WO2011000522A2 - Parabolic trough power plant having storage for solar energy, method for operating a parabolic trough power plant, and high-temperature heat accumulator - Google Patents

Parabolic trough power plant having storage for solar energy, method for operating a parabolic trough power plant, and high-temperature heat accumulator Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a solar power plant in the form of parabolic trough power plants with the features of the preamble of claim 1 and a method having the features of the preamble of claim 12 and a high-temperature heat storage, in particular large-capacity heat storage. Accordingly, it is provided that the solar power plant in the form of a parabolic trough power plant comprises at least one reflector in the form of a parabolic trough and at least one heat storage.
  • Parabolic trough solar power plants are today the cheapest and most efficient technology for generating electricity from solar energy. They work in a similar way to conventional power plants except that they do not have the continuity of being able to produce electricity without interruption.
  • the parabolic trough power plants comprise a solar field consisting of several parallel rows of collectors. These collector rows each have a length of about 100 meters and are in turn divided into smaller individual collectors.
  • the mirrors of the individual collectors have a parabolic cross-section. At the focal point of the mirror runs an absorber tube through which a heat-resistant synthetic oil flows. The sunlight is concentrated 80 times and reflected on this tube. The oil is thereby heated to about 400 0 C.
  • the energy will transported via the carrier medium in the power plant headquarters, where it is discharged via a heat exchanger to water.
  • the resulting water vapor then drives a turbine and the turbine drives the generator.
  • Systems of this type come to an efficiency of 20% in the summer, or 14% in the annual average. Compared to other solar power plants, this technology can be described as the most effective.
  • the newer power plants have thermal storage, which means that the power plants can be operated in a predictable manner, even in cloudy weather or after sunset.
  • the required heat is stored in a liquid salt mixture of 60% sodium nitrate (N 3 NO 3 ) and 40% potassium nitrate (KNO 3 ). Both substances are used, among other things, as fertilizer, as well as for preservation in food production.
  • the liquid salt storage tanks operate at atmospheric pressure and consist of two tanks per power plant. When pumping from the "cold” into the "hot” tank, the molten salt mixture absorbs additional heat at an initial temperature of about 290 ° C., so that it is heated to about 390 ° C. A full memory, the turbine can operate about 7.5 hours.
  • the absorber tubes were specially designed for this application in parabolic trough power plants. They absorb the solar radiation reflected by the mirrors, direct the trapped heat energy through a, flowing inside
  • the construction of the absorber tube allows maximum absorption of the
  • An absorber pipe is four meters long and consists of a multi-selectively coated stainless steel pipe which has an absorption degree of 95% and at a temperature of about 400 degrees Celsius a maximum of 14%
  • the steel tube is surrounded by a vacuum-insulated concentric cladding made of borosilicate glass with an antireflective coating, which is permeable to over 96% of solar radiation. Criteria for optimal heat storage:
  • the storage mass should be made of commercially available building materials. • The energy decoupling should be as close as possible to the storage mass.
  • the object of the invention is to improve the heat storage of generic parabolic trough power plants.
  • the invention solves this problem with a solar power plant having the features of claim 1. Accordingly, it is provided in a generic solar power plant in focus (1.1) or in a focus zone of at least a parabolic trough (1) to position at least one further reflector in the form of a counterpart parabolic trough (2), so that the sun's rays are concentrated again and then the apex region (1A) of the parabolic trough (1), in particular through an opening ( 12) and on the behind it, at least at least one heat storage mass (3) comprehensive heat storage, in particular on the surface (10) or the surface of a cavity (10.1) fall in the heat storage.
  • means for retrieving the stored heat in or on the heat storage mass (3) are provided.
  • water vapor from the stored energy is generated such that a condensate by means of a condensate feed pump, in particular via a condensate distribution vessel in which the condensate level rises, is passed and that the condensate by at least a condensate line on distributed with a ballast evaporation tubes, which are located in the heat accumulator, distributed, and there evaporates abruptly and that water and water vapor is passed by steam lines in a vapor collection container.
  • a large-capacity heat accumulator for storing solar energy, wind energy, night stream, energy from biomass or other types of energy, in which the heat energy is stored in a large-scale compact unit or in blocks (1, 23, 25, 30, 37, 37a, 39 52), which are cast from refractory material (2), is stored and the stored energy by means of refractory steel tubes (3), which are closed at one end and embedded in the refractory mass (2) is decoupled.
  • the steel tubes (3) are externally armored (3a) and / or provided with expansion compensators (20) and / or the interior of the steel tubes is a ballast (4) of molten corundum, refractory stainless steel or another refractory Material filled.
  • the large-capacity heat storage is of independent inventive importance. He can u. A. can be used to store the wind energy in such a way that in the refractory mass (2) electric heating rods (24) are introduced. In this case, electrical energy obtained from wind energy is converted into the heat energy and from the stored heat energy electric current is generated again as needed.
  • the openings for the heating rods (24) can be stenciled during casting of the refractory mass.
  • the large-capacity heat accumulator can be used to store the energy from the biomass in such a way that a firing system (26) for burning the biomass is integrated in the heat accumulator (25).
  • a firing system (26) for burning the biomass is integrated in the heat accumulator (25).
  • the biomass can one or more flue gas ducts (27) are foreseen, through which the flue gases flow to release their heat to the refractory mass (2).
  • burning biomass can supplement wind energy.
  • Parabolic trough a trough-like reflector that concentrates parallel to each other incident sunbeams on a burning line-like zone and its reflective cross-sectional area is not necessarily strictly parabolic, so that instead of a focal line and a sufficiently small focal spot line (focus zone I) is acceptable.
  • Parabolic trough power plant a solar-powered power plant to provide in particular electrical energy with parabolic troughs for concentrating the incident sunbeams on a heat adsorber.
  • Heat storage mass an accumulation of material for storing heat energy in a heat storage.
  • Anti-parabolic trough an elongated, possibly trough-like reflector, concentrating more or less concentrated to each other incident sunbeams on a burning line-like zone and whose reflective cross-sectional area is not necessarily strictly parabolic, so that instead of a focal line and a sufficiently small focal spot line (focus zone II) acceptable is.
  • the heat storage mass can be up to 800 °
  • the parabolic troughs can work without absorber tube and without synthetic heat carrier, but one In the focus of the primary parabolic trough, position a narrow counterpart parabolic trough so that solar radiation is concentrated twice.
  • the solar radiation falls directly onto a heat storage. There it is converted into heat and heats up a heat storage mass. The heat is dissipated throughout the volume in the heat storage mass; This can be done by heat conduction.
  • a refractory mass can be used as a heat storage mass. It may be selected from a group of materials including refractory concrete, chamomile flour, calcined magnesia, basalt stone, lignite fly ash products, ground porcelain, or other refractory suitable for correspondingly high temperatures.
  • reinforced pipes may be embedded, e.g. Steel pipes made of heat-resistant steel.
  • the pipes can be cast in the heat storage mass.
  • the tubes can be closed or sealed at the lower end, in particular airtight, and can be designed for high pressures.
  • the tubes embedded in the heat storage mass can be filled with particles, in particular spheres, in particular corundum or steel.
  • the particles have the task to increase the heat transfer from the heat storage mass to a heat transfer fluid, such as evaporating water.
  • Balls have a large specific surface and when water as condensate hits the balls, it evaporates abruptly. In this way, the heat storage mass, preferably from top to bottom, cooled to provide the heat to the power plant process available.
  • the parabolic trough can be mounted on a load-bearing steel structure and is electronically controlled to track the sun.
  • the drive can be done by an electric motor, which is equipped with gear.
  • the axis of rotation for tracking is in or near the surface of or within the heat storage mass, the focused sunrays can always be in line fall on the heat storage mass or its surface. This happens regardless of the angle at which the parabolic trough is aligned.
  • the radiant heat t is emitted to the heat storage mass over the entire surface of the cavity.
  • the cavity may be molded into the heat-storage mass during the casting process.
  • the interior surface of the cavity may be or may be pigmented black so that the cavity forms a black body in which the absorption of the radiant energy is maximal.
  • a movable plate may be provided above the heat storage mass.
  • a reflective surface for. B. may be provided from a polished metal.
  • a slit-shaped zone or opening is provided through which the sun's rays pass. The opening and / or the plate moves in one or the other direction depending on the direction of rotation of the parabolic trough.
  • the plate can be thermally insulated.
  • the plate can be supported on both sides on rollers that move along a guide, such as a U-profile. The plate can be moved electrically, pneumatically or hydraulically.
  • the movable plate In a heat storage, it is crucial to keep heat losses to a minimum.
  • the movable plate is therefore of independent inventive importance.
  • an insulating layer or mat of about 200 mm thickness is provided as the first layer. It can withstand about 1200 0 C in continuous operation.
  • the air layer is 1000 to 2000mm, preferably about 1500 mm thick.
  • a sheath preferably made of stainless steel sheet. This may be glossy inside and have an antireflective surface on the outside, from the heat storage reflect incoming heat radiation.
  • an insulating layer or mat of mineral or rock wool of preferably 100mm to 300mm, preferably about 200mm in thickness may follow.
  • the complete insulation can be hermetically sealed so that convective cooling of the heat storage mass is prevented.
  • a corresponding reinforcement can first be provided in order to be able to support the heat storage mass.
  • On the ground a fine sand slurry can be poured about 1m thick and compacted by the vibrator.
  • the fine sand fill should not exceed a grain size of 0 to 1 mm in order to keep its thermal conductivity low.
  • the fine sand fill can be encapsulated with concrete, so that the bed can not be displaced by the pressure load.
  • the storage temperature should be up to about 1000 0 C. It is necessary to weigh with which thermodynamic parameters the power plant should be operated, ie, the relation of the steam power plant to the storage capacity has to be balanced.
  • the heat storage blocks can be factory made and placed under the parabolic troughs, isolated and connected together.
  • a glass pane can be set up, through which the focused sun rays pass and fall on the surface of the heat storage mass over the entire length of the heat storage.
  • the glass is z. B. made of temperature-resistant thermal glass, so that they can withstand the prevailing temperatures. Assuming that the sun shines on average 8 hours a day, it is possible to interpret the volume of heat storage so that, during 8 hours, stored energy, for the remaining 16 hours is sufficient to generate electricity until the next day in continuity. This would be the cheapest option. You can also design the heat storage so that when the sun fails, for example, it generates electricity for a week from stored energy. In any case, it is interesting to know how long one can generate electricity from stored solar energy under economic conditions.
  • the granules have a particle diameter between 20 mm and 50 mm, so that the heat between the individual particles is predominantly transmitted by the radiation. It is conceivable that the upper layers of the heat storage mass have a relatively larger granules and the lower layers consist of granules of smaller diameter, because the heat is better transmitted to the finer granules by the air circulation. Evaporation tubes, which are or are immersed in the granules, can be ribbed on the outside. In this way, the heat is transferred by the radiation and convection from the bed to the tube ribs and to the tube wall. From the pipe inner wall, the heat is further (if provided) to the corundum balls in the pipe interior through the Heat conduction and transmitted by the radiation. Instead of the corundum balls you can use the cast steel balls.
  • the thermal power process represents a new arrangement and operating method of inherently inventive significance. Accordingly, the new cycle process is composed of four partial cycle processes. On one shaft there is a steam turbine and three turbines working with binary mixture. All four turbines together drive the shaft in rotation. In a steam turbine, the steam relaxes to 5 bar and up to a temperature which is greater than 152 0 C (saturation temperature). After expansion, the exhaust steam is led into a heat exchanger where it transfers some of its heat to a heating water circuit. The binary mixture vaporizes in turn by passing through three evaporators and vaporizing a subset in each of the three vaporizers. In the evaporators for binary mixture there are different thermodynamic states.
  • each turbine process is responsible for each cycle.
  • the heating water enters the first evaporator with the temperature of 150 0 C and leaves the last evaporator with the temperature of 55 0 C. In this way one reaches in the steam cycle a theoretical efficiency of 25% (this was a vapor pressure of 100 bar and the steam temperature is based on 500 ° C.).
  • a theoretical efficiency of 25% this was a vapor pressure of 100 bar and the steam temperature is based on 500 ° C.
  • a total of 25.5% theoretical efficiency is achieved. It can be seen that in this way the overall efficiency of the system can be increased to 50.5%.
  • feedwater preheating and multi-stage steaming have been taken into account.
  • Figure 1 is a schematic diagram of the parabolic trough with counter-mirror and with heat storage, which is made of refractory concrete and poured in block form, and the insulation of the heat storage at a vertical position of the parabolic trough;
  • Figure 2 shows the same parabolic trough with heat storage as in Figure 1 at a position of the parabolic trough in western position (northern hemisphere of the earth and viewed from north to south)
  • Figure 3 the same parabolic trough with heat storage as shown in Figure 1 at a position of the parabolic trough in the east (northern hemisphere of the earth and viewed from north to south)
  • FIG. 4 shows an evaporation tube with filler balls with a condensate feed line, as well as an exhaust steam line;
  • Figure 5.1 is a side view of the system of Figure 1;
  • Figure 5.2 is a plan view of the system of Figure 1;
  • Figure 6.1 is a schematic diagram of the parabolic trough with counter-mirror and heat storage in cross section; the parabolic mirror is in a vertical position; of the
  • Heat storage is filled with granules of refractory stone, also is a
  • Circulation fan to equalize the temperature in the heat storage rather provided and insulation of the heat accumulator, shown;
  • FIG. 6.2 shows the arrangement according to FIG. 6.1 in a side view (section along the line B-B according to FIG. 6.1)
  • FIG. 6.3 shows the arrangement according to FIG. 6.1 in plan view (section along the line A-A according to FIG. 6.1);
  • FIG. 7 shows a ribbed tube according to FIG. 6.1;
  • Figure 8 is a schematic diagram of the ribbed tubes and the intervening
  • Figure 9 is a schematic diagram of the combined cycle processes, water vapor binary system, connected to a heat storage system;
  • Figure 9.1 shows the system, according to Figure 9 in plan view;
  • Figure 10 is a vertical view of another heat storage with concentric mirrors lying around;
  • Figure 11 shows the same heat storage in horizontal section from above;
  • Figure 12 shows a similar embodiment of the heat storage for the area-to
  • Figure 13 shows an embodiment of a further heat storage according to the same or additional wind energy and energy from biomass can be stored, in vertical section view;
  • FIG. 14 shows an embodiment of an even further heat accumulator, according to which the solar rays emit their energy via an absorber to compressed air by means of a concentrating mirror, in vertical section view;
  • Figure 15 shows a further possible application of a heat storage for storing wind energy shown schematically, in vertical section view
  • Figure 16 shows a further heat storage, poured from refractory concrete mass poured out as a monoblock, in vertical section view;
  • FIG. 18 shows a further embodiment of a heat accumulator according to which solar energy and wind energy can be stored simultaneously or separately, depending on how large the energy supply is, in vertical section view;
  • FIG. 19 shows a further heat accumulator in vertical section view
  • FIG. 19A shows the same heat accumulator in horizontal sectional view
  • Figure 20 shows a variant for storing various types of energy, which shows an economical and inexpensive alternative with a heat storage, in vertical section view;
  • Figure 20 A the same heat storage in detail;
  • FIG. 21 shows a still further embodiment possibility, which can be stored simultaneously according to solar and wind energy, in vertical section view
  • FIG. 22 shows a further embodiment which is used in accordance with a heat accumulator only for the storage of wind energy, in vertical section view; such as
  • FIG. 23 shows a heat accumulator shaped in such a way that it simultaneously serves as a furnace and
  • Heat storage is used, in vertical section view.
