太阳热能发电设备以及用于运行太阳热能发电设备的方法
【专利摘要】本发明首次公开一种如何能经济地运行太阳热能技术的可行方案。通过这里所介绍的革新方案，不仅可以使用便宜的传热流体（HTF），而且可以在夜里要么完全节省要么明显减少耗费能源的辅助加热。为此在没有对环境的威胁的情况下容易地将储水箱安装在设备中，通过所述储水箱在太阳能加热不运行时通过水的添加来将盐稀释。
【专利说明】太阳热能发电设备以及用于运行太阳热能发电设备的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种太阳热能发电设备以及一种用于运行太阳热能发电设备尤其具有含盐的传热流体(HTF)的太阳热能发电设备的方法。
【背景技术】
[0002]对于能量生产的再生的形式，将最大的潜力归于太阳热能发电站方案，在将来能够无排放地以有竞争力的成本来产生在世界范围内对电能的需求的较大的份额。尤其是Desertec或者DII有限公司项目关注在北非大陆和中东地区设立数平方千米大型太阳场，所述太阳场应该借助于级联布置的抛物槽镜面和/或非涅尔镜面来为欧洲促进太阳热能的能量生产。在这样的设备中，传热流体在特殊的数千米长的吸收管中循环，所述吸收管通过太阳光束/聚焦通过所提到的镜面几何形状被加热到高达600°的过程温度。通过热交换过程来运行水蒸汽驱动的涡轮机并且释放电能。由此得到冷却的传热流体(英语=Heattransfer fluid “HTF”)在循环过程中供通过热能进行再度加热的过程所用。每台太阳热能设备因此拥有两个HTF储箱，其中一个装有冷却的HTF并且另一个装有热的HTF。
[0003]向所述HTF提出了较高的要求，因为其性能特征值比如熔点、热容、导热能力、粘度和比密度决定了最终的电流生产成本并且由此相对于传统方式的能量生产决定了竞争力以及同等成本。
[0004]在此，特别重要的是所使用的HTF的熔点。目前所使用的热转移介质具有有机的以及无机的特性。用于此目的的第一代HTF代表着有机的热油，其中最著名的用于太阳热能应用方案的代表是(比如公司Solutia?Therminaol ?的VP-1)由26.5%重量百分比的联苯和73.5%重量百分比的二苯醚构成的共晶熔化的混合物，该混合物在温度为12°时凝固。但是，由于有机的分子特性，这样的混合物在高温下快速产生高达15bar的蒸汽压力，使得这种称为“VP-1”而闻名的混合剂的最大的工作温度被限制在400°C以下，因为高于这个过程温度还出现有机结构的热退化。
[0005]因为如所知道的那样发电站的效率随着过程温度不成比例地变化，所以这样的有机的HTF的使用与在很高的丽。-功率范围内的经济的太阳热能的能量生产刚好相反。在泄漏的情况下，额外地由这种制品形成对人畜及自然的风险。
[0006]出于这个原因，数十年来，作为热转移介质聚焦于具有较低的熔点的无机的共晶盐的使用。在此，液态的盐或者其混合物的可以忽略的蒸汽压力证实特别有利，这能够在吸收管道中实现几乎无压力的运行。此外，熔盐拥有二到三倍的导热能力以及比热容，这可以使每单位体积能够输入的太阳能量相对于有机的热油显著上升。用于这种目的的无机的盐混合物的最为著名的代表是所谓的“太阳盐(Solar Salt)”，一种由硝酸钠(60%重量百分t匕)和硝酸钾(40%重量百分比)构成的混合物。这种无毒的并且与热油VP-1相比便宜四倍的制品具有大约240°C的固相线温度。为了降低熔点，具有硝酸钙(共晶体的固相线温度:133°C)的混合物的三元化或者具有硝酸锂(共晶体的固相线温度:97°C)的额外的四元化是有利的。但是，尤其后一种方法依赖于昂贵的并且在世界范围内不能以多吨尺度足量地得到的硝酸锂的使用。
