzen. Sie stellen keine Begrenzung der Erfindung dar, und auch nicht die Behauptung, daß genau die angegebenen Temperaturwerte bei allen praktischen Anwendungen erreicht werden.The numerical values given in the examples serve only to illustrate the idea of the invention to use the novel devices for absorbing sunlight according to the invention in combination with a plurality of different devices for absorbing the sunlight. They do not constitute a limitation of the invention, nor are they to claim that exactly the stated temperature values are achieved in all practical applications.

In den Rechenbeispielen errechnete Wirtschaftlichkeitsvorteile beziehen sich zunächst nur auf das System Wärmeabsorption-Wärmetransport-Wärmespeicherung, nicht auf das Gesamtkraftwerk. Da sich solarthermische Kraftwerke aber gerade in diesem Systemteil von den anerkanntermaßen wirtschaftlicher arbeitenden thermischen Kraftwerken auf Basis von Verbrennungsvorgängen unterscheiden, kann damit gerechnet werden, daß sich ein erheblicher Teil der errechneten Vorteile auch in der Bilanz für das gesamte Kraftwerk wiederfinden wird.The economics advantages calculated in the calculation examples initially only refer to the system heat absorption heat transfer heat storage, not to the entire power plant. Since solar thermal power plants but just in this part of the system differ from the recognized more economically operating thermal power plants based on combustion processes, it can be expected that a significant part of the calculated benefits will also be reflected in the balance for the entire power plant.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 97/14887 [0009]
US 2009/0324073 A1 [0010]
DE 000010346255 A1 [0011]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

http.www: //buch-der-synergie.de/c [0003]

Claims

Solar thermal power plant with improved efficiency, characterized in that the conversion of solar radiation into heat by more than one device takes place and the individual facilities are optimally adapted in their cost structure to the respective temperature of the energy-absorbing medium, one of these facilities from the ground firmly attached flat Radiation absorbers consists, which are added laterally to increase the irradiation mirrors, which are tracked so the state of the sun, that the incident sunlight on the mirror is reflected on the radiation absorber.

Solar thermal power plant with improved efficiency, characterized in that the conversion of the solar radiation into heat by more than one device and the individual facilities are optimally adapted in their cost structure to the respective temperature of the energy-absorbing medium, one of these devices from approximately parabolically curved plan mirrors is made of a thin hard elastic material with a reflective surface, which are arranged in the usual way to gutters and tracking the sun, and the radiation-absorbing part is a narrow area absorber.

Solar thermal power plant with improved efficiency, characterized in that the conversion of solar radiation into heat by more than one device and the individual facilities are optimally adapted in their cost structure to the respective temperature of the energy-absorbing medium, one of these devices consists of trough-like parabolic mirrors , Which are tracked by rotation about a fixed medium-flowed absorber tube of conventional design, the state of the sun, and reflect the incident solar radiation to a secondary mirror, from which the radiation is further reflected on the absorber tube.

Solar thermal power plant with improved efficiency, characterized in that the conversion of solar radiation into heat by more than one device and the individual devices are optimally adapted in their cost structure to the respective temperature of the energy-absorbing medium, with more than a heat storage for storing the heat is used at the respective temperature for a power plant operation in low-radiation times and the memory are optimally adapted in their cost structure to the respective temperature of the heat to be stored.

Solar thermal power plant according to claim 4, characterized in that the heat storage medium of a heat accumulator serving as the working medium boiler feed water of a steam power plant is used.

Solar thermal power plant according to claim 4, characterized in that as heat storage medium of the heat storage serving as a working medium boiler feed water of a steam power plant is used and the heating of the water to be stored with facilities according to claim 1.

Solar thermal power plant with improved efficiency, characterized in that in addition to the solar thermal power plant part according to claim 3 still photovoltaic absorbers are used, which are mounted on the sun facing back of the secondary mirror.

Solar thermal power plant with improved efficiency, characterized in that more than one feature of claims 1-7 is used therein.