  • FIG. 5.1, FIG. 5.2 provides that the parabolic troughs 1 operate without an absorber tube and without a synthetic heat carrier, but that in the focus 1.1 of the primary Parabolic trough 1 a narrow Jacobparabolrinne 2 positioned so that the sun's rays are concentrated again and fall through the apex of the primary parabolic trough 1 directly on the surface 10 of a heat storage mass 3 through an opening.
  • the opening is formed during casting of the heat accumulator 3 and it opens into a cavity 10.1 whose surface is pigmented black, so that the sun's rays are captured in this cavity 10.1 (the cavity behaves like a black body), where they are converted into heat and thereby heat the heat storage mass 3 up to a relatively high temperature.
  • the heat is then distributed in the heat storage mass 3 over the entire volume through the heat conduction.
  • armored steel tubes 4 are cast from heat-resistant steel.
  • the steel tubes 4 are hermetically sealed at the bottom and can withstand relatively high pressures.
  • refractory mass 3 refractory concrete made of fireclay flour or burned magnesia or basalt stone, milled porcelain or other refractory suitable for high temperatures may be used.
  • the products with the participation of lignite fly ash are used.
  • the cast in the refractory mass 3 steel tubes 4 are filled with balls 5 from Ko round or steel.
  • the balls 5 have the task to increase the heat transfer of refractory mass 3 to evaporating water.
  • the balls 5 have a large specific surface area. When water falls on the balls, it evaporates abruptly. In this way, the refractory mass 3 is cooled from top to bottom.
  • the parabolic trough 1 is mounted on a supporting steel structure 6, is electronically controlled and tracked the sun. The drive takes place via an electric motor 7 equipped with gear 8.
  • the axis of the adjustment WeIIe 9 is in a plane with the surface 10 of the heat storage mass 3, so that the focused sun rays always fall on the surface 10 of the heat storage mass 3, regardless of which angle the parabolic trough 1 to the sun accepts.
  • a movable plate 11 is provided, on the lower side of which an anti-reflection surface 11.1 made of a polished sheet metal is attached.
  • a slot-shaped opening 12 is provided through which pass the sun's rays.
  • the plate 11 slides in one or the other direction depending on the direction of rotation of the parabolic trough 1. During the night, the entire surface of the heat storage material 10 is shielded with this plate 11. From the upper side, the plate 11 is thermally insulated. The whole plate 11 is supported on both sides of the rollers which move on a U-profile. The plate 11 can be operated electrically, pneumatically or hydraulically. In a heat storage 3, it is crucial to prevent heat loss maximum.
  • an insulating mat 13 of 200 mm thick is provided as the first layer, which can withstand 1200 0 C in continuous operation. Then comes an air layer 14 of 1500 mm thickness and then stainless steel sheet (gloss) 15 as Antire- flexblech to reflect the coming heat radiation from the heat storage 3 and the end is followed by an insulating mat 16th
  • the complete insulation is hermetically sealed, so that a convective flow and thus a cooling of the heat storage mass 3 is prevented.
  • a concept is provided, according to which an insulating plate 17 is placed on a fine sand fill of refractory insulating concrete, which at the same time as Tragplat- te for the heat accumulator 3 is used.
  • On the concrete floor a fine sand bearing bed 18 is poured about 1m thick and compacted by a vibrator.
  • the fine sand 18 should have the grain size of 0 to 1 mm so that its thermal conductivity is kept low.
  • the fine sand bed 18 is encapsulated in a concrete pit 19, so that the bed 18 can not be displaced by the pressure load.
  • the heat storage blocks 3 are factory-made and placed on site under the parabolic troughs 1, insulated and connected to each other.
  • a glass plate 20 is provided, through which the sun rays pass and on the surface 10.1 of the heat storage mass 3 fall.
  • the glass sheet 20 is made of temperature-resistant thermal glass, so that it can withstand the prevailing temperatures.
  • the evaporation tubes 4 are connected to a condensate line 21 and a steam line 22. The condensate is distributed by means of the condensate line 21 on the ball-5. Because the ball bed 5 is hot, the water evaporates abruptly and the steam is passed by means of the steam lines 22 in a vapor storage tank 39.
  • the evaporation tubes 4 are provided on the surface with a reinforcement 23, so that they form a network with refractory material 3.
  • the condensate supply to the evaporation tubes 4 is made through a condensate distribution vessel 24 by keeping the condensate level equal to the condensate level in the condensate supply lines 21 according to the law of communicating vessels.
  • the condensate is conveyed by means of the piston pump 25.
  • the grains should have a diameter between 20 mm and 50 mm, because the heat between the individual grains is usually transmitted by the radiation. It is conceivable that the upper layers should have a granulate with a larger grain and the lower layers are made of granules of smaller diameter, because the heat is better transmitted to the finer granules by the air circulation.
  • the tubes 27, which are immersed in the granules 26, are highly fused, so that the heat is transferred by the radiation and convection from the bed to the tubular ribs 27.1 and to the tube wall. From the tube inner wall, the heat is transferred to the corundum balls 5 through the heat conduction and through the radiation. Instead of the corundum balls 5 you can use the cast steel balls.
  • the inventive concept according to FIG. 9 and FIG. 9.1 is a new conception of the thermal power process.
  • the cycle consists of four partial cycle processes.
  • On a shaft 29 is a steam turbine 30 and three turbines 31, 32, 33 which operate with binary mixture. All four turbines 30, 31, 32, 33 are placed on a shaft 29 and together they set the shaft 29 in rotary motion.
  • the steam turbine 30 the steam relaxes to 5 bar pressure and up to a temperature which is greater than 152 0 C (saturation temperature).
  • exhaust steam is passed into a heat exchanger 34 where it transfers its heat to a Walkerwassernikmaschinevier 35, the row after three evaporators 36, 37, 38 passes and in each of the three evaporators 36, 37, 38 evaporates the binary mixture.
  • a large-capacity heat accumulator 101 according to FIG. 10 has a cuboidal, round or other shape cast from casting compound 102, which constitutes a compact heat storage block.
  • the casting compound 102 may be made of refractory concrete which hardens after the casting process in a certain time.
  • Tubes 103 made of heat-resistant steel are embedded in the refractory mass and previously reinforced if necessary and provided with compensators for absorbing thermal expansion and cast with the casting compound.
  • the tubes are closed at the bottom and open at the top.
  • the pipes can be filled with a pouring pad 104, which can withstand high temperatures.
  • the ballast material may be made of molten corundum, refractory grade stainless steel or another temperature resistant material.
  • the tubes protrude out of the refractory concrete mass and are directed into a vapor collection vessel 105.
  • the tubes may be airtight welded to the bottom of the vapor collection container 105.
  • Water inlet openings 106 can be provided, through which water or condensate can drip into the pipes.
  • the basic form of the refractory mass can be designed arbitrarily.
  • the solar radiation surfaces 107 are convex, and can be airtightly shielded with a glazing, in particular a double glazing 108, in such a way that no circulating movement of the air between the double glazing and the solar irradiation surface is possible.
  • the sunshine surface can be pigmented black and serves as an absorber surface.
  • the sun's rays are concentrated by concentric mirror 109 through the double glazing on the irradiation surface, thereby producing a temperature up to 1000 0 C.
  • the heat is then transported through the concrete mass by heat conduction.
  • the temperature in the concrete mass tends to a steady state.
  • the energy of the sun's rays should always be greater than the decoupled energy from the concrete mass so that the temperature varies between a maximum and a minimum value.
  • the heat decoupling from the heat storage mass is carried out in such a way that condensate is passed into the vapor collection tank 105, through which openings 6 flows into the evaporation tubes, is distributed to the ballast located in the evaporation tubes, which has a high temperature and high specific surface, and there vaporized suddenly.
  • the steam rises in the Dampfsammeiraum 110, wherein a vapor pressure builds up.
  • the water vapor thus formed having a certain vapor pressure is then conducted into a steam turbine 111 and electric current is generated by means of the current generator 112.
  • the system is regulated in such a way that the vapor pressure in the vapor collection chamber 110 is kept constant by means of a condensate feed pump 113.
  • the condensate feed pump When there is a demand for steam, the condensate feed pump is activated, the pump feeds the condensate into the steam collecting tank and the further procedure proceeds as described above.
  • the speed of the steam turbine is controlled by means of the steam control valve 114.
  • the isolation of the heat storage is z. B. designed as described above.
  • facilities 119 are provided, such as heat-insulated gates which cover the irradiation area 107 at night.
  • FIG. 11 is a plan view of the heat storage with concentric mirrors lying around 109 shown.
  • FIG. 12 shows a similar embodiment of the heat accumulator for use for storing wind energy. From a wind turbine 122 electrical power is passed to the heat storage. In the heat storage electric heating elements 124 are placed in a horizontal arrangement in openings, which are taken into account during the casting process of the heat accumulator 123. The wind stream is directed into the heating rods, which release the heat to the heat storage mass.
  • FIG. 13 shows an embodiment which, according to simultaneous or supplementary wind energy and energy from the biomass, can be stored.
  • a furnace 126 In front of the heat storage 125, a furnace 126 is mounted.
  • a flue gas channel 127 In the heat storage mass, a flue gas channel 127 is recessed so that the flue gases flow from the furnace through the flue gas channel. There they give off their heat to the heat storage mass 102 and heat them.
  • heating rods 124 (as in Figure 12).
  • the flue gases are conveyed by means of a blower 128 through the heat storage mass.
  • FIG. 14 shows an embodiment according to which the solar rays emit their energy via an absorber 129 to the compressed air by means of a concentrating mirror 109.
  • the hot air from the absorber flows through pipes which are embedded in the heat storage block 130a and may be potted with heat storage mass. She gives her heat to the heat storage mass and it is velvet their residual heat passed into an air turbine 131, there relaxed to atmospheric pressure and by means of a power generator 132, electric power is generated. Part of the power generated in the turbine is delivered to a compressor 133 to compress the outside air. The outside air is sucked through an inlet 134 into the compressor and compressed to a certain pressure. In air compression, the air temperature rises.
  • the system can be put into operation when the heat storage mass is a temperature of z. B. 400 0 C reached. At this temperature and an air pressure of about 10 bar, the power generator 131 and compressor 133 can be operated. For the specific operating conditions, the air pressure of 10 bar, the compression end temperature of the air is 292 0 C. To heat the air to 400 0 C requires a ⁇ T of 108 0 C. For these conditions after the turbine 132, the final relaxation temperature of the air 75 0 C. Thus, the theoretical efficiency for adiabatic relaxation and adiabatic compression is 30%.
  • FIG. 15 schematically shows a further application possibility for storing the wind energy.
  • the heating elements 124 are inserted. introduced. By means of the heating rods, the power from the wind turbine 122 in the storage blocks is converted into heat energy.
  • the execution principle is identical to the embodiment according to FIG.
  • the atmospheric air is compressed to a specific pressure by means of the compressor 133 and is subsequently conducted into the heat storage blocks 130. There it is heated to a higher temperature than the compression temperature and is then passed into the turbine 131. In the turbine, the air relaxes to atmospheric pressure and to a temperature higher than the ambient temperature. By the air release in the turbine electric current is generated by means of the current generator 132. Part of the power is delivered to the compressor 133 to compress the outside air.
  • the heat accumulator 101 made of refractory concrete mass 102 is shown poured out as a modular block.
  • fireproof steel tubes 103 are embedded with reinforcement 103a made of stainless steel wire.
  • reinforcement 103a made of stainless steel wire.
  • steel tubes there is a ball bed 104 to intensify the heat transfer to the air flowing through the steel tubes.
  • the relevant embodiment is provided for the purpose of storing the solar energy.
  • the basic form of the refractory mass can be designed arbitrarily.
  • the solar radiation surfaces 7 are convex, and airtightly shielded with a double glazing 108 such that no circulating movement of the air between the double glazing and the sun radiation surface is possible.
  • the sunshine surface is pigmented black and serves as an absorber surface.
  • the sun's rays are concentrated by means of concentrating mirrors 109 through the double glazing on the irradiation surface, the temperature is up to 1000 0 C and the heat is then transferred through the concrete mass by heat conduction. From the stored in the heat storage mass high temperature heat, the energy is decoupled by means of the air. In the compressor 133, the outside air is compressed to a certain pressure, is then passed into the heat accumulator and warmed to a temperature which is insignificantly lower than the temperature of the heat storage mass. The hot air is then passed into the air turbine 131. There it relaxes to the atmospheric pressure and to a temperature higher than the ambient temperature. The Turbine power is converted into electrical power by the power generator 132.
  • FIG. 17 shows an embodiment according to which the solar energy and the wind energy can be stored simultaneously or separately depending on how large the energy supply is. The embodiment is as shown in Figure 16, but with the introduced in the heat storage mass 102 heating rods 124 give their heat to the heat storage mass.
  • FIG. 19 schematically shows the geometry of the optimum design of a heat accumulator.
  • FIG. 19A schematically shows the top view of an optimized heat accumulator.
  • the irradiation surface is formed as a cavity 140 so that the sun rays radiate through a narrow gap 141 over the entire storage height. They are absorbed by the black pigmented surface 107 and thereby converted into heat.
  • the cavity 140 behaves almost like a black body.
  • the gap opening 141 is provided with double glazing 108 and with inner coating from the inner side of the glass sheet, so that the heat radiation is minimized.
  • a shielding gate 119 with its own drive is brought into position, so that the gap opening is completely covered, so that the radiation losses are kept to a minimum can.
  • Openings may be left in the storage mass 102 when the storage mass 2 is poured out, so that heating rods can be introduced into these openings.
  • FIG. 20 shows an economical and economical alternative.
  • a heat storage 142 is provided with a riprap 143, which consists of refractory bricks. In the riprap, the refractory steel pipes 144 are embedded.
  • the steel tubes are filled with a ballast 104 of molten corundum or refractory stainless steel to intensify heat transfer.
  • the steel pipes are ribbed from the outside with refractory steel sheet 145 so that the riprap is in constant contact with the steel pipes and with the ribs.
  • the heat from the riprap is transmitted to the steel pipes and ribs mainly by radiation. Since the steel tubes can move linearly in the riprap, the expansion receptacle can be provided outside the accumulator 142. Because the ball bed provided in the steel tubes has a large specific surface area, the heat transfer from the steel tubes to the compressed air flowing through them is very efficient.
  • the evaporation pipes are provided as described in FIG.
  • the solar energy is stored in such a way that the sun's rays, which are concentrated by means of concentrating mirrors on at least one absorber surface 129. There, they convert their energy into the heat and heat the air flowing through the absorber to a maximum of 1000 ° C.
  • the hot air is circulated by means of a blower 146, so that it is conducted from the absorber 129 into the heat accumulator 142. There it gives off its heat to the riprap 143 and leaves again the memory 142.
  • the heat decoupling from the heat accumulator 142 takes place in such a way that a compressor compresses the outside air to a certain pressure.
  • the compressed air flows through the Stahlrohe 144 which are embedded in the riprap 143. There it is additionally heated by the heat decoupling from the riprap. It is then directed into an air turbine 131. In the turbine, the air relaxes to the ambient pressure and a temperature that is higher than the ambient temperature.
  • FIG. 20A shows the heat accumulator 142 with riprap 143 and steel pipes 144 embedded in the riprap.
  • the heat accumulator 142 rests on a fine sand fill 117b and the fine sand fill lies on a foundation of reinforced concrete 117a.
  • the fine sand fill 117b is shaken up and compacted on the concrete foundation.
  • the cylinder 142 which is filled with rock fill 143, is made of refractory firebrick 147 brick.
  • the port 148 and for the outlet of the port 149 is provided for the entry of hot air into the memory 142.
  • a port 150 is provided for the entry of compressed air into the accumulator 142 and a port 151 is provided for the discharge of the heated air from the accumulator 142.