[0007]因为对于经济的运行来说在太阳热能发电站中使用的热传递介质的小于150°C的熔点是绝对必要的，所以对于具有低于100°C的固相线温度的无机的共晶盐的兴趣很大，因为刚好夜间运行本身不发电。在夜晚停止通过太阳对HTF加热，用于在夜晚在通常数千米长的输入管道及接收器系统中避免盐混合物的“冻结”的措施相应地变得十分耗费能量。
[0008]通常在夜里用外部的加热来运行所述太阳热能发电设备，其中又要消耗白天产生的大量电流，以便所述管子不会由于变硬的盐的体积膨胀而爆裂并且/或者以便所述设备不必在早上又要重新起动。
【发明内容】
[0009]本发明的任务是，使太阳热能发电设备中的含盐的HTF的利用更加经济，方法是减少或者避免用于避免所述HTF的冻结的夜间的加热。
[0010]本发明的主题因而是一种具有用作传热流体(HTF)的无水的或者含水的盐的太阳热能发电设备，该太阳热能发电设备至少包括以下模块:
具有HTF的第一回路，
具有用于驱动发电机的蒸汽的第二回路，
其中所述第一回路至少包括
具有镜面几何形状和管路的太阳场，在所述管路中流动着所述HTF，
其中
用于加热的HTF的第一管路从所述太阳场通到所述换热器，
用于冷却的HTF的第二管路从所述换热器通到所述太阳场，
包括用于导入用于所述HTF的稀释剂的管路，并且 所述两个回路通过所述换热器相连接。
[0011]此外，本发明的主题是一种用于运行太阳热能发电设备的方法，其中在所述太阳热能发电设备的管路系统中通过以下方式将所述HTF的温度保持在其熔点之上，即在温度下降时通过加水将所述HTF的熔点移到较低的温度。
[0012]通常作为稀释剂使用水或者其它的有强极性的流体。
[0013]在所述太阳热能发电设备的管路中的温度下降时将水添加到所述HTF中，由此达到两方面的目的，一方面，如果在所述HTF体系中存在，释放水合作用能量，因而通过水分子在晶体化合物中结合形成更为稳定的产物的放热化学过程来加热，并且另一方面，非常简单地通过液化降低所述盐或者盐混合物的熔点。
[0014]本发明按照一种有利的实施方式公开了可选能够切换的在热的储箱之前通到稀释储箱中的“管路”，所述稀释储箱而后又在所述太阳场的前面再次被引入。这个储箱根据一种特别优选的实施方式优选为压力而设计，因为，将所述第一回路从所述第二回路也就是所谓的TES循环上分开之后，将水以限定的量添加在这个储箱中并且在那里出现压力上升，所述压力上升比如用过压阀和冷凝器来阻挡。可以连续地或者一次性地进行加水。
[0015]在水性的盐在夜里循环之后(具有无水的盐的储盐箱提供能量)，在依然分开的包括所述太阳场的第一回路中进行加热阶段。所述加热阶段主要引起排水效果。为了进行排水，有多种方法可供使用: 1、通过另一个“排出储箱”将所述水分离并且将所述盐在无水的情况下输送到热的或者冷的储盐箱中，因为有利地无压力地运行所述储盐箱。
[0016]2、水性的HTF混合物进入到“冷的”储盐箱中，该储盐箱配备了过压阀和冷凝器，也可以设想一种替代方案，即所述水性的HTF混合物进入到热的储箱中，该储箱而后同样配备了过压阀和冷凝器。
[0017]3、所述相在远远超过封闭在太阳回路中的无水的盐的熔点之上进行加热，并且而后突然膨胀到所述两个储盐箱之一中。
[0018]在按本发明的太阳热能发电站中在所述包括太阳场的第一回路中在日落之后或者在切断的时间里使所述HTF富集水分，并且可以在早上或者在设备起动时在通过太阳辐射产生能量之前进行单独的除水。
[0019]重要的益处在于排水、首次装填、排空以及紧急情况的处理，在所述紧急情况中不再有太阳照耀。
[0020]在所述设备的管路系统和/或管道系统的内部尤其在通常在数千米范围内延伸的太阳场的内部维持液相这一点对于整个设备的经济性和功能能力来说很重要。
[0021]因此，根据本发明的另一种有利的实施方式，在所述太阳场中的具有HTF的管路上连接了辅助加热单元。尽管按照本发明可以通过稀释剂比如水的添加来降低所述含盐的HTF的熔点，但是可能有必要的是，给所述吸收管系统配备所谓的补充加热也就是外部的加热。这些可以以热的、感应的方式或者以其它的方式方法将热量输入到所述管道系统中的加热元件以往按照现有技术用于在切断阶段里或者在夜里维持在其中循环的含盐的HTF的液态的也就是流动的或者有流动能力的状态。
[0022]在大多数情况下建议遵守在所使用的HTF的真正的熔点之上大约20°C的安全余量。如果通过所述按本发明的加水处理没有达到这种安全余量，那么要么自动地要么人工接通辅助加热。
[0023]作为“含盐的HTF”，比如可以使用所有类型的硝酸盐、共晶熔化的混合物以及非共晶熔化的混合物。
[0024]如，可以容易地得到的Na/K_N03可以用作HTF，其不吸收结晶水(Tmax=600°C )。但是其它的盐以及尤其这样的具有更低的熔点的盐当然同样十分合适。尤其与结晶水化合的盐比如Ca-Na-K-N03 (Tmax=500°C )最为合适。
[0025]此外，存在着对新颖的三元的、四元的和五元的共晶盐和盐混合物的选择，其通过对于不同的盐成分的合适的选择可以具有更低的乃至65°C的熔点，所述熔点适合于这种应用情况。但是这些混合物在采购方面十分昂贵或者经常根本不能获得很大的高达35000吨或者更高的吨数(在同时用作HTF并且用作热储存器的情况下)。
[0026]可以使用所谓的明显的或者潜在的盐。“明显的”在此意味着，将能量无级地储存在液态的盐中，在所述液态的盐中盐的温度上升。“明显”的对立面是“潜在的”:在此固态—液态的转化在盐熔化时需要所储存的能量，因为在这些盐凝固时“潜在的热函”再次得到释放。在CSP设备中，人们优选使用明显的储存器，因为在所述两个回路中这应该是相同的材料。因此所需要的盐的量十分巨大:比如35000吨用于125丽e。
[0027]作为盐混合物，单独地或者以每种混合物组合比如是指热不分解的能脱水的盐和/或盐混合物/共晶盐，其由下述离子形成:碱金属阳离子(比如锂的阳离子Li+、钠的阳离子Na_、钾的阳离子K+、铷的阳离子Rb+和铯的阳离子Cs+)和/或碱土金属阳离子(也就说锰的阳离子Mg2+、钙的阳离子Ca2_、锶的阳离子Sr2+和钡的阳离子Ba2+)具有阴离子比如硝酸根、碳酸(氢)根、氟离子、氯离子、硫酸(氢)根、溴离子、碘离子和/或氢氧根。
[0028]通过混合液态的和/或蒸汽态的、具有比如室温直至比如300°C的温度的稀释剂，它们可以不分解地并且可逆地以几乎任意的次数进行熔点降低并且/或者用极性的稀释剂进行稀释。
[0029]除了上面提到的盐之外，作为HTF也能够使用从DE 10 2010 041460.3中公开的硝酸盐的混合物，所述硝酸盐的混合物包括含结晶水的成分并且能够在不热分解的情况下脱水。自特定的温度起，这种混合物作为液相而存在并且在加热时其延迟地并且而后连续地释放所化合的结晶水。如果结晶水释放主要与无结晶水的混合物的共晶体-液相线温度同时发生，那就得到一种混合物，该混合物在远低于其真正的液相线温度之下部分为液态(也就是说具有沉积物)或者完全为液态(也就是为单相)。
[0030]所有提到的盐都可以以含水的状态存在并且在分子式中以任意的水的份额作为HTF来使用。比如在这里也可以选用经过稀释的盐也就是具有分子式阳离子/阴离子的盐，其对于每个盐分子具有X个水分子，所述水分子没有形成“真正的”也就是已知的水合物，而是简单地结合在结晶水中。从以简单地用水或者其它极性的溶剂稀释的方式存在的盐到文献上公开的水合盐的转化是不固定的，并且在这里绝不应该限制能够作为HTF使用的材料数量。
[0031]在按照本发明将水添加到所述HTF中时(HTF是能够不热分解地脱水的混合物)，作为添加物的水的限定的量是有用的。为此连续地向无结晶水的盐混合物加载水，所述无结晶水的盐混合物可以用作热传递及储存介质并且可以可逆地使结晶水化合并且将其释放出来。因此，出现了所述混合物的与所添加的水的含量成比例地降低的熔点。在此有时会释放限定的能量(在含结晶水-结晶的化合物的情况下所谓的水化热)，所述能量释放可以部分地用于将太阳回路中的管路保持在所期望的温度上。
[0032]有利地建议，将来自水箱的管路连接到太阳场中的管路，通过其比如连续地将水、水雾和/或水蒸汽添加到所述HTF中，直到设定了所期望的熔点。
[0033]原则上按水含量能够实现一位数的熔点。一旦对于所述太阳场的管路中的HTF的加热再次开始，就可以将含水的盐混合物泵送到热的或者冷的储盐箱中并且在那里逐渐地再次将水排出。
[0034]因为在用于冷却的HTF的“冷的”第二储箱中，比如存在250°C _290°C的温度，所以热能量足以用于让所混入的结晶水和/或过剩水快速蒸发。为此目的，比如除了过压阀以外还在所述第一储箱和/或第二储箱的上面设置了具有冷凝器的蒸汽分离器，所述冷凝器使逸出的水蒸汽在为了下一个混合周期而导入到所述水箱中的时刻冷凝并且将其加以储存。
[0035]这代表着一种快速的过程，因为来自所述太阳场的HTF与用水掺和的HTF的体积相比占据小得多的体积(3-5%)。比如太阳回路中的700吨盐对应另外的用于存储的34700吨。在700吨盐包含大约20-30%的水，也就是说水的总含量小于盐质量的1%，其在很大的储盐箱中在250°C到290°C下很快蒸发。为了避免可能的暂时的过压，可以如上面已经提到的一样使用过压阀，其具有蒸汽分离、冷凝以及用于减压的回流。[0036]所述水可以通过中间的、装填量小得多的HTF储箱通过泵入、喷入、滴入、蒸发或者其它的方式方法来混入到所述太阳回路中，因为用于降低熔点的加水引起混合物的体积增加，由此可以对所述体积增加进行补偿。盐的稀释由此借助于滴入、喷淋、喷雾(Einnebeln)、喷射(Einjetten)或者其它的方式方法比如在10-1000°C的温度范围内进行。
[0037]具有由于加水而降低了的熔点的HTF由于较高的离子浓度而具有与纯水相比低得多的蒸汽压力。其原因在于带电离子的对偶极的水的吸引的作用。出于这个原因，可以将含水的盐混合物加热到远超过100°c，而在此不会出现所化合的/所混入的水的过度沸腾。通过与盐离子的相互作用，与纯水相反出现了低得多的水蒸汽压力，使得通过包围到所述管道系统中产生的反压力可以足以用于将这种含水的混合物保持为液态并且尤其保持为单相的状态。现今的比如将热油用作HTF的设备为高达35bar的压力而设计。
[0038]通过这里所建议的方式来实现所述HTF混合物的熔点的降低，从而在数千米长的管道系统中不需要辅助加热或者仅仅需要较少的辅助加热。同样可以防止冻结。也可以为保养作业而快速地排放热转移介质。由此，同样可以更为容易地首次起动这样的作为HTF的混合物，而不会出现冻结现象(所谓的“(Freeze-Ups)”。在日间运行时，可以在加热之后将所述盐/水-混合物泵送到“冷的”和/或热的储箱中，用于将所混入的水从所述混合物中去除，随后又得到无水的盐混合物，将该无水的盐混合物通过管路导送到所述太阳场中并且在那里又能够将其加热到高达600°C的温度(比如对于元素周期表的第一主族的硝酸盐混合物，而对于其它混合物来说则更高)。
[0039]因为所述含水的介质仅仅代表着所使用的介质的总体积的很小的部分，所以对于在所述存储箱中始终存在的提高的温度来说可以以蒸汽的形式比如通过气相冷凝器来连续地获取易挥发的水。这种水要么可以用于产生用来发电的蒸汽要么可以在储罐中用于重新向所述HTF加载水。在使用含结晶水的盐成分比如硝酸钙-水合物时，水是盐成分的组成部分并且因此不必在一开始就从外部来输入。当然，所描述的技术也可以用于不形成水合盐的盐混合物，尤其元素周期表的第一主族的硝酸盐混合物，例如尤其在任意的混合中(共晶熔化的以及非共晶熔化的)二元体系Na-K-NO3的硝酸盐混合物。在这种情况下，按本发明的混合水代表着一种平常的水性的混合物。
[0040]因而在存储箱中在夜晚也存在较高的温度，所述较高的温度保证了液相，因为仅仅退耦的第一 HTF回路用水来稀释，而无水的盐则未经稀释地储存在储箱中并且在夜间产生能量，方法是其通过换热器被导送到所述冷的储箱中。
[0041]本发明的在夜间或者在所述太阳场的停止状态中给所述HTF稀释的做法(所述HTF本身已经可以作为含水的盐而存在)，允许在太阳热能发电设备中在高达600°C的较低的摄氏度的温度范围内利用便宜的盐混合物。为本领域的技术人员所熟知的含硝酸钙的混合物比如由Ca-Na-K-NO3构成的共晶熔化的混合物具有大约133°C的熔点，而在使用这种混合物时则局限于低于500°C的工作温度，因为否则会分解为氧化物，比如氧化钙。所述分解会导致熔点朝更高的温度的方向的移动并且会导致不能溶解的沉淀物的出现，所述不能溶解的沉淀物对整个太阳热能发电设备产生剧烈腐蚀的作用。
[0042]为本领域的技术人员所熟知的由硝酸锂、硝酸钾和硝酸钠构成的共晶熔化的混合物在120°C时熔化，但是十分昂贵。通过这里所说明的技术，可以使用由硝酸钠和硝酸钾构成的混合物，所述混合物在无水的情况下只有在温度超过223°C时才熔化，但是由于所述按本发明所说明的技术可以具有任意的低于前述温度的熔点。同时，无硝酸钙的混合物的最大的工作温度大约为600°C。这样的混合物，比如共晶熔化的Na-K-NO3混合物、“太阳盐(Solar Salt)”(60%重量百分比的NaN03、40%重量百分比的KNO3)或者每种其它的任意的混合物由此可以用作热传递介质(HTF)，也可以用作热的储存材料(TES)。通过将水混入到所述太阳回路中的做法，此外在所述混合物中产生显著降低的水蒸汽压力。出于这个原因，可以在没有设计变化的情况下使用为通常达30bar而认证的太阳回路的压力设计。
[0043]因此，可以在使用Na/K_N03的情况下例如将含水的退耦的太阳回路在早晨加热到明显超过223°C并且而后将其突然朝空的储盐箱中卸荷。因为水的蒸汽压力当然会上升达到300°C，所以这种管路系统为这种载荷而设计。在所述储盐箱中卸荷到Ibar的时刻，所述水突然蒸发并且可以加以储存。
[0044]因为很好地研究了硝酸盐混合物的热动力学上的特征数据和腐蚀特性，所以尤其可以使用这些混合物作为HTF介质，尽管这些混合物由于其较高的熔点本身不能作为热传递介质(HTF)本身用于用盐运行的太阳热能发电站。
[0045]比如硝酸盐的体系中的水的存在会在管道上导致腐蚀现象。出于这个原因而应该使用钢，所述钢如文献公开的一样与水性的盐和/或硝酸盐类型的水合盐相容。为此不锈的优质钢比如具有大于0.20%的碳含量的含碳的钢最为有用。其它的钢的代表是设有德国材料号比如 1.4301,1.4305,1.4306,1.4307,1.4401,1.4404,1.4435,1.4539,1.4541、
1.4550,1.4571，对此补充的美国类型的小类是 304、303、304L、316、316L、904L、321、316Ti。用腐蚀抵制剂进行的预处理有益于进一步减少这样的钢的在水性的盐混合物中的腐蚀性。一次性地或者连续地用具有1-100 mmol/L浓度的磷酸盐(衍生物)溶液(比如磷酸氢钠、磷酸二氢钠、聚磷酸钠)对优质钢管内壁进行冲洗的做法证实特别有利。
[0046]刚好对于硝酸盐体系来说，已知通过热分解而必然从硝酸根离子中产生的亚硝酸盐起到抑制腐蚀的作用。在这种情况下，用水加载的方式用于将亚硝酸盐快速地分布在所述管道系统的内部。
[0047]根据所述发电设备的一种有利的实施方式，在换热器上连接了用于发电的设备。【专利附图】
【附图说明】
[0048]下面还要借助于本发明的实施例来对本发明进行详细解释，所述实施例代表着太阳热能发电设备的示意图。
[0049]图1是具有直接将稀释剂添加到通往太阳场的管路中的太阳热能发电设备的示意图；
图2是将稀释剂添加到具有冷却的HTF的第二储箱中的示意图；
图3是一种在HTF的到太阳场的输入管路中具有中间储箱的实施例；并且图4是一种在HTF的从太阳场到具有加热的HTF的第一储箱的排出管路中具有中间储箱的实施例。
【具体实施方式】
[0050]图1示出了线路图，该线路图具有第一回路、太阳场1、可选的补充加热/伴随加热装置2、用于加水的储箱3、比如具有布置在前面的蒸汽分离器的蒸汽冷凝器4、用作热的熔盐储存器的第一储箱5、用于热的熔盐的泵6、作为与第二回路的连接的换热器单元7和/或将两个回路连接起来的蒸汽发生系统、第二回路的涡轮机8，其具有发电机9和冷却装置10。所述管路从所述换热器7经过所述“冷的”储箱11也就是具有比如250°C到290°C的温度的熔盐储存器返回通往所述太阳场I。在这里示出的实施例中，所述用于导入稀释剂的管路12通到这个冷的储箱中。还可以看出用于流回到所述太阳场I中的冷的熔盐的泵
13。根据该实施例，在夜里通过所述管路12来将从所述太阳场I中流出的熔盐导送到所述储箱11中，在所述储箱11中用水对其进行稀释。
[0051]在白天阶段，所述管路12没有打开。太阳能量通过所述太阳场I的镜面几何形状来对无水的HTF比如所述储箱5和11中的盐介质进行加热，并且用于通过换热器单元7来产生蒸汽，所述换热器单元7借助于涡轮机8通过发电机9来发电。水蒸汽通过冷却单元10再度冷凝为液态的水。在日落/保养作业/排水工作等等时候，打开所述管路12并且通过所述储水罐3按照盐稀释过程通过水泵14来连续或者不连续地输入液态的和/或蒸汽态的水。在此产生低熔点的盐混合物，使该低熔点的盐混合物在与蒸汽产生过程退耦的情况下循环。而后能量生产还仅仅通过借助于泵6和换热器7将热的储罐5朝所述冷储盐箱11中排空这种方式来进行。在比如日出时，将所述含水的热传递介质在所述退耦的太阳场回路1 — 12—13中泵送到所述经过排空的热储盐箱5中，随后开始所包含的水的快速蒸发。为此将所述管路12关闭。蒸发的水通过(与蒸汽分离器相耦合的)蒸汽相冷凝器4来冷凝并且在为下一个输入周期而储存在水箱3中。必须相应地对通过加水引起的体积的增加进行调节。
[0052]所述换热器单元7比如代表着为本领域的技术人员所熟知的由节热器、汽化器、过热器和/或回热器构成的组合。
[0053]图2又示出了类似的线路图，但是该线路图具有额外的组件“15”中间储箱/稀释储箱用于用泵和水输入单元(喷洒器、雾化器、喷嘴等等)进行水的加载。
[0054]在白天阶段，12没有打开。太阳能量通过所述太阳场I的镜面几何形状来对所述储盐箱5和11中的无水的盐介质进行加热并且用于通过所述换热器单元7来产生蒸汽，所述换热器单元7则用蒸汽回路7 — 8/9 — 10来发电。在日落或者进行保养作业/排水时，将所述管路12打开并且通过所述储水罐3来连续地通过泵14将液态的、蒸汽态的或者喷洒的水输入到所述稀释储箱15中。在此产生低温熔化的盐混合物，该盐混合物比如在夜间运行时在退耦的情况下借助于1 — 12 — 15来循环。因为流速的降低可能是值得追求的，所以退耦的回路内部的(循环)泵16起作用。用于卸压的过压阀17可以在将水加到15中的过程中用于避免(过度)压力峰值。能量生产-在通过旁路12退耦的情况下-通过借助于换热器单元7将热储罐5朝所述冷储盐箱11中排空这种方式来进行。在日出时，将所述含水的热介质泵送到所述热的储箱中，随后进行水的快速蒸发。过压阀17可以用于避免储箱5中的压力比。为此，将旁路12关闭。蒸发的水通过(与蒸汽分离器相耦合的)蒸汽相冷凝器4来冷凝并且为了下一个输入周期而储存在水箱3中。储箱15在此可以用熔盐和/或水稀释的熔盐来预先装填。
[0055]图3示出了一种具有中间储箱的实施方式的线路图。水的添加在这里通过稀释储箱15来进行。稍后朝所述冷的储盐箱11中排空。[0056]在白天阶段中，所述旁路12没有打开。太阳能量通过所述镜面几何形状I对所述储盐箱5和11中的无水的盐介质进行加热并且用于通过换热器单元7来产生蒸汽，所述换热器单元7则用蒸汽回路7 — 8/9 — 10来发电。在日落或者进行保养作业时，打开所述旁路12并且通过所述储水罐3来连续地将液态的、蒸汽态的或者喷洒的水通过泵14输入到所述稀释储箱15中。在此产生低温熔化的盐混合物，该低温熔化的盐混合物比如在夜间运行时在退耦的情况下借助于1 — 12—15来循环。因为流速的降低可能是值得追求的，所以退耦的回路内部的(循环)泵16起作用。用于卸压的过压阀17可以在将水添加到15中的过程中用于避免(过度)压力峰值。
[0057]能量生产-在通过旁路12退耦的情况下-通过借助于换热器单元7将热储罐5朝所述冷储盐箱11中排空这种方式来进行。在日出时，将所述含水的热介质泵送到所述冷的储箱中，随后进行水的快速蒸发。这个储箱在白天开始时用熔盐来装填，所述熔盐具有足够的剩余温度，用于给所述含水的热传递介质除水。
[0058]过压阀17可以用于避免储箱11和15中的压力比。为此，将旁路12关闭。蒸发的水通过(与蒸汽分离器相耦合的)蒸汽相冷凝器4来冷凝并且为了下一个输入周期而储存在水箱3中。储箱15在此可以用熔盐和/或水稀释的熔盐来预先装填。
[0059]最后，图4示出了一种实施例，在该实施例中所述太阳热能设备在没有储盐箱的情况下来运行。水的添加又通过稀释储箱15来进行，排水又通过排出储箱18来进行。
[0060]在白天阶段中，所述旁路12没有打开。太阳能量通过所述太阳场I的镜面几何形状对所述无水的盐介质进行加热并且用于通过换热器单元7来产生蒸汽，所述换热器单元7则通过蒸汽回路7 — 8/9 — 10来发电。在日落或者进行保养作业时，打开所述旁路12并且通过所述储水罐3来连续地将液态的、蒸汽态的或者喷洒的水通过泵14输入到所述稀释储箱15中。在此产生低温熔化的盐混合物，该低温熔化的盐混合物比如在夜间运行时在退耦的情况下借助于1 — 12—15来循环。因为降低的流速可能是值得追求的，所以退耦的回路内部的(循环)泵16起作用。用于卸压的过压阀17可以在将水添加到15中的过程中用于避免(过度)压力峰值。在日出时，将所述含水的热介质泵送到排出储箱18中。通过补充加热单元19以任意的方式(比如气体、煤、油、电)来将所述排出储箱18置于或者保持在一定的温度上，用于给所输入的含水的介质除水。为此目的，已经可以用经过除水的热的盐介质来装填所述排出储箱18，用于保证连续地更换I中的介质。为此可能有利的是，来暂时绕开通过7进行的蒸汽发生，直至将I完全更换。
[0061]本发明首次公开一种如何经济地运行太阳热能技术的可行方案。通过这里所介绍的革新方案，不仅可以使用便宜的传热流体(HTF)，而且可以在夜里要么完全节省要么明显减少耗费能量的辅助加热。为此在没有对环境的威胁的情况下容易将水箱安装在所述设备中，通过所述水箱在不运行太阳能加热的情况下通过水的添加来给盐稀释。
【权利要求】
1.太阳热能发电设备，具有用作传热流体（HTF)的无水的或者含水的盐，所述太阳热能发电设备至少包括以下模块： 具有HTF的第一回路， 具有用于驱动发电机的蒸汽的第二回路， 其中所述第一回路至少包括 具有镜面几何形状和管路的太阳场（I )，在所述管路中流动着所述HTF， 用于加热的HTF的第一管路，该第一管路从所述太阳场通到所述换热器（7)， 用于冷却的HTF的第二管路，该第二管路从所述换热器（7)通到所述太阳场（1)，以及 用于导入用于所述HTF的稀释剂的管路（12)，并且 所述两个回路通过所述换热器（7)相连接。
2.按权利要求I所述的发电设备，其中使用水作为稀释剂。
3.按权利要求I或2中任一项所述的发电设备，其中所述设备的管路、泵、模块和/或储箱由不锈的优质钢制成并且/或者在内部用防腐蚀的涂层处理过。
4.按权利要求3所述的发电设备，其中所述设备的管路、泵、模块和/或储箱由含碳的优质钢来制成。
5.按前述权利要求中任一项所述的发电设备，其中所述HTF是含水的或者无水的盐，该盐具有一种或者多种从碱金属阳离子和/或碱土金属阳离子的组中选出的阳离子，并且具有一种或者多种从硝酸根、碳酸(氢)根、氟离子、氯离子、硫酸(氢)根、溴离子、碘离子和/或氢氧根的组中选出的阴离子。
6.按前述权利要求中任一项所述的发电设备，对于该发电设备来说在至少一个储箱上设置了过压阀和/或具有所属的蒸汽冷凝器的蒸汽分离器。
7.用于运行太阳热能发电设备的方法，其中在所述太阳热能发电设备的管路系统中通过以下方式将所述HTF的温度保持在其熔点之上，即在温度下降时通过稀释剂的添加来将所述HTF的熔点移到较低的温度。
8.按权利要求7所述的方法，其中所述稀释剂的添加通过滴入、喷淋、喷雾和/或喷射来连续地进行。
9.按权利要求7或8中任一项所述的方法，其中所述发电设备的两个回路在夜里或者在对所述设备进行保养作业时彼此退耦。
10.按权利要求9所述的方法，其中在日出之前或者在设备的起动之前将在所述退耦的包括太阳场的回路中的HTF加热到明显超过熔点并且而后突然卸荷到空的储箱中。
【文档编号】F22B1/00GK103502639SQ201280019175
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2012年4月19日 优先权日:2011年4月19日
【发明者】M.于布勒, C.米勒-埃尔弗斯, P.格雷佩尔, P.海尔曼, P.米劳 申请人:西门子公司