  • FIG. 21 illustrates an embodiment that can be stored simultaneously according to solar and wind energy.
  • the basic principle is as described in FIG. 20, but the heat accumulator 142 is preceded by an air heater 152 in which electrical heating elements 124 are installed in order to heat up the wind system by means of the electrical energy. If the solar energy is insufficient, the energy of the wind turbine is taken or vice versa.
  • FIG. 22 shows an embodiment which, according to a heat accumulator 142, is used only for the storage of the wind energy.
  • the basic principle is already described in FIG.
  • a heat accumulator 152 is shaped such that it simultaneously serves as firing 153 and heat accumulator 152. So you can burn in the furnace 153, the biomass and store the energy of the combustion gases in the refractory mass.
  • the furnace 153 is stenciled so that the finished furnace 153 is produced after hardening of the casting compound.
  • openings 154 in the refractory mass for the flue gases are shaped such that flue gases flowing through the openings release their heat to the refractory mass and heat it up to a higher temperature.
  • steel pipes (as described for FIG. 10) are provided with reinforcement 103a and embedded with expansion compensators 120.
  • the steel tubes are filled with a ball bed 104 to increase the heat transfer from the refractory mass to the compressed air flowing through the steel tubes.
  • a motor 132 turns on (when starting, a generator 131 operates as a motor) and by means of a compressor 133, the outside air is compressed to a certain pressure.
  • the compressed air temperature increases and then the compressed air in the heat storage mass is heated to a higher temperature and relaxed in the turbine 131 to atmospheric pressure Qetzt the engine is switched as a generator).
  • the firing can be automated.
  • a flue gas fan 55 By means of a flue gas fan 55, the fresh air supply is secured in the furnace 153 and the flue gases are withdrawn from the furnace.
  • the flue gas temperature at the exit from the heat accumulator 152 should not exceed 300 ° C.
  • the rotational speed of the turbine 131 is regulated by means of a control valve 136 provided at the inlet of the air compressor 133.

Abstract

The invention relates to a concept of solar power plants comprising parabolic troughs (1) and a counter parabolic mirror (2), which concentrates the sun rays once again and lets the sun rays fall through the lowest point of the parabolic trough (1) onto the surface (10.1) of a cavity, where the swivel axis (9) for the tracking of the parabolic trough lies and where the solar radiation is converted into heat and the heat is stored directly in a heat accumulator (3) at a high temperature level (1000 °C). The temperature front in the heat accumulator (3) extends across the entire volume and heats the mass of the heat accumulator (3). The heat accumulator (3) is insulated on all sides. Reinforced evaporation pipes (4) made of heat-resistant steel are cast into the heat accumulator and filled with a ball packing (5). If water is distributed onto the ball packing (5) in order to retrieve the heat, the water evaporates abruptly. The water vapor is collected in a container (39) and is then conducted into a turbine (30) for decompression. The heat of evaporation from the turbine (30) is transferred to a heating circuit (35), and three cycles (II, III, IV) are operated with a mixture of two substances by means of said energy. The energy decoupling from the heat accumulator (3) occurs down to a low temperature (100 °C).

Description

Parabolrinnenkraftwerk mit Speicherung der Sonnenenergie und Verfahren zum Betreiben eines Parabolrinnenkraftwerks sowie  Parabolic trough power plant with storage of solar energy and method for operating a parabolic trough power plant as well
Hochtemperatur-Wärmespeicher GEBIET DER ERFINDUNG  High-temperature heat accumulator FIELD OF THE INVENTION
Die Erfindung betrifft ein Solarkraftwerk in Form von Parabolrinnenkraftwerken mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 12 sowie einen Hochtemperatur-Wärmespeicher, ins- besondere Großraumwärmespeicher. Demnach ist vorgesehen, dass das Solarkraftwerk in Gestalt eines Parabolrinnenkraftwerks mindestens einen Reflektor in Gestalt einer Parabolrinne und mindestens einen Wärmespeicher umfasst. The invention relates to a solar power plant in the form of parabolic trough power plants with the features of the preamble of claim 1 and a method having the features of the preamble of claim 12 and a high-temperature heat storage, in particular large-capacity heat storage. Accordingly, it is provided that the solar power plant in the form of a parabolic trough power plant comprises at least one reflector in the form of a parabolic trough and at least one heat storage.
TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND TECHNOLOGICAL BACKGROUND
Die Parabolrinnen-Solarkraftwerke stellen heute die kostengünstigste und effizienteste Technologie dar, um aus Sonnenenergie Strom zu erzeugen. Sie funktionieren ähnlich wie konventionelle Kraftwerke mit dem Unterschied, dass sie nicht die Stetigkeit haben den Strom ununterbrochen erzeugen zu können. Parabolic trough solar power plants are today the cheapest and most efficient technology for generating electricity from solar energy. They work in a similar way to conventional power plants except that they do not have the continuity of being able to produce electricity without interruption.
Die heutigen Solarkraftwerke haben sich hauptsächlich als Parabolrinnenkraftwerke etabliert. Sie haben die besten wirtschaftlichen Performances bis heute gezeigt. Aus diesem Grunde wollen wir uns auf Parabolrinnenkraftwerke konzentrieren. Die Parabolrinnen-Kraftwerke umfassen ein Solarfeld, das aus mehreren parallel angeordneten Reihen von Kollektoren besteht. Diese Kollektorreihen haben jeweils eine Länge von ca. 100 Metern und sind wiederum in kleinere Einzelkollektoren unterteilt. Die Spiegel der Einzelkollektoren haben einen parabelförmigen Querschnitt. Im Brennpunkt des Spiegels verläuft ein Absorberrohr, das von einem hitzebeständigen synthetischen öl durchströmt wird. Das Sonnenlicht wird 80-fach konzentriert und auf dieses Rohr reflektiert. Das öl wird dadurch auf ca. 400 0C erhitzt. Die Energie wird über das Trägermedium in die Kraftwerkszentrale transportiert, wo sie über einen Wärmetauscher an Wasser abgegeben wird. Der entstehende Wasserdampf treibt dann eine Turbine und die Turbine treibt den Generator an. Anlagen dieser Bauweise kommen auf einen Wirkungsgrad von 20 % im Sommer, bzw. 14% im Jahresmittel. Im Vergleich zu anderen Sonnenkraftwerken kann diese Technologie als wirkungsvollste bezeichnet werden. Today's solar power plants have established themselves mainly as parabolic trough power plants. They have shown the best economic performances to date. That's why we want to focus on parabolic trough power plants. The parabolic trough power plants comprise a solar field consisting of several parallel rows of collectors. These collector rows each have a length of about 100 meters and are in turn divided into smaller individual collectors. The mirrors of the individual collectors have a parabolic cross-section. At the focal point of the mirror runs an absorber tube through which a heat-resistant synthetic oil flows. The sunlight is concentrated 80 times and reflected on this tube. The oil is thereby heated to about 400 0 C. The energy will transported via the carrier medium in the power plant headquarters, where it is discharged via a heat exchanger to water. The resulting water vapor then drives a turbine and the turbine drives the generator. Systems of this type come to an efficiency of 20% in the summer, or 14% in the annual average. Compared to other solar power plants, this technology can be described as the most effective.
Die neueren Kraftwerke verfügen über thermische Speicher, mit dem die Kraftwerke in planbarer Weise also auch bei Bewölkung oder nach Sonnenuntergang betrieben werden. Die dazu benötigte Wärme wird in einem Flüssigsalzgemisch aus 60% Natriumnitrat (N3NO3) und 40% Kaliumnitrat (KNO3) gespeichert. Beide Stoffe kommen unter anderem als Dünger, sowie zur Konservierung bei der Lebensmittelproduktion zum Einsatz. Die Flüssigsalzspeicher arbeiten bei Atmosphärendruck und bestehen pro Kraftwerk aus zwei Tanks. Beim Umpumpen vom„kalten" in den„heißen" Tank nimmt das Flüssigsalzgemisch bei einer Ausgangstemperatur von ca. 290 0C zusätzliche Wärme auf, so dass es auf ca. 390 0C erhitzt wird. Ein voller Speicher kann die Turbine ca. 7.5 Stunden betreiben. The newer power plants have thermal storage, which means that the power plants can be operated in a predictable manner, even in cloudy weather or after sunset. The required heat is stored in a liquid salt mixture of 60% sodium nitrate (N 3 NO 3 ) and 40% potassium nitrate (KNO 3 ). Both substances are used, among other things, as fertilizer, as well as for preservation in food production. The liquid salt storage tanks operate at atmospheric pressure and consist of two tanks per power plant. When pumping from the "cold" into the "hot" tank, the molten salt mixture absorbs additional heat at an initial temperature of about 290 ° C., so that it is heated to about 390 ° C. A full memory, the turbine can operate about 7.5 hours.
Die Absorberrohre wurden speziell für diese Anwendung in Parabolrinnenkraftwerken konzipiert. Sie nehmen, die von den Spiegeln reflektierte Sonnenstrahlung auf, leiten die eingefangene Wärmeenergie durch eine, im Inneren fließendeThe absorber tubes were specially designed for this application in parabolic trough power plants. They absorb the solar radiation reflected by the mirrors, direct the trapped heat energy through a, flowing inside
Wärmeträgerflüssigkeit weiter und diese gibt sie anschließend an den Dampfkreis ab.Heat transfer fluid on and this is then from the steam circuit.
Die Konstruktion des Absorberrohres gestattet eine maximale Absorption derThe construction of the absorber tube allows maximum absorption of the
Sonnenstrahlung und eine gleichzeitige Minimierung der Wärmerückstrahlung des erhitzten Metallrohrs. Ein Absorberrohr ist vier Meter lang und besteht aus einem mehrfach selektiv beschichteten Edelstahlrohr welches einen Absorptionsgrad von 95% aufweist und bei einer Temperatur von ca. 400 Grad Celsius maximal 14%Solar radiation and a simultaneous minimization of the heat radiation of the heated metal tube. An absorber pipe is four meters long and consists of a multi-selectively coated stainless steel pipe which has an absorption degree of 95% and at a temperature of about 400 degrees Celsius a maximum of 14%
Wärmestrahlung emittiert. Das Stahlrohr wird von einem vakuumisolierten konzentrischen Hüllrohr aus Borosilikatglas mit Antireflexbeschichtung umgeben, die für über 96 % der Sonnenstrahlung durchlässig ist. Kriterien für optimalen Wärmespeicher: Heat radiation emitted. The steel tube is surrounded by a vacuum-insulated concentric cladding made of borosilicate glass with an antireflective coating, which is permeable to over 96% of solar radiation. Criteria for optimal heat storage:
Die Kriterien für einen guten Energiespeicher kann man wie folgt zusammenfassen: • Eine Bauform, die der Vielfalt an Anforderungen möglichst oft gerecht wird. The criteria for a good energy storage can be summarized as follows: • A design that meets the variety of requirements as often as possible.
• Durchdachte, praxiserprobte Anschlüsse, die eine schnelle Montage auf der Baustelle ermöglichen.  • Well thought-out, field-tested connections that enable fast assembly on site.
• Solide Konstruktion, die eine lange Lebensdauer gewährleistet.  • Solid construction that ensures a long life.
• Hochwertige Isolation, um die Verlustleistung minimal und den Wirkungsgrad hoch zu halten.  • High quality insulation to minimize power dissipation and efficiency.
• Große Speicherleistung pro Volumeneinheit.  • Large storage capacity per unit volume.
• Es soll die Möglichkeit bestehen, die Energie mit hohen Temperaturen zu speichern, um exegetische Verluste zu minimieren.  • It should be possible to store the energy at high temperatures to minimize exegetical losses.
• Die Speichermasse soll aus handelsüblichen Baustoffen hergestellt werden. • Die Energieentkoppelung soll möglichst in der Nähe der Speichermasse liegen. • The storage mass should be made of commercially available building materials. • The energy decoupling should be as close as possible to the storage mass.
• Preiswerte Ausführung. • Inexpensive design.
• Die Zeitspanne zwischen dem Energieabruf und dem Beharrungszustand bei der Energieentkoppelung soll kurz sein.  • The time interval between the call-up of energy and the state of inertia during energy decoupling should be short.
• Der Energieverlust vom Energiespeicher zum Energieverbraucher soll minimiert werden.  • The energy loss from energy storage to energy consumers should be minimized.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG PRESENTATION OF THE INVENTION
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Wärmespeicherung gattungsgemäßer Pa- rabolrinnenkraftwerke zu verbessern Die Erfindung, löst diese Aufgabe mit einem Solarkraftwerk mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Demnach ist vorgesehen, bei einem gattungsgemäßen Solarkraftwerk im Fokus (1.1) oder in einer Fokuszone der mindestens einen Parabolrinne (1) mindestens einen weiteren Reflektor in Gestalt einer Ge- genparabolrinne (2) zu positionieren, so dass die Sonnenstrahlen noch einmal konzent- riert werden und sie anschließend den Scheitelbereich (1A) der Parabolrinne (1), insbesondere durch eine Öffnung (12) passieren und auf den dahinter aufgestellten, mindes- tens eine Wärmespeichermasse (3) umfassenden Wärmespeicher, insbesondere auf dessen Oberfläche (10) oder die Oberfläche eines Hohlraumes (10.1) im Wärmespeicher fallen. Ferner sind Mittel zum Abrufen der gespeicherten Wärme in oder an der Wärmespeichermasse (3) vorgesehen. Entsprechend einem Verfahren mit den Merk- malen des Anspruchs 12 ist vorgesehen, dass Wasserdampf aus der gespeicherten Energie derart erzeugt wird, dass ein Kondensat mittels einer Kondensatspeisepumpe, insbesondere über ein Kondensatverteilgefäß, in dem das Kondensatniveau steigt, geleitet wird und dass das Kondensat durch mindestens eine Kondensatleitung auf mit einer Kugelschüttung befüllte Verdampfungsrohre, die sich in dem Wärmespeicher be- finden, verteilt wird, und dort schlagartig verdampft und dass Wasser und Wasserdampf mittels Dampfleitungen in einen Dampfsammelbehälter geleitet wird. The object of the invention is to improve the heat storage of generic parabolic trough power plants. The invention solves this problem with a solar power plant having the features of claim 1. Accordingly, it is provided in a generic solar power plant in focus (1.1) or in a focus zone of at least a parabolic trough (1) to position at least one further reflector in the form of a counterpart parabolic trough (2), so that the sun's rays are concentrated again and then the apex region (1A) of the parabolic trough (1), in particular through an opening ( 12) and on the behind it, at least at least one heat storage mass (3) comprehensive heat storage, in particular on the surface (10) or the surface of a cavity (10.1) fall in the heat storage. Further, means for retrieving the stored heat in or on the heat storage mass (3) are provided. According to a method with the features of claim 12, it is provided that water vapor from the stored energy is generated such that a condensate by means of a condensate feed pump, in particular via a condensate distribution vessel in which the condensate level rises, is passed and that the condensate by at least a condensate line on distributed with a ballast evaporation tubes, which are located in the heat accumulator, distributed, and there evaporates abruptly and that water and water vapor is passed by steam lines in a vapor collection container.
Hinsichtlich eines Hochtemperatur-Wärmespeichers ist ein Großraumwärmespeicher zur Speicherung von Sonnenenergie, Windenergie, Nachtstrom , Energie aus Biomasse oder anderer Energiearten vorgesehen, bei dem die Wärmeenergie in einer großräumigen kompakten Einheit oder in Blöcken (1 , 23,25, 30,37,37a, 39 52), die aus feuerfester Masse (2) gegossen sind, gespeichert wird und die gespeicherte Energie mittels feuerfester Stahlrohre (3), die an einem Ende verschlossen sind und in der feuerfester Masse (2) eingebettet sind, entkoppelt wird. Vorzugsweise sind die Stahlrohre (3) von au- ßen armiert (3a) und/oder mit Dehnungskompensatoren (20) versehen und/oder der Innenraum der Stahlrohren ist mit einer Kugelschüttung (4) aus geschmolzenem Korund, aus feuerfestem Edelstahl oder aus einem anderen feuerfestem Material befüllt. Der Großraumwärmespeicher ist von eigenständig erfinderischer Bedeutung. Er kann u. A. zur Speicherung der Windenergie auf die Weise genutzt werden kann, dass in der feuerfesten Masse (2) elektrische Heizstäbe (24) eingebracht werden,. Dabei wird aus Windenergie gewonnene elektrische Energie in die Wärmeenergie umgewandelt und aus der gespeicherten Wärmeenergie wird nach Bedarf wieder elektrischer Strom erzeugt Die Öffnungen für die Heizstäbe (24) können beim Gießen der feuerfesten Masse schabloniert werden. Der Großraumwärmespeicher kann zur Speicherung der Energie aus der Biomasse auf die Weise genutzt werden, dass am Wärmespeicher (25) eine Feuerung (26) zur Verbrennung der Biomasse integriert wird. In der Biomasse können ein oder mehrere Rauchgaskanäle (27) vorgesehnen werden, durch die die Rauchgase strömen, um ihre Wärme an die feuerfeste Masse (2) abzugeben. In einer Periode windarmer Tage kann die Verbrennung der Biomasse als Ergänzung zur Windenergie beitragen. With regard to a high-temperature heat accumulator, a large-capacity heat accumulator is provided for storing solar energy, wind energy, night stream, energy from biomass or other types of energy, in which the heat energy is stored in a large-scale compact unit or in blocks (1, 23, 25, 30, 37, 37a, 39 52), which are cast from refractory material (2), is stored and the stored energy by means of refractory steel tubes (3), which are closed at one end and embedded in the refractory mass (2) is decoupled. Preferably, the steel tubes (3) are externally armored (3a) and / or provided with expansion compensators (20) and / or the interior of the steel tubes is a ballast (4) of molten corundum, refractory stainless steel or another refractory Material filled. The large-capacity heat storage is of independent inventive importance. He can u. A. can be used to store the wind energy in such a way that in the refractory mass (2) electric heating rods (24) are introduced. In this case, electrical energy obtained from wind energy is converted into the heat energy and from the stored heat energy electric current is generated again as needed. The openings for the heating rods (24) can be stenciled during casting of the refractory mass. The large-capacity heat accumulator can be used to store the energy from the biomass in such a way that a firing system (26) for burning the biomass is integrated in the heat accumulator (25). In the biomass can one or more flue gas ducts (27) are foreseen, through which the flue gases flow to release their heat to the refractory mass (2). In a period of windless days, burning biomass can supplement wind energy.
Im Sinne der Erfindung bedeuten: For the purposes of the invention:
Parabolrinne: ein rinnenartiger Reflektor, der parallel zu einander einfallenden Sonnenstrahlen auf eine brennlinienartige Zone konzentriert und dessen reflektierende Querschnittsfläche nicht zwingend streng parabelförmig ist, so dass an Stelle einer Brennpunktlinie auch eine hinreichend kleine Brennflecklinie (Fokuszone I) akzeptabel ist. Parabolic trough: a trough-like reflector that concentrates parallel to each other incident sunbeams on a burning line-like zone and its reflective cross-sectional area is not necessarily strictly parabolic, so that instead of a focal line and a sufficiently small focal spot line (focus zone I) is acceptable.
Parabolrinnenkraftwerk: ein solarbetriebenes Kraftwerk zur Bereitstellung insbesondere elektrischer Energie mit Parabolrinnen für das Konzentrieren der einfallenden Sonnenstrahlen auf einen Wärmeadsorber.  Parabolic trough power plant: a solar-powered power plant to provide in particular electrical energy with parabolic troughs for concentrating the incident sunbeams on a heat adsorber.
Wärmespeichermasse: eine Materialanhäufung zur Speicherung von Wärmeenergie in einem Wärmespeicher.  Heat storage mass: an accumulation of material for storing heat energy in a heat storage.
Gegenparabolrinne: ein länglicher, ggf. rinnenartiger Reflektor, der mehr oder minder konzentriert zu einander einfallende Sonnenstrahlen auf eine brennlinienartige Zone konzentriert und dessen reflektierende Querschnittsfläche nicht zwingend streng parabelförmig ist, so dass an Stelle einer Brennpunktlinie auch eine hinreichend kleine Brennflecklinie (Fokuszone II) akzeptabel ist.  Anti-parabolic trough: an elongated, possibly trough-like reflector, concentrating more or less concentrated to each other incident sunbeams on a burning line-like zone and whose reflective cross-sectional area is not necessarily strictly parabolic, so that instead of a focal line and a sufficiently small focal spot line (focus zone II) acceptable is.
Gemäß dieser Erfindung wird gezeigt, wie man das Sonnenlicht mit Parabolrinnen zweimal konzentrieren kann und dabei hohe Temperaturen erzielen kann und wie man die Sonnenenergie direkt in die Wärmespeichermasse speichert. Weiter wird gezeigt, wie man die gespeicherte Energie aus dem Wärmespeicher entkoppelt und wie man den Wärmekraftprozess optimiert. Die Wärmespeichermasse kann biis zu 800 ° bisAccording to this invention, it is shown how to concentrate the sunlight twice with parabolic troughs and thereby achieve high temperatures and how to store the solar energy directly into the heat storage mass. It also shows how to decouple the stored energy from the heat storage and how to optimize the thermal energy process. The heat storage mass can be up to 800 °
1000 0C aufgewärmt werden und kann bis zu 100 0C herunter abgekühlt werden. Damit kann man die Speicherkapazität des Wärmespeichers auf 600 kWh/m3 bis 750 kWh/m3 anheben. Durch die einzelnen Aspekte Erfindung gelingt es U.A.: 1000 0 C are warmed up and can be cooled down to 100 0 C down. This can increase the storage capacity of the heat storage to 600 kWh / m 3 to 750 kWh / m 3 . Through the individual aspects invention succeeds UA:
• die Sonnenenergie noch mehr, als Stand der Technik ist, zu konzentrieren um das exegetische Potenzial der Energie anzuheben, und somit die• solar energy is even more concentrated, as the state of the art, to increase the exegetical potential of energy, and thus the
Wirtschaftlichkeit des Prozesses zu verbessern, Improve the efficiency of the process,
• die Sonnenenergie in den Hochtemperaturspeicher bei hohen Temperaturen zu speichern und den Speicher bis zu niedrigen Temperaturen abzukühlen, • store the solar energy into the high-temperature storage tank at high temperatures and cool the storage down to low temperatures,
• den Wärmekraftprozess so zu optimieren, dass es möglich wird, die Wärmespeichermasse bis zu einer niedrigen Temperatur (1000C) abzukühlen, die Parabolrinnen so zu gestalten, dass die Sonnenstrahlen maximal konzentriert werden, die Sonnenstrahlung direkt in der Wärmespeichermasse zu speichern,• To optimize the thermal energy process so that it becomes possible to cool the heat storage mass down to a low temperature (100 ° C.), to design the parabolic troughs in such a way that the solar rays are maximally concentrated, to store the solar radiation directly in the heat storage mass.
• den Wärmespeicher möglichst, unmittelbar unter den Parabolrinnen zu positionieren, • If possible, position the heat accumulator directly under the parabolic troughs,
• den Wärmespeicher kostengünstig zu und seinen wirtschaftlichen Betrieb zu ermöglichen, • cost-effective heat storage and its economic operation,
• den Wärmekraftprozess so zu gestalten, dass der Wärmespeicher mit großem ΔT arbeitet, bis zu einer maximalen Temperatur von möglichst bis zu 1000 0C Sonnenenergie zu speichern und möglichst bis zu einer minimalen Temperatur von möglichst bis zu 100 0C) abzukühlen, • to design the thermal power process in such a way that the heat accumulator works with a large ΔT to store solar energy up to a maximum temperature of up to 1000 ° C and if possible to cool it down to a minimum temperature of up to 100 ° C, if possible
• den Wärmekraftprozess mit Wasserdampf und Zweistoffgemisch zu betreiben, • to operate the thermal power process with water vapor and binary mixture,
• die Isolierung des Wärmespeichers zu optimieren, so dass die Wärmeverluste unter 0.05% in 24 Stunden liegen, • to optimize the insulation of the heat accumulator so that the heat losses are less than 0.05% in 24 hours,
• einen Wärmedurchgangskoeffizienten für die Seiten des Wärmespeichers von möglichst nicht mehr als 0.04 W/m2K und für den Boden unter 0.07 W/m2K zu erreichen, • to achieve a heat transfer coefficient for the sides of the heat accumulator of preferably not more than 0.04 W / m 2 K and for the floor below 0.07 W / m 2 K,
• eine Wärmespeicherkapazität des Wärmespeichers von einem minimalen Wert von 200 kWh/m3 zu erreichen. Gemäß dem Konzept der Erfindung für ein Parabolrinnenkraftwerk können die Parabolrinnen ohne Absorberrohr und ohne synthetischen Wärmeträger arbeiten, sondern man positioniert im Fokus der primären Parabolrinne eine schmale Gegenparabolrinne, so dass die Sonnenstrahlung zweimal konzentriert wird. Durch den Scheitel der primären Parabolrinne fällt die Sonnenstrahlung direkt auf einen Wärmespeicher. Dort wird sie in Wärme umgewandelt und erwärmt dabei eine Wärmespeichermasse. Die Wärme wird in der Wärmespeichermasse über das ganze Volumen verbreitet; dies kann durch Wärmeleitung geschehen. • To achieve a heat storage capacity of the heat accumulator of a minimum value of 200 kWh / m 3 . According to the concept of the invention for a parabolic trough power plant, the parabolic troughs can work without absorber tube and without synthetic heat carrier, but one In the focus of the primary parabolic trough, position a narrow counterpart parabolic trough so that solar radiation is concentrated twice. Through the apex of the primary parabolic trough, the solar radiation falls directly onto a heat storage. There it is converted into heat and heats up a heat storage mass. The heat is dissipated throughout the volume in the heat storage mass; This can be done by heat conduction.
Als Wärmespeichermasse kann eine feuerfeste Masse verwendet werden. Sie kann ausgewählt werden aus einer Gruppe von Materialien, umfassend feuerfesten Beton, Schamottmehl, gebranntes Magnesiumoxid, Basaltstein, Produkte mit Beteiligung von Braunkohleflugasche, gemahlenes Porzellan oder ein anderes feuerfestes Material das für entsprechend hohe Temperaturen geeignet ist. As a heat storage mass, a refractory mass can be used. It may be selected from a group of materials including refractory concrete, chamomile flour, calcined magnesia, basalt stone, lignite fly ash products, ground porcelain, or other refractory suitable for correspondingly high temperatures.
In der Wärmespeichermasse können, insbesondere armierte, Rohre eingebettet sein, wie z.B. Stahlrohre aus hitzebeständigem Stahl. Die Rohre können in die Wärmespeichermasse eingegossen sein. Die Rohre können am unteren Ende, insbesondere luftdicht, verschlossen werden oder sein und können für hohe Drücke ausgelegt sein. In the heat storage mass, in particular reinforced pipes may be embedded, e.g. Steel pipes made of heat-resistant steel. The pipes can be cast in the heat storage mass. The tubes can be closed or sealed at the lower end, in particular airtight, and can be designed for high pressures.
Die in die Wärmespeichermasse eingebetteten Rohre können mit Partikeln, insbeson- dere Kugeln, insbesondere aus Korund oder aus Stahl, befüllt sein. Die Partikel haben die Aufgabe den Wärmeübergang von der Wärmespeichermasse auf ein Wärmeträ- gerfluid, wie verdampfendes Wasser, zu erhöhen. Kugeln haben eine große spezifische Oberfläche und wenn Wasser als Kondensat auf die Kugeln trifft, verdampft es schlagartig. Auf diese Weise wird die Wärmespeichermasse, vorzugsweise von oben nach unten, abgekühlt, um die Wärme dem Kraftwerksprozess zur Verfügung zu stellen. The tubes embedded in the heat storage mass can be filled with particles, in particular spheres, in particular corundum or steel. The particles have the task to increase the heat transfer from the heat storage mass to a heat transfer fluid, such as evaporating water. Balls have a large specific surface and when water as condensate hits the balls, it evaporates abruptly. In this way, the heat storage mass, preferably from top to bottom, cooled to provide the heat to the power plant process available.
Die Parabolrinne kann auf einer tragenden Stahlkonstruktion montiert sein und wird e- lektronisch gesteuert der Sonne nachgeführt. Der Antrieb kann über einen elektrischen Motor erfolgen, der mit Getriebe ausgestattet ist. Wenn sich die Drehachse für die Nachführung in oder nahe der Oberfläche der Wärmespeichermasse oder innerhalb derselben befindet, so können die fokussierten Sonnenstrahlen immer auf einer Linie auf die Wärmespeichermasse bzw. deren Oberfläche fallen. Dies geschieht unabhängig davon, in welchem Winkel die Parabolrinne ausgerichtet ist. The parabolic trough can be mounted on a load-bearing steel structure and is electronically controlled to track the sun. The drive can be done by an electric motor, which is equipped with gear. When the axis of rotation for tracking is in or near the surface of or within the heat storage mass, the focused sunrays can always be in line fall on the heat storage mass or its surface. This happens regardless of the angle at which the parabolic trough is aligned.
Wenn in der Oberfläche der Wärmespeichermasse eine Öffnung vorgesehen ist, die in einen Hohlraum mündet, wird die Strahlungswärme t über die gesamte Oberfläche des Hohlraumes an die Wärmespeichermasse abgegeben. Der Hohlraum kann beim Gießvorgang in die Wärmespeichermasse eingeformt werden Die Innenfläche des Hohlraumes kann schwarz pigmentiert sein oder werden, so dass der Hohlraum einen schwarzen Körper bildet, bei dem die Absorption der Strahlungsenergie maximal ist. When an opening is provided in the surface of the heat storage mass which opens into a cavity, the radiant heat t is emitted to the heat storage mass over the entire surface of the cavity. The cavity may be molded into the heat-storage mass during the casting process. The interior surface of the cavity may be or may be pigmented black so that the cavity forms a black body in which the absorption of the radiant energy is maximal.
Um die Abstrahlungsverluste der Wärmespeichermasse durch die Oberfläche zu minimieren, kann oberhalb der Wärmespeichermasse eine bewegliche Platte vorgesehen sein. An deren Unterseite kann eine reflektierende Fläche, z. B. aus einem polierten Metall vorgesehen sein. An der beweglichen Platte ist eine schlitzförmige Zone oder Öffnung vorgesehen durch die die Sonnenstrahlen hindurchgehen. Die Öffnung und/oder die Platte bewegt sich in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Parabolrinne in die eine oder andere Richtung. Während der Nacht kann die ganze Oberfläche der Wärmespeichermasse mit dieser Platte abgeschirmt werden. An ihrer Oberseite kann die Platte wärmeisoliert sein. Die Platte kann sich beiderseitig auf Rollen stützen, die sich entlang einer Führung, wie einem U-Profil, bewegen. Die Platte kann elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch bewegt werden. Bei einem Wärmespeicher ist es von entscheidender Bedeutung die Wärmeverluste minimal zu halten. Die bewegliche Platte ist daher von eigenständiger erfinderischer Bedeutung. Für die Isolierung des Wärmespeichers wird eine gewisse Prozedur und ein gewisser Aufbau von eigenständig erfinderischer Bedeutung bevorzugt. An der Wärmespeichermasse ist eine Isolierschicht oder -matte von etwa 200 mm Dicke als erste Schicht vorgesehen. Sie kann etwa 1200 0C im Dauerbetrieb aushalten. Anschließend kommt die Luftschicht die 1000 bis 2000mm, vorzugsweise etwa 1500 mm dick ist. Danach kann eine Ummantelung, vorzugsweise aus Edelstahlblech folgen. Diese kann innen glänzend sein und außen eine Antireflexfläche aufweisen, um die vom Wärmespeicher kommende Wärmestrahlung zu reflektieren. Am Ende kann eine Isolierschicht oder - matte aus Mineral- oder Steinwolle von vorzugsweise 100mm bis 300mm, vorzugsweise von etwa 200 mm Dicke folgen. Die komplette Isolierung kann luftdicht verschlossen sein, damit konvektive Abkühlung der Wärmespeichermasse unterbunden wird. Für die Isolierung des Bodens kann zuerst eine entsprechende Armierung vorgesehen sein, um die Wärmespeichermasse tragen zu können. Auf dem Boden kann eine Feinsandtrag- schüttung ca. 1m dick aufgeschüttet und mittels des Vibrators verdichtet sein. Die Fein- sandschüttung sollte eine Körnung von 0 bis 1 mm nicht überschreiten, damit seine Wärmeleitfähigkeit niedrig gehalten wird. Die Feinsandschüttung kann mit Beton einge- kapselt, so dass die Schüttung durch den Drucklast nicht verdrängt werden kann. Mit so einer konzipierten Isolierung erhält man für den Wärmetransport durch die Seiten des Wärmespeichers einen Wärmedurchgangskoeffizienten von 0.04 W/ m2K und durch den Boden von 0.07 W/m2K. Aufgrund der berechneten Wärmedurchgangskoeffizienten lässt sich abschätzen, dass der Wärmeverlust des Wärmespeichers ca. 0.05 % in 24 h beträgt, der als niedrig betrachtet werden kann. In order to minimize the radiation losses of the heat storage material through the surface, a movable plate may be provided above the heat storage mass. At the bottom, a reflective surface, for. B. may be provided from a polished metal. On the movable plate, a slit-shaped zone or opening is provided through which the sun's rays pass. The opening and / or the plate moves in one or the other direction depending on the direction of rotation of the parabolic trough. During the night, the entire surface of the heat storage mass can be shielded with this plate. At its top, the plate can be thermally insulated. The plate can be supported on both sides on rollers that move along a guide, such as a U-profile. The plate can be moved electrically, pneumatically or hydraulically. In a heat storage, it is crucial to keep heat losses to a minimum. The movable plate is therefore of independent inventive importance. For the isolation of the heat storage, a certain procedure and a certain construction of independent inventive importance is preferred. On the heat storage mass, an insulating layer or mat of about 200 mm thickness is provided as the first layer. It can withstand about 1200 0 C in continuous operation. Subsequently, the air layer is 1000 to 2000mm, preferably about 1500 mm thick. Thereafter, a sheath, preferably made of stainless steel sheet. This may be glossy inside and have an antireflective surface on the outside, from the heat storage reflect incoming heat radiation. At the end, an insulating layer or mat of mineral or rock wool of preferably 100mm to 300mm, preferably about 200mm in thickness, may follow. The complete insulation can be hermetically sealed so that convective cooling of the heat storage mass is prevented. For the insulation of the soil, a corresponding reinforcement can first be provided in order to be able to support the heat storage mass. On the ground, a fine sand slurry can be poured about 1m thick and compacted by the vibrator. The fine sand fill should not exceed a grain size of 0 to 1 mm in order to keep its thermal conductivity low. The fine sand fill can be encapsulated with concrete, so that the bed can not be displaced by the pressure load. With such a designed insulation, a heat transfer coefficient of 0.04 W / m 2 K is obtained for heat transport through the sides of the heat accumulator and 0.07 W / m 2 K through the bottom. Based on the calculated heat transfer coefficients, it can be estimated that the heat loss of the heat accumulator will be approx 0.05% in 24 h, which can be considered low.
Gemäß einer bevorzugten Betriebsweise sollte die Speichertemperatur bis zu etwa 1000 0C betragen. Man muss abwägen, mit welchen thermodynamischen Parametern die Kraftanlage betrieben werden soll, d.h., es muss die Relation, der Dampfkraftanlage zur Speicherkapazität balanciert werden. Die Wärmespeicherblöcke können werksmäßig angefertigt und vor Ort unter den Parabolrinnen aufgestellt, isoliert und miteinander angeschlossen werden. According to a preferred mode, the storage temperature should be up to about 1000 0 C. It is necessary to weigh with which thermodynamic parameters the power plant should be operated, ie, the relation of the steam power plant to the storage capacity has to be balanced. The heat storage blocks can be factory made and placed under the parabolic troughs, isolated and connected together.
In einem bestimmten Abstand von der Oberfläche der Wärmespeicherblöcke kann eine Glasscheibe aufgestellt sein, durch die die fokussierten Sonnenstrahlen durchgehen und auf der Oberfläche der Wärmespeichermasse über die ganze Länge des Wärmespeichers fallen. Die Glasscheibe wird z. B. aus temperaturbeständigem Thermalglas angefertigt, so dass sie den herrschenden Temperaturen widerstehen kann. Man kann, unter der Annahme, dass die Sonne im Durchschnitt 8 Stunden am Tag scheint, das Volumen des Wärmespeichers so auslegen, dass die, während 8 Stunden, gespeicherte Energie, für die restlichen 16 Stunden ausreicht, um den Strom bis zum nächsten Tag in Kontinuität erzeugen zu können. Dies wäre die preiswerteste Möglichkeit. Man kann auch den Wärmespeicher so auslegen, dass man beim Ausfall der Sonne, aus gespeicherter Energie z.B. eine Woche lang den Strom erzeugt. In jedem Fall ist es interessant zu wissen, wie lange man den Strom aus gespeicherter Sonnenenergie unter wirtschaftlichen Bedingungen erzeugen kann. Eine ausführliche Analyse hat gezeigt, dass für den Fall, dass die Sonne 365 Tage im Jahr an einem Aufstellungsort scheint, sich ein bestimmtes Investitionskostenniveau von (X€/kW) ergibt. Wenn aber die Sonnentage um 10 % niedriger liegen, steigen die Investitionskosten der Anlage um 60%. Daraus kann man schließen, dass es am wirtschaftlichsten ist die Solarkraftwerke dort zu bauen, wo die Sonne über das ganze Jahr scheint. At a certain distance from the surface of the heat storage blocks, a glass pane can be set up, through which the focused sun rays pass and fall on the surface of the heat storage mass over the entire length of the heat storage. The glass is z. B. made of temperature-resistant thermal glass, so that they can withstand the prevailing temperatures. Assuming that the sun shines on average 8 hours a day, it is possible to interpret the volume of heat storage so that, during 8 hours, stored energy, for the remaining 16 hours is sufficient to generate electricity until the next day in continuity. This would be the cheapest option. You can also design the heat storage so that when the sun fails, for example, it generates electricity for a week from stored energy. In any case, it is interesting to know how long one can generate electricity from stored solar energy under economic conditions. A detailed analysis has shown that if the sun shines 365 days a year at a site, the investment cost level will be (X € / kW). But if the sun days are 10% lower, the investment costs of the system increase by 60%. From this one can conclude that it is most economical to build the solar power plants where the sun shines all year round.
Wenn man den Wärmespeicher aus Granulat aus warmfestem Material, wie Steinen als Wärmespeichermasse baut, wie z.B. aus Basaltstein, kann man in eine Schüttung aus diesem Material warmfeste, insbesondere außen berippte, Rohre,, wie Stahlrohre, einzusetzen. Diese Lösung ist von eigenständig erfinderischer Bedeutung. Sie ist zum einen interessant, weil der Basaltstein billig ist, zum anderen, weil die Schüttung Hohlräume bildet, die die Sonnenstrahlen leicht einfangen können (Phänomen des schwarzen Körpers), dabei gibt es eine niedrige Gegenreflexion. Um die Temperatur in der Materialschüttung zu vergleichmäßigen, kann ein Zirkulationsgebläse vorgesehen sein, das einen Luftstrom durch die Schüttung wälzt und dadurch die Steintemperatur vergleichmäßigt. Es ist auch denkbar, dass das Granulat einen Partikeldurchmesser zwischen 20 mm und 50 mm hat, damit die Wärme zwischen den einzelnen Partikeln überwiegend durch die Strahlung übertragen wird. Es ist denkbar, dass die oberen Schichten der Wärmespeichermasse ein relativ größeres Granulat haben und die unteren Schichten aus Granulat kleinerem Durchmesser bestehen, weil durch die Luftzirkulation die Wärme besser an das feinere Granulat übertragen wird. Verdampfungsrohre, die in das Granulat eingetaucht werden oder sind,, können außen berippt werden. Auf diese Weise wird die Wärme durch die Strahlung und Konvektion von der Schüttung an die Rohrrippen und an die Rohrwand übertragen. Von der Rohrinnenwand wird die Wärme weiter (sofern vorgesehen) an die Korundkugeln im Rohrinneren durch die Wärmeleitung und durch die Strahlung übertragen. Anstatt der Korundkugeln kann man die Stahlgusskugeln verwenden. If one builds the heat storage of granules of heat-resistant material, such as stones as a heat storage mass, such as basalt stone, you can use in a bed of this material, heat resistant, especially outside ribbed pipes, such as steel pipes. This solution is of inherently inventive importance. It is interesting on the one hand, because the basalt stone is cheap, on the other hand, because the bed forms cavities that can easily catch the sun's rays (phenomenon of the black body), there is a low counter-reflection. In order to equalize the temperature in the bulk of the material, a circulation fan can be provided which circulates a stream of air through the bed and thereby equalizes the stone temperature. It is also conceivable that the granules have a particle diameter between 20 mm and 50 mm, so that the heat between the individual particles is predominantly transmitted by the radiation. It is conceivable that the upper layers of the heat storage mass have a relatively larger granules and the lower layers consist of granules of smaller diameter, because the heat is better transmitted to the finer granules by the air circulation. Evaporation tubes, which are or are immersed in the granules, can be ribbed on the outside. In this way, the heat is transferred by the radiation and convection from the bed to the tube ribs and to the tube wall. From the pipe inner wall, the heat is further (if provided) to the corundum balls in the pipe interior through the Heat conduction and transmitted by the radiation. Instead of the corundum balls you can use the cast steel balls.
An den Verdampfungsrohren können Kondensatzuführungsrohre, die insbesondere senkrecht und parallel zur Rohrachse positioniert sind, angeschlossen sein oder werden, so dass das Kondensat auf die Partikelschüttung gleichmäßig verteilt wird. Da die Partikel heiß sind, verdampft das Kondensat schlagartig und es entsteht der Wasserdampf, der in einem Dampfsammelbehälter angesammelt wird. Der Dampfdruck im Dampfsammelbehälter wird geregelt und konstant gehalten. Der Wasserdampf wird nach Bedarf in die Wasserdampfturbine geleitet. On the evaporation tubes Kondensatzuführungsrohre, which are in particular positioned vertically and parallel to the tube axis, be connected or be, so that the condensate is evenly distributed to the particle bed. Since the particles are hot, the condensate evaporates abruptly and there is the water vapor, which is accumulated in a vapor collection container. The vapor pressure in the vapor collection tank is regulated and kept constant. The steam is directed into the steam turbine as needed.
Der Wärmekraftprozess stellt eine neue Anordnung und Betriebsverfahren von eigenständig erfinderischer Bedeutung dar. Demnach setzt sich der neue Kreisprozess aus vier Teilkreisprozessen zusammen. Auf einer Welle befinden sich eine Wasserdampf- turbine und drei Turbinen die mit Zweistoffgemisch arbeiten. Alle vier Turbinen treiben gemeinsam die Welle in Drehbewegung an. In einer Wasserdampfturbine entspannt sich der Wasserdampf auf 5 bar und bis zu einer Temperatur die größer als 152 0C ist (Sättigungstemperatur). Nach der Entspannung wird der Abdampf in einen Wärmetauscher geleitet und dort übergibt er einen Teil seiner Wärme an einen Heizwasserkreis- lauf. Das Zweistoffgemisch verdampft der Reihe nach indem es drei Verdampfer durchläuft und in jedem der drei Verdampfer eine Teilmenge verdampft. In den Verdampfern für Zweistoffgemisch herrschen verschiedene thermo-dynamische Zustände. Auf diese Weise hat man drei getrennte Kreisprozesse, wobei für jeden Kreisprozess eine Turbine zuständig ist. Das Heizwasser tritt in den ersten Verdampfer mit der Temperatur von 150 0C ein und verlässt den letzten Verdampfer mit der Temperatur von 55 0C. Auf diese Weise erreicht man im Wasserdampfkreislauf einen theoretischen Wirkungsgrad von 25 % (dabei wurde ein Dampfdruck von 100 bar und die Dampftemperatur 500 0C zu Grunde gelegt). Mit drei Kreisprozessen die mit Zweistoffgemisch arbeiten erreicht man insgesamt 25.5% theoretischen Wirkungsgrad. Daraus wird ersichtlich, dass man auf diese Weise den gesamten Wirkungsgrad der Anlage auf 50.5 % anheben kann. Hier sind nicht die standardmäßigen Maßnahmen zur Wirkungsgraderhöhung eines Kreis- Prozesses berücksichtigt worden, wie Speisewasservorwärmung und mehrstufige Dampfübe rhitzung. The thermal power process represents a new arrangement and operating method of inherently inventive significance. Accordingly, the new cycle process is composed of four partial cycle processes. On one shaft there is a steam turbine and three turbines working with binary mixture. All four turbines together drive the shaft in rotation. In a steam turbine, the steam relaxes to 5 bar and up to a temperature which is greater than 152 0 C (saturation temperature). After expansion, the exhaust steam is led into a heat exchanger where it transfers some of its heat to a heating water circuit. The binary mixture vaporizes in turn by passing through three evaporators and vaporizing a subset in each of the three vaporizers. In the evaporators for binary mixture there are different thermodynamic states. In this way, you have three separate cycle processes, each turbine process is responsible for each cycle. The heating water enters the first evaporator with the temperature of 150 0 C and leaves the last evaporator with the temperature of 55 0 C. In this way one reaches in the steam cycle a theoretical efficiency of 25% (this was a vapor pressure of 100 bar and the steam temperature is based on 500 ° C.). With three cycle processes that work with two-component mixture, a total of 25.5% theoretical efficiency is achieved. It can be seen that in this way the overall efficiency of the system can be increased to 50.5%. Here are not the standard measures to increase the efficiency of a district Process such as feedwater preheating and multi-stage steaming have been taken into account.
Wenn man standardgemäß nur mit einer Dampfturbine arbeitet und den Wasserdampf bis zu 0.04 bar entspannen lässt (Vakuumkondensation), ergibt sich ein theoretischer Wirkungsgrad von 42 %. Die Kombination Wasserdampf - Zweistoffgemisch bringt den Vorteil, dass man die Wärmespeichermasse bis 100 0C herunter abkühlen kann, weil das Heizwasser in den zweiten Verdampfer mit der Temperatur 100 0C eintritt. Wenn der Wärmespeichermasse bis 100 0C abgekühlt wird, arbeiten der Kreisprozess III und der Kreisprozess IV und die beiden Kreisprozesse ergeben einen theoretischen Wirkungsgrad von insgesamt 12.5 %. Man kann nun wahlweise abwägen, ob man mit drei Kreisprozessen oder mit zwei Kreisprozessen arbeitet. Das ist nur die Frage der Anlagengröße und der Wirtschaftlichkeit. Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile und Verfahrensschritte unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können. If you only work with a steam turbine as standard and can relax the steam up to 0.04 bar (vacuum condensation), this results in a theoretical efficiency of 42%. The combination of water vapor - two-component mixture has the advantage that you can cool the heat storage mass down to 100 0 C, because the heating water enters the second evaporator with the temperature 100 0 C. When the heat storage mass is cooled down to 100 ° C., the cycle III and the cycle IV work, and the two cycle processes result in a total theoretical efficiency of 12.5%. You can now choose whether to work with three cycle processes or two cycle processes. That's just the question of plant size and economy. The abovementioned and the claimed components and method steps to be used according to the invention described in the exemplary embodiments are not subject to special exceptions in terms of size, shape, material selection and technical design, so that the selection criteria known in the field of application can be used without restriction.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung, in der - beispielhaft - ein Solarkraftwerk dargestellt ist. Auch einzelne Merkmale der Ansprüche oder der Ausführungsformen können mit anderen Merkmalen anderer Ansprüche und Ausführungsformen kombiniert werden. Further details, features and advantages of the subject matter of the invention will become apparent from the subclaims, as well as from the following description and the accompanying drawings, in which - by way of example - a solar power plant is shown. Also, individual features of the claims or of the embodiments may be combined with other features of other claims and embodiments.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
In der zeigen: Figur 1 eine Prinzipsskizze, der Parabolrinne mit Gegenspiegel und mit Wärmespeicher, der aus feuerfestem Beton angefertigt und in Blockform ausgegossen ist, sowie die Isolierung des Wärmespeichers bei einer senkrechten Position der Parabolrinne; In the show: Figure 1 is a schematic diagram of the parabolic trough with counter-mirror and with heat storage, which is made of refractory concrete and poured in block form, and the insulation of the heat storage at a vertical position of the parabolic trough;
Figur 2 dieselbe Parabolrinne samt Wärmespeicher wie in Figur 1 bei einer Position der Parabolrinne in Westlage (Nordhalbkugel der Erde und von Nord nach Süd betrachtet) Figur 3 dieselbe Parabolrinne samt Wärmespeicher wie in Figur 1 bei einer Position der Parabolrinne in Ostlage (Nordhalbkugel der Erde und von Nord nach Süd betrachtet) Figure 2 shows the same parabolic trough with heat storage as in Figure 1 at a position of the parabolic trough in western position (northern hemisphere of the earth and viewed from north to south) Figure 3 the same parabolic trough with heat storage as shown in Figure 1 at a position of the parabolic trough in the east (northern hemisphere of the earth and viewed from north to south)
Figur 4 ein Verdampfungsrohr mit Füllkugeln mit Kondensatzuführungsleitung, sowie Abdampfleitung; FIG. 4 shows an evaporation tube with filler balls with a condensate feed line, as well as an exhaust steam line;
Figur 5.1 eine Seitenansicht der Anlage nach Figur 1 ; Figure 5.1 is a side view of the system of Figure 1;
Figur 5.2 eine Draufsicht der Anlage nach Figur 1 ; Figure 5.2 is a plan view of the system of Figure 1;
Figur 6.1 eine Prinzipsskizze der Parabolrinne mit Gegenspiegel und Wärmespeicher im Querschnitt; der Parabolspiegel befindet sich in senkrechter Position; derFigure 6.1 is a schematic diagram of the parabolic trough with counter-mirror and heat storage in cross section; the parabolic mirror is in a vertical position; of the
Wärmespeicher ist mit Granulat aus feuerfestem Stein befüllt, ferner ist einHeat storage is filled with granules of refractory stone, also is a
Zirkulationsgebläse zur Vergleichmäßigung der Temperatur im Wärmespei- eher vorgesehen sowie eine Isolierung des Wärmespeichers, dargestellt; Circulation fan to equalize the temperature in the heat storage rather provided and insulation of the heat accumulator, shown;
Figur 6.2 die Anordnung nach Figur 6.1 in Seitenansicht (Schnitt entlang der Linie B - B gemäß Figur 6.1) Figur 6.3 die Anordnung nach Figur 6.1 in Draufsicht(Schnitt entlang der Linie A - A gemäß Figur 6.1) ; Figur 7 ein beripptes Rohr gemäß Figur 6.1 ; FIG. 6.2 shows the arrangement according to FIG. 6.1 in a side view (section along the line B-B according to FIG. 6.1) FIG. 6.3 shows the arrangement according to FIG. 6.1 in plan view (section along the line A-A according to FIG. 6.1); FIG. 7 shows a ribbed tube according to FIG. 6.1;
Figur 8 eine Prinzipsskizze der berippten Rohre und der dazwischen liegenden Figure 8 is a schematic diagram of the ribbed tubes and the intervening
Schüttung aus feuerfestem Granulat;  Bed of refractory granules;
Figur 9 ein Prinzipsschema der kombinierten Kreisprozesse, Wasserdampf- Zweistoffsystem, angebunden an ein Wärmespeichersystem; Figur 9.1 die Anlage, gemäß Figur 9 in Draufsicht; Figure 9 is a schematic diagram of the combined cycle processes, water vapor binary system, connected to a heat storage system; Figure 9.1 shows the system, according to Figure 9 in plan view;
Figur 10 eine Vertikalansicht auf einen weiteren Wärmespeicher mit rundherum liegenden konzentrierenden Spiegeln; Figur 11 denselben Wärmespeicher in Horizontalschnittdarstellung von oben; Figure 10 is a vertical view of another heat storage with concentric mirrors lying around; Figure 11 shows the same heat storage in horizontal section from above;
Figur 12 eine ähnliche Ausführung des Wärmespeichers für den Einsatzbereich-zur Figure 12 shows a similar embodiment of the heat storage for the area-to
Speicherung von Windenergie, in Vertikalschnittansicht; Figur 13 eine Ausführungsmöglichkeit eines weiteren Wärmespeichers gemäß der gleichzeitig oder ergänzend Windenergie und Energie aus Biomasse gespeichert werden können, in Vertikalschnittansicht;  Storage of wind energy, in vertical section view; Figure 13 shows an embodiment of a further heat storage according to the same or additional wind energy and energy from biomass can be stored, in vertical section view;
Figur 14 eine Ausführungsmöglichkeit eines noch weiteren Wärmespeichers wonach die Sonnenstrahlen mittels konzentrierenden Spiegel ihre Energie über einen Absorber an komprimierte Luft abgeben, in Vertikalschnittansicht; FIG. 14 shows an embodiment of an even further heat accumulator, according to which the solar rays emit their energy via an absorber to compressed air by means of a concentrating mirror, in vertical section view;
Figur 15 eine weitere Anwendungsmöglichkeit eines Wärmespeichers zur Speicherung von Windenergie schematisch dargestellt, in Vertikalschnittansicht; Figur 16 einen weiteren Wärmespeicher, gegossen aus feuerfester Betonmasse als Monoblock ausgegossen dargestellt, in Vertikalschnittansicht; Figure 15 shows a further possible application of a heat storage for storing wind energy shown schematically, in vertical section view; Figure 16 shows a further heat storage, poured from refractory concrete mass poured out as a monoblock, in vertical section view;
Figur 17 einen noch weiteren Wärmespeicher für die Speicherung von Windenergie, in Vertikalschnittansicht; 17 shows a still further heat storage for the storage of wind energy, in vertical section view;
Figur 18 eine weitere Ausführungsmöglichkeit eines Wärmespeichers wonach Sonnenenergie und Windenergie gleichzeitig oder separat gespeichert werden können je nach dem wie groß das Energieangebot ist, in Vertikalschnittan- sieht; FIG. 18 shows a further embodiment of a heat accumulator according to which solar energy and wind energy can be stored simultaneously or separately, depending on how large the energy supply is, in vertical section view;
Figur 19 einen weiteren Wärmespeicher in Vertikalschnittansicht; FIG. 19 shows a further heat accumulator in vertical section view;
Figur 19A denselben Wärmespeicher in Horizontalschnittansicht; FIG. 19A shows the same heat accumulator in horizontal sectional view;
Figur 20 eine Variante zur Speicherung verschiedener Energiearten, die eine wirtschaftliche und preiswerte Alternative zeigt mit einem Wärmespeicher, in Vertikalschnittansicht; Figur 20 A denselben Wärmespeicher im Detail; Figure 20 shows a variant for storing various types of energy, which shows an economical and inexpensive alternative with a heat storage, in vertical section view; Figure 20 A the same heat storage in detail;
Figur 21 eine noch weitere Ausführungsmöglichkeit, der gemäß Sonnen- und Windenergie gleichzeitig gespeichert werden können, in Vertikalschnittansicht; Figur 22 eine abermals weitere Ausführungsmöglichkeit der gemäß ein Wärmespeicher lediglich für die Speicherung der Windenergie genutzt wird, in Vertikalschnittansicht; sowie Figure 21 shows a still further embodiment possibility, which can be stored simultaneously according to solar and wind energy, in vertical section view; FIG. 22 shows a further embodiment which is used in accordance with a heat accumulator only for the storage of wind energy, in vertical section view; such as
Figur 23 einen Wärmespeicher so geformt, dass er gleichzeitig als Feuerung und FIG. 23 shows a heat accumulator shaped in such a way that it simultaneously serves as a furnace and
Wärmespeicher dient, in Vertikalschnittansicht. DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN Heat storage is used, in vertical section view. DETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS
Das erfindungsgemäße Konzept der Parabolrinnenkraftwerke gemäß Figur 1. Figur 2, Figur 3, Figur 4, Figur 5. Figur 5.1 , Figur 5.2 sieht vor, dass die Parabolrinnen 1 ohne Absorberrohr und ohne synthetischem Wärmeträger arbeiten, sondern, dass man im Fokus 1.1 der primären Parabolrinne 1 eine schmale Gegenparabolrinne 2 positioniert, so dass die Sonnenstrahlen noch einmal konzentriert werden und durch den Scheitel der primären Parabolrinne 1 direkt auf die Oberfläche 10 einer Wärmespeichermasse 3 durch eine Öffnung fallen. Die Öffnung ist beim Gießvorgang des Wärmespeichers 3 geformt und sie mündet in einen Hohlraum 10.1 dessen Oberfläche schwarz pigmentiert ist, so da die Sonnenstrahlen in diesem Hohlraum10.1 eingefangen werden (der Hohlraum verhält sich wie ein schwarzer Körper), dort werden sie in Wärme umgewandelt und erwärmen dabei die Wärmespeichermasse 3 bis zu einer verhältnismäßig hohen Temperatur. Die Wärme wird anschließend in der Wärmespeichermasse 3 über das ganze Volumina durch die Wärmeleitung verteilt. In der Wärmespeichermasse 3 sind armierte Stahlrohre 4 aus hitzebeständigem Stahl eingegossen. Die Stahlrohre 4 sind am unteren Ende luftdicht verschlossen und können verhältnismäßig hohen Drücken standhalten. Als feuerfeste Masse 3 kann feuerfester Beton, angefertigt aus Schamottmehl oder aus gebranntem Magnesiumoxid oder aus Basaltstein, aus gemah- lenem Porzellan oder aus einem anderen feuerfesten Material, der für hohe Temperaturen geeignet ist, verwendet werden. Für die Wärmespeichermasse 3 werden auch die Produkte mit Beteiligung von Braunkohleflugasche verwendet. The concept according to the invention of the parabolic trough power plants according to FIG. 1. FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5. FIG. 5.1, FIG. 5.2 provides that the parabolic troughs 1 operate without an absorber tube and without a synthetic heat carrier, but that in the focus 1.1 of the primary Parabolic trough 1 a narrow Gegenparabolrinne 2 positioned so that the sun's rays are concentrated again and fall through the apex of the primary parabolic trough 1 directly on the surface 10 of a heat storage mass 3 through an opening. The opening is formed during casting of the heat accumulator 3 and it opens into a cavity 10.1 whose surface is pigmented black, so that the sun's rays are captured in this cavity 10.1 (the cavity behaves like a black body), where they are converted into heat and thereby heat the heat storage mass 3 up to a relatively high temperature. The heat is then distributed in the heat storage mass 3 over the entire volume through the heat conduction. In the heat storage mass 3 armored steel tubes 4 are cast from heat-resistant steel. The steel tubes 4 are hermetically sealed at the bottom and can withstand relatively high pressures. As the refractory mass 3, refractory concrete made of fireclay flour or burned magnesia or basalt stone, milled porcelain or other refractory suitable for high temperatures may be used. For the heat storage mass 3, the products with the participation of lignite fly ash are used.
Die in der feuerfesten Masse 3 eingegossenen Stahlrohre 4 sind mit Kugeln 5 aus Ko- rund oder aus Stahl befüllt. Die Kugeln 5 haben die Aufgabe den Wärmeübergang von feuerfester Masse 3 auf verdampfendes Wasser zu erhöhen. Die Kugeln 5 haben eine große spezifische Oberfläche. Wenn Wasser auf die Kugeln fällt, verdampft es schlagartig. Auf diese Weise wird die feuerfeste Masse 3 von oben nach unten abgekühlt. Die Parabolrinne 1 ist auf einer tragenden Stahlkonstruktion 6 montiert, wird elektronisch gesteuert und der Sonne nachgeführt. Der Antrieb erfolgt über einen E-Motor 7 der mit Getriebe 8 ausgestattet ist. Es ist bevorzugt, dass sich die Achse der Verstell- WeIIe 9 in einer Ebene mit der Oberfläche 10 der Wärmespeichermasse 3 befindet, so dass die fokussierten Sonnenstrahlen immer auf die Oberfläche 10 der Wärmespeichermasse 3 fallen, unabhängig davon, welchen Winkel die Parabolrinne 1 zur Sonne annimmt. The cast in the refractory mass 3 steel tubes 4 are filled with balls 5 from Ko round or steel. The balls 5 have the task to increase the heat transfer of refractory mass 3 to evaporating water. The balls 5 have a large specific surface area. When water falls on the balls, it evaporates abruptly. In this way, the refractory mass 3 is cooled from top to bottom. The parabolic trough 1 is mounted on a supporting steel structure 6, is electronically controlled and tracked the sun. The drive takes place via an electric motor 7 equipped with gear 8. It is preferred that the axis of the adjustment WeIIe 9 is in a plane with the surface 10 of the heat storage mass 3, so that the focused sun rays always fall on the surface 10 of the heat storage mass 3, regardless of which angle the parabolic trough 1 to the sun accepts.
Um die Abstrahlungsverluste der Wärmespeichermasse 3 durch die Oberfläche zu minimieren, ist eine bewegliche Platte 11 vorgesehen, an deren unteren Seite eine Antire- flexfläche 11.1 aus einem polierten Blech angebracht ist. Auf der beweglichen Platte 11 ist eine schlitzförmige Öffnung 12 vorgesehen durch die die Sonnenstrahlen hindurchgehen. In order to minimize the radiation losses of the heat storage mass 3 through the surface, a movable plate 11 is provided, on the lower side of which an anti-reflection surface 11.1 made of a polished sheet metal is attached. On the movable plate 11, a slot-shaped opening 12 is provided through which pass the sun's rays.
Die Platte 11 gleitet in die eine oder andere Richtung in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Parabolrinne 1. Während der Nacht ist die ganze Oberfläche der Wärmespei- chermasse 10 mit dieser Platte 11 abgeschirmt. Von der oberen Seite ist die Platte 11 wärmeisoliert. Die ganze Platte 11 stützt sich beiderseitig auf die Rollen die sich auf einem U-Profil bewegen. Die Platte 11 kann elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch betrieben werden. Bei einem Wärmespeicher 3 ist es von entscheidender Bedeutung die Wärmeverluste maximal zu unterbinden. The plate 11 slides in one or the other direction depending on the direction of rotation of the parabolic trough 1. During the night, the entire surface of the heat storage material 10 is shielded with this plate 11. From the upper side, the plate 11 is thermally insulated. The whole plate 11 is supported on both sides of the rollers which move on a U-profile. The plate 11 can be operated electrically, pneumatically or hydraulically. In a heat storage 3, it is crucial to prevent heat loss maximum.
Für die Isolierung des Wärmespeichers 3 wird eine gewisse Prozedur eingehalten. In der Wärmespeichermasse 3 ist eine Isoliermatte 13 von 200 mm Dick als erste Schicht vorgesehen, die 1200 0C im Dauerbetrieb aushalten kann. Anschließend kommt eine Luftschicht 14 von 1500 mm Dicke und danach Edelstahlblech (Glanz) 15 als Antire- flexblech um die kommende Wärmestrahlung vom Wärmespeicher 3 zu reflektieren und am Ende folgt eine Isoliermatte 16. For the isolation of the heat accumulator 3, a certain procedure is followed. In the heat storage mass 3, an insulating mat 13 of 200 mm thick is provided as the first layer, which can withstand 1200 0 C in continuous operation. Then comes an air layer 14 of 1500 mm thickness and then stainless steel sheet (gloss) 15 as Antire- flexblech to reflect the coming heat radiation from the heat storage 3 and the end is followed by an insulating mat 16th
Die komplette Isolierung ist luftdicht verschlossen, damit eine konvektive Strömung und damit eine Abkühlung der Wärmespeichermasse 3 unterbunden wird. Für die Isolierung des Bodens, ist ein Konzept vorgesehen, wonach auf einer Feinsandschüttung aus feuerfestem Isolierbeton, eine Isolierplatte 17 aufgesetzt wird, die gleichzeitig als Tragplat- te für den Wärmespeicher 3 dient. Auf dem Betonboden ist eine Feinsandtragschüttung 18 ca. 1m dick aufgeschüttet und mittels eines Vibrators verdichtet. Die Feinsandschüt- tung 18 soll die Körnung von 0 bis 1 mm haben damit seine Wärmeleitfähigkeit niedrig gehalten wird. Die Feinsandschüttung 18 ist in einer Betongrube 19 eingekapselt, so dass die Schüttung 18 durch die Drucklast nicht verdrängt werden kann. The complete insulation is hermetically sealed, so that a convective flow and thus a cooling of the heat storage mass 3 is prevented. For the insulation of the soil, a concept is provided, according to which an insulating plate 17 is placed on a fine sand fill of refractory insulating concrete, which at the same time as Tragplat- te for the heat accumulator 3 is used. On the concrete floor a fine sand bearing bed 18 is poured about 1m thick and compacted by a vibrator. The fine sand 18 should have the grain size of 0 to 1 mm so that its thermal conductivity is kept low. The fine sand bed 18 is encapsulated in a concrete pit 19, so that the bed 18 can not be displaced by the pressure load.
Durch eine so konzipierte Isolierung erhält man für den Wärmetransport durch die Seiten des Wärmespeichers 3 einen Wärmedurchgangskoeffizienten von 0.04 W/ m2K und durch den Boden 0.07 WAn2K. Aufgrund der berechneten Wärmedurchgangs- koeffizienten lässt sich abschätzen, dass der Wärmeverlust des Wärmespeichers von ca. 0.05 % in 24 h beträgt, der als niedrig betrachtet werden kann. By means of an insulation designed in this way, a heat transfer coefficient of 0.04 W / m 2 K is obtained for the heat transfer through the sides of the heat accumulator 3 and through the bottom 0.07 WA 2 K. Based on the calculated heat transfer coefficients it can be estimated that the heat loss of the heat accumulator of is about 0.05% in 24 h, which can be considered low.
Da die Speichertemperatur bis zu. 1000 0C betragen soll, muss man abwägen mit welchen thermodynamischen Parametern die Kraftanlage betrieben werden soll, d.h., es muss die Relation, Dampfkraftanlage zur Speicherkapazität balanciert werden. Die Wärmespeicherblöcke 3 sind werksmäßig angefertigt und werden vor Ort unter den Pa- rabolrinnen 1 aufgestellt, isoliert und miteinander angeschlossen. Since the storage temperature up to. 1000 0 C should be, one must weigh with which thermodynamic parameters, the power plant to be operated, ie, it must be balanced the relation, steam turbine to storage capacity. The heat storage blocks 3 are factory-made and placed on site under the parabolic troughs 1, insulated and connected to each other.
Auf einem bestimmten Abstand von der Oberfläche 10, 10.1 der Wärmespeicherblöcke 3 ist eine Glasscheibe 20 vorgesehen, durch die die Sonnenstrahlen durchgehen und auf der Oberfläche 10.1 der Wärmespeichermasse 3 fallen. Die Glasscheibe 20 ist aus temperaturbeständigem Thermalglas angefertigt, so dass sie den herrschenden Temperaturen widerstehen kann. Die Verdampfungsrohre 4 sind an eine Kondensatleitung 21 und eine Dampfleitung 22 angeschlossen. Das Kondensat wird mittels der Kondensatleitung 21 auf die Kugel- schüttung 5 verteilt. Weil die Kugelschüttung 5 heiß ist, verdampft das Wasser schlagartig und der Wasserdampf wird mittels der Dampfleitungen 22 in einen Dampfsammebehälter 39 geleitet. Die Verdampfungsrohre 4 sind auf der Oberfläche mit einer Armie- rung 23 versehen, so dass sie mit feuerfester Masse 3 eine Vernetzung bilden. Beim Ausgießen der Wärmespeicherblöcke sind die Öffnungen 3.1 darin gelassen. Dort kann man auch elektrische Heizstäbe 5.1 einbauen, um unter Umständen, Windenergie oder andere Energie speichern zu können. Die Kondensatzuführung in die Verdampfungsrohre 4 erfolgt über ein Kondensatverteilungsgefäß 24 indem das Kondensatniveau gleich mit dem Kondensatniveau in den Kondensatzuführungsleitungen 21 gehalten wird, gemäß dem Gesetz der kommunizierenden Gefäße. Durch die Niveauanhebung des Kondensats im Gefäß 24 kommt es automatisch zur Niveauanhebung in den einzelnen Kondensatzuführungsleitungen 21 , das Kondensat wird in die Verdampfungsrohre 4 dosiert. Das Kondensat wird mittels der Kolbenpumpe 25 gefördert. At a certain distance from the surface 10, 10.1 of the heat storage blocks 3, a glass plate 20 is provided, through which the sun rays pass and on the surface 10.1 of the heat storage mass 3 fall. The glass sheet 20 is made of temperature-resistant thermal glass, so that it can withstand the prevailing temperatures. The evaporation tubes 4 are connected to a condensate line 21 and a steam line 22. The condensate is distributed by means of the condensate line 21 on the ball-5. Because the ball bed 5 is hot, the water evaporates abruptly and the steam is passed by means of the steam lines 22 in a vapor storage tank 39. The evaporation tubes 4 are provided on the surface with a reinforcement 23, so that they form a network with refractory material 3. When pouring the heat storage blocks, the openings are 3.1 left therein. There you can also install electric heating elements 5.1 to save under certain circumstances, wind energy or other energy. The condensate supply to the evaporation tubes 4 is made through a condensate distribution vessel 24 by keeping the condensate level equal to the condensate level in the condensate supply lines 21 according to the law of communicating vessels. By raising the level of the condensate in the vessel 24, the level in the individual condensate supply lines 21 automatically rises, and the condensate is metered into the evaporation tubes 4. The condensate is conveyed by means of the piston pump 25.
Die Besonderheit gemäß der Figuren 6.1 , 6.2 und Figur 6.3 ist, dass man den Wärmespeicher 3 mit Granulat 26 aus warmfesten Steinen befüllen kann, wie z.B., Basaltstein oder Granitsteine. In der Basaltsteinschüttung wird ein beripptes warmfestes Stahlrohr 27 eingesetzt. Diese Lösung ist zum einen interessant, weil der Basaltstein billig ist, zum anderen, weil die Schüttung die Hohlräume bildet, die die Sonnenstrahlen leicht einfangen können (Phänomen des schwarzen Körpers). Dabei gibt es eine niedrige Gegenreflexion. Um die Temperatur in der Basaltschüttung zu vergleichmäßigen ist ein Zirkulationsgebläse 28 vorgesehen, das den Luftstrom durch die Schüttung wälzt und dadurch wird die Steintemperatur vergleichmäßigt. Man kann sich vorstellen, dass die Körner einen Durchmesser zwischen 20 mm und 50 mm haben sollen, weil die Wärme zwischen den einzelnen Körnern meistens durch die Strahlung übertragen wird. Es ist denkbar, dass die oberen Schichten ein Granulat mit größerem Korn haben sollen und die unteren Schichten aus Granulat kleineren Durchmessers vorgesehen werden, weil durch die Luftzirkulation die Wärme besser an das feinere Granulat übertragen wird. Die Rohre 27, die im Granulat 26 eingetaucht sind, sind stark berippt, so dass die Wärme durch die Strahlung und Konvektion von der Schüttung an die Rohrrippen 27.1 und an die Rohrwand übertragen wird. Von der Rohrinnenwand wird die Wärme weiter an die Korundkugeln 5 durch die Wärmeleitung und durch die Strahlung übertragen. Anstatt der Korundkugeln 5 kann man die Stahlgusskugeln verwenden. An den Verdampfungsrohren 27 sind Kondensatzuführungsrohre 21 , die senkrecht und parallel zur Rohrachse 4,27 positioniert sind, angeschlossen, so dass Kondensat auf die Korundkugelschüttung 5 gleichmäßig verteilt wird. Da die Korundkugeln 5 heiß sind, verdampft Wasser schlagartig und es entsteht der Wasserdampf der in einem Dampfsammelbehälter 39 angesammelt wird. Der Dampfdruck im Dampfsammelbehälter 39 wird geregelt und konstant gehalten. Der Wasserdampf wird nach Bedarf in die Wasserdampfturbine geleitet. In Figur 7 und Figur 8 ist das berippte Rohr 27 mit Rippen 27.1 dargestellt, sowie schematische Darstellung der Anordnung der berippten Rohre 27 in der Schüttung 26. The peculiarity according to the figures 6.1, 6.2 and 6.3 is that you can fill the heat storage 3 with granules 26 of heat-resistant stones, such as, basalt stone or granite stones. In the basalt crushed stone, a ribbed heat-resistant steel tube 27 is used. This solution is interesting on the one hand because the basalt stone is cheap, on the other hand because the bed forms the cavities that can easily catch the sun's rays (phenomenon of the black body). There is a low counter-reflection. In order to equalize the temperature in the basalt bed a circulation fan 28 is provided which circulates the air flow through the bed and thereby the stone temperature is made uniform. One can imagine that the grains should have a diameter between 20 mm and 50 mm, because the heat between the individual grains is usually transmitted by the radiation. It is conceivable that the upper layers should have a granulate with a larger grain and the lower layers are made of granules of smaller diameter, because the heat is better transmitted to the finer granules by the air circulation. The tubes 27, which are immersed in the granules 26, are highly fused, so that the heat is transferred by the radiation and convection from the bed to the tubular ribs 27.1 and to the tube wall. From the tube inner wall, the heat is transferred to the corundum balls 5 through the heat conduction and through the radiation. Instead of the corundum balls 5 you can use the cast steel balls. At the evaporation tubes 27 Kondensatzuführungsrohre 21, which are positioned vertically and parallel to the tube axis 4,27, connected, so that condensate is evenly distributed to the Korundkugelschüttung 5. Since the corundum balls 5 are hot, water evaporates abruptly and there arises the water vapor which is accumulated in a vapor collecting container 39. The vapor pressure in the vapor collecting tank 39 is regulated and kept constant. The steam is directed into the steam turbine as needed. In FIG. 7 and FIG. 8, the ribbed tube 27 is shown with ribs 27. 1, as well as a schematic representation of the arrangement of the ribbed tubes 27 in the bed 26.
Das erfindungsgemäße Konzept, gemäß Figur 9 und Figur 9.1 ist eine neue Konzeption des Wärmekraftprozesses. Der Kreisprozess setzt sich aus vier Teilkreisprozessen zu- sammen. Auf einer Welle 29 befindet sich eine Wasserdampfturbine 30 und drei Turbinen 31 , 32, 33 die mit Zweistoffgemisch arbeiten. Alle vier Turbinen 30, 31 , 32, 33 sind auf einer Welle 29 gesetzt und gemeinsam setzen sie die Welle 29 in Drehbewegung. In der Wasserdampfturbine 30 entspannt der Wasserdampf auf 5 bar Druck und bis zu einer Temperatur die größer als 152 0C ist (Sättigungstemperatur). Nach Entspannung wird Abdampf in einen Wärmetauscher 34 geleitet und dort übergibt er seine Wärme auf einen Heizwasserkreislauf 35, der reihe nach drei Verdampfer 36, 37, 38 durchläuft und in jedem der drei Verdampfer 36, 37, 38 verdampft das Zweistoffgemisch. In den Verdampfern 36, 37, 38 für Zweistoffgemisch herrschen verschiedene thermodynamische Zustände. Auf dieser Weise hat man drei getrennte Kreisprozesse (II, III, IV), wobei für jeden Kreisprozess eine Turbine zuständig ist. Das Heizwasser tritt in den ersten Verdampfer 36 mit der Temperatur 150 0C ein und verlässt den letzten Verdampfer 38 mit der Temperatur von 55 0C. Auf diese Weise erreicht man im Wasserdampfkreislauf (I) den gesamten theoretischen Wirkungsgrad von 25 % (dabei wurde der Dampfdruck 100 bar und die Dampftemperatur 500 0C zu Grunde gelegt) und mit drei Kreisprozesse (II, III, IV) die mit Zweistoffgemisch arbeiten, erreicht man insgesamt 25.5 % den theoretischen Wirkungs-grad. Daraus wird ersichtlich, dass man auf diese Weise den gesam- ten theoretischen Wirkungsgrad der Anlage auf 50.5 % anheben kann. Hier sind nicht die standardmäßigen Maßnahmen zur Wirkungsgraderhöhung eines Kreisprozesses berücksichtigt worden wie Speisewasservorwärmung und mehrstufige Dampfüberhit- zung. The inventive concept according to FIG. 9 and FIG. 9.1 is a new conception of the thermal power process. The cycle consists of four partial cycle processes. On a shaft 29 is a steam turbine 30 and three turbines 31, 32, 33 which operate with binary mixture. All four turbines 30, 31, 32, 33 are placed on a shaft 29 and together they set the shaft 29 in rotary motion. In the steam turbine 30, the steam relaxes to 5 bar pressure and up to a temperature which is greater than 152 0 C (saturation temperature). After expansion, exhaust steam is passed into a heat exchanger 34 where it transfers its heat to a Heizwasserkreislauf 35, the row after three evaporators 36, 37, 38 passes and in each of the three evaporators 36, 37, 38 evaporates the binary mixture. In the evaporators 36, 37, 38 for two-substance mixture prevail various thermodynamic states. In this way, you have three separate cycle processes (II, III, IV), each turbine is responsible for each cycle. The heating water enters the first evaporator 36 with the temperature of 150 0 C and leaves the last evaporator 38 with the temperature of 55 0 C. In this way one reaches in the steam cycle (I) the total theoretical efficiency of 25% (this was the Vapor pressure 100 bar and the steam temperature 500 0 C basis) and with three cycles (II, III, IV) working with binary mixture, one reaches a total of 25.5% the theoretical efficiency. This shows that in this way the overall Theoretical efficiency of the system can be raised to 50.5%. Here, the standard measures to increase the efficiency of a cycle have not been taken into account, such as feedwater pre-heating and multi-stage steam overheating.
Wenn man standardmäßig, nur mit Dampfturbine 30 arbeitet und den Wasserdampf bis zu 0.04 bar entspannen lässt (Vakuumkondensation), ergibt sich ein theoretischer Wirkungsgrad von 42%. Die Kombination Wasserdampf- Zweistoffgemisch bringt den Vorteil, dass man die Wärmespeichermasse bis 100 0C herunter abkühlen kann, weil das Heizwasser in den zweiten Verdampfer 37 mit der Temperatur von 100 0C eintritt. Wenn der Speicher bis 100 0C abgekühlt wird, arbeiten die Kreisprozesse (III und IV) und sie ergeben einen theoretischen Wirkungsgrad von insgesamt 12.5%. Man kann nun wahlweise abwägen, ob man mit drei Kreisprozessen (II, III, IV) oder mit zwei Kreisprozessen (II, III) arbeitet. Das ist nur die Frage der Anlagengröße und der Wirtschaftlichkeit. Weitere Wege zur Ausführung eines Großraumwärmespeichers: If you work by default, only with steam turbine 30 and relax the steam up to 0.04 bar (vacuum condensation), resulting in a theoretical efficiency of 42%. The combination of water vapor two-substance mixture has the advantage that you can cool the heat storage mass down to 100 0 C, because the heating water enters the second evaporator 37 with the temperature of 100 0 C. When the storage tank is cooled down to 100 ° C, the cycles (III and IV) operate, giving a total theoretical efficiency of 12.5%. You can now choose between three cycle processes (II, III, IV) or two cycle processes (II, III). That's just the question of plant size and economy. Other ways to run a large heat storage:
Ein Großraumwärmespeicher 101 gemäß Figur 10 hat eine aus Gießmasse 102 gegossene quaderförmige, runde oder andere Gestalt, die einen kompakten Wärmespeicherblock darstellt. Die Gießmasse 102 kann aus feuerfestem Beton bestehen der nach dem Gießvorgang in einer bestimmten Zeit erhärtet. In der feuerfesten Masse sind Rohre 103 aus hitzebeständigem Stahl eingebettet und vorher ggf. armiert und mit Kom- pensatoren zur Aufnahme der Wärmedehnung versehen und mit der Gießmasse vergossen. Die Rohre sind am unteren Ende verschlossen und am oberen Ende offen. Um die Wärme von den Rohren an die sie durchströmende Luft besser zu übertragen, kön- nen die Rohre mit einer Kugelschüttung 104, die hohe Temperaturen aushalten kann, befüllt. Der Werkstoff für die Kugelschüttung kann aus geschmolzenem Korund, aus feuerfestem Edelstahl oder aus einem anderen temperaturbeständigen Werkstoff vorgesehen werden. Die Rohre ragen aus der feuerfesten Betonmasse hinaus und werden in einen Dampfsammelbehälter 105 geführt. Die Rohre können mit dem Boden des Dampfsammelbehälters 105 luftdicht verschweißt sein. Am oberen Ende der Rohre können Wassereintrittsöffnungen 106 vorgesehen sein, durch die Wasser oder Kondensat in die Rohre hineintropfen kann. Die Grundform der feuerfesten Masse kann beliebig gestaltet werden. Im Falle einer quaderförmiger Ausführung sind die Sonneneinstrahlungsflächen 107 konvex geformt, und können mit einer Verglasung, insbeson- dere einer Doppelverglasung 108 luftdicht abgeschirmt so, dass keine zirkulierende Bewegung der Luft zwischen Doppelverglasung und der Sonneeinstrahlungsfläche möglich ist. Die Sonneeinstrahlungsfläche kann schwarz pigmentiert sein und dient als Absorberfläche. Die Sonnenstrahlen werden mittels konzentrierender Spiegel 109 durch die Doppelverglasung auf die Einstrahlungsfläche konzentriert, dabei entsteht eine Temperatur bis 1000 0C. Die Wärme wird anschließend durch die Betonmasse durch Wärmeleitung transportiert. Die Temperatur in der Betonmasse strebt zu einem Beharrungszustand. Die Energie der Sonnenstrahlen sollte immer größer sein als die entkoppelte Energie aus der Betonmasse so, dass der Temperatur zwischen einem maximalen und einem minimalen Wert schwankt. Diese Werte werden bei der Auslegung des Speichers festgelegt. A large-capacity heat accumulator 101 according to FIG. 10 has a cuboidal, round or other shape cast from casting compound 102, which constitutes a compact heat storage block. The casting compound 102 may be made of refractory concrete which hardens after the casting process in a certain time. Tubes 103 made of heat-resistant steel are embedded in the refractory mass and previously reinforced if necessary and provided with compensators for absorbing thermal expansion and cast with the casting compound. The tubes are closed at the bottom and open at the top. In order to better transfer the heat from the pipes to the air flowing through them, the pipes can be filled with a pouring pad 104, which can withstand high temperatures. The ballast material may be made of molten corundum, refractory grade stainless steel or another temperature resistant material. The tubes protrude out of the refractory concrete mass and are directed into a vapor collection vessel 105. The tubes may be airtight welded to the bottom of the vapor collection container 105. At the top of the pipes Water inlet openings 106 can be provided, through which water or condensate can drip into the pipes. The basic form of the refractory mass can be designed arbitrarily. In the case of a parallelepiped embodiment, the solar radiation surfaces 107 are convex, and can be airtightly shielded with a glazing, in particular a double glazing 108, in such a way that no circulating movement of the air between the double glazing and the solar irradiation surface is possible. The sunshine surface can be pigmented black and serves as an absorber surface. The sun's rays are concentrated by concentric mirror 109 through the double glazing on the irradiation surface, thereby producing a temperature up to 1000 0 C. The heat is then transported through the concrete mass by heat conduction. The temperature in the concrete mass tends to a steady state. The energy of the sun's rays should always be greater than the decoupled energy from the concrete mass so that the temperature varies between a maximum and a minimum value. These values are determined when the memory is designed.
Die Wärmeentkoppelung aus der Wärmespeichermasse erfolgt auf die Weise, dass Kondensat in den Dampfsammelbehälter 105 geleitet wird, durch die Öffnungen 6 in die Verdampfungsrohre einfließt, verteilt wird auf die in den Verdampfungsrohren befindliche Kugelschüttung, die eine hohe Temperatur und große spezifische Oberfläche hat, und dort schlagartig verdampft. Der Wasserdampf steigt in den Dampfsammeiraum 110 auf, wobei sich ein Dampfdruck aufbaut. Der so gebildete Wasserdampf mit einem be- stimmten Dampfdruck wird anschließend in eine Dampfturbine 111 geleitet und mittels des Stromgenerators 112 wird elektrischer Strom erzeugt. Die Regelung der Anlage erfolgt auf die Weise, dass der Dampfdruck im Dampfsammeiraum 110 mittels einer Kondensatspeisepumpe 113 konstant gehalten wird. Nach Dampfbedarf, wird die Kondensatspeisepumpe aktiviert, die Pumpe speist das Kondensat in den Dampfsammel- behälter ein und die weitere Prozedur verläuft wie oben beschrieben. Die Drehzahl der Dampfturbine wird mittels des Dampfregelventils 114 geregelt. Die Isolierung des Wärmespeichers ist z. B. so konzipiert, wie weiter oben beschrieben. Um die Wärmeverluste durch die Wärmeabstrahlung während der Nacht zu vermindern sind Einrichtungen 119, wie wärmeisolierte Tore vorgesehen, die nachtsüber die Ein- Strahlungsfläche 107 abdecken. The heat decoupling from the heat storage mass is carried out in such a way that condensate is passed into the vapor collection tank 105, through which openings 6 flows into the evaporation tubes, is distributed to the ballast located in the evaporation tubes, which has a high temperature and high specific surface, and there vaporized suddenly. The steam rises in the Dampfsammeiraum 110, wherein a vapor pressure builds up. The water vapor thus formed having a certain vapor pressure is then conducted into a steam turbine 111 and electric current is generated by means of the current generator 112. The system is regulated in such a way that the vapor pressure in the vapor collection chamber 110 is kept constant by means of a condensate feed pump 113. When there is a demand for steam, the condensate feed pump is activated, the pump feeds the condensate into the steam collecting tank and the further procedure proceeds as described above. The speed of the steam turbine is controlled by means of the steam control valve 114. The isolation of the heat storage is z. B. designed as described above. In order to reduce the heat losses due to the heat radiation during the night, facilities 119 are provided, such as heat-insulated gates which cover the irradiation area 107 at night.
Figur 11 ist eine Draufsicht auf den Wärmespeicher mit rundherum liegenden konzentrierenden Spiegeln 109 dargestellt. In Figur 12 ist eine ähnliche Ausführung des Wärmespeichers für den Einsatzbereich- zur Speicherung von Windenergie dargestellt. Aus einer Windanlage 122 wird elektrischer Strom zum Wärmespeicher geleitet. Im Wärmespeicher sind elektrische Heizstäbe 124 in horizontaler Anordnung in Öffnungen eingebracht, die beim Gießvorgang des Wärmespeichers 123 berücksichtigt sind. Der Windstrom wird in die Heizstäbe geleitet, die die Wärme an die Wärmespeichermasse abgeben. Figure 11 is a plan view of the heat storage with concentric mirrors lying around 109 shown. FIG. 12 shows a similar embodiment of the heat accumulator for use for storing wind energy. From a wind turbine 122 electrical power is passed to the heat storage. In the heat storage electric heating elements 124 are placed in a horizontal arrangement in openings, which are taken into account during the casting process of the heat accumulator 123. The wind stream is directed into the heating rods, which release the heat to the heat storage mass.
In Figur 13 ist eine Ausführungsmöglichkeit gezeigt der gemäß gleichzeitig oder ergänzend Windenergie und Energie aus der Biomasse gespeichert werden können. Vor dem Wärmespeicher 125 ist eine Feuerung 126 angebracht. In der Wärmespeichermasse ist ein Rauchgaskanal 127 ausgespart so, dass die Rauchgase aus dem Feuerraum durch den Rauchgaskanal strömen. Dort geben sie ihre Wärme an die Wärmespeichermasse 102 ab und erwärmen sie. In der Wärmespeichermasse befinden sich Heizstäbe 124 (wie in Figur 12). Durch die Biomasse kann man z.B. die Unzulänglichkeit (Ermangelung) an Windenergie kompensieren. Die Rauchgase werden mittels eines Gebläses 128 durch die Wärmespeichermasse gefördert. FIG. 13 shows an embodiment which, according to simultaneous or supplementary wind energy and energy from the biomass, can be stored. In front of the heat storage 125, a furnace 126 is mounted. In the heat storage mass, a flue gas channel 127 is recessed so that the flue gases flow from the furnace through the flue gas channel. There they give off their heat to the heat storage mass 102 and heat them. In the heat storage mass are heating rods 124 (as in Figure 12). By the biomass one can e.g. compensate for the inadequacy of wind energy. The flue gases are conveyed by means of a blower 128 through the heat storage mass.
In Figur 14 ist eine Ausführungsmöglichkeit gegeben, wonach die Sonnenstrahlen mittels konzentrierendem Spiegel 109 ihre Energie über einen Absorber 129 an die komprimierte Luft abgeben. Die heiße Luft aus dem Absorber strömt durch Rohre, die in den Wärmespeicherblock 130a eingebettet sind und mit Wärmespeichermasse vergossen sein können. Sie gibt ihre Wärme an die Wärmespeichermasse ab und sie wird samt ihrer Restwärme in eine Luftturbine 131 geleitet, dort auf Atmosphärendruck entspannt und mittels eines Stromgenerators 132 wird elektrischer Strom erzeugt. Ein Teil der in der Turbine erzeugten Leistung wird an einen Verdichter 133 abgegeben, um die Außenluft zu komprimieren. Die Außenluft wird durch einen Einlass 134 in den Verdichter eingesaugt und auf einen bestimmten Druck komprimiert. Bei der Luftkompression steigt die Lufttemperatur an. FIG. 14 shows an embodiment according to which the solar rays emit their energy via an absorber 129 to the compressed air by means of a concentrating mirror 109. The hot air from the absorber flows through pipes which are embedded in the heat storage block 130a and may be potted with heat storage mass. She gives her heat to the heat storage mass and it is velvet their residual heat passed into an air turbine 131, there relaxed to atmospheric pressure and by means of a power generator 132, electric power is generated. Part of the power generated in the turbine is delivered to a compressor 133 to compress the outside air. The outside air is sucked through an inlet 134 into the compressor and compressed to a certain pressure. In air compression, the air temperature rises.
Die Anlage kann in Betrieb genommen werden, wenn die Wärmespeichermasse eine Temperatur von z. B. 400 0C erreicht. Bei dieser Temperatur und einem Luftdruck von etwa 10 bar kann der Stromgenerator 131 und Verdichter 133 betrieben werden. Für die konkreten Betriebsbedingungen, beim Luftdruck von 10 bar, beträgt die Verdichtungsendtemperatur der Luft 292 0C. Um die Luft auf 400 0C zu erwärmen braucht man ein ΔT von 1080C. Für diese Verhältnisse ist nach der Turbine 132 die Entspannungsendtemperatur der Luft 750C. Damit beträgt der theoretische Wirkungsgrad für adiabate Entspannung und adiabate Verdichtung 30 %. The system can be put into operation when the heat storage mass is a temperature of z. B. 400 0 C reached. At this temperature and an air pressure of about 10 bar, the power generator 131 and compressor 133 can be operated. For the specific operating conditions, the air pressure of 10 bar, the compression end temperature of the air is 292 0 C. To heat the air to 400 0 C requires a ΔT of 108 0 C. For these conditions after the turbine 132, the final relaxation temperature of the air 75 0 C. Thus, the theoretical efficiency for adiabatic relaxation and adiabatic compression is 30%.
Wenn die Wärmespeichermasse die Temperatur 1000 0C erreicht, dann tritt die Luft aus der Wärmespeichermasse mit, theoretisch, maximal 1000 0C aus und wenn man von einem Verdichtungsdruck von 60 bar ausgeht, ergibt sich eine Verdichtungsendtempe- ratur von 670 0C. Die Entspannungsendtemperatur der Luft nach der Turbine 132 beträgt 1220C und damit ergibt sich der theoretische Wirkungsgrad von 43.5 %. If the heat storage mass reaches the temperature 1000 0 C, then the air exits from the heat storage mass, theoretically, a maximum of 1000 0 C and starting from a compression pressure of 60 bar, results in a compression end temperature of 670 0 C. The final relaxation temperature the air after the turbine 132 is 122 0 C and thus gives the theoretical efficiency of 43.5%.
Während der Nacht, wird der Strom aus der gespeicherten Wärme erzeugt. Das geschieht z. B., auf die Weise, dass durch Schließen des Ventils 134 und öffnen des Ven- tüs 135 die komprimierte Luft aus dem Verdichter 133 in die Wärmespeicherblöcke 130 geleitet wird. Dort wird die Luft erwärmt und in die Turbine 131 geleitet. Es gilt die gleiche Prozedur wie weiter oben beschrieben. Die Regelung der Turbinendrehzahl erfolgt mittels der Regelklappe 136 die am Einlass des Verdichters positioniert ist. In Figur 15 ist schematisch eine weitere Anwendungsmöglichkeit zur Speicherung der Windenergie dargestellt. In den Speicherblöcken 130a sind die Heizstäbe 124 einge- bracht. Mittels der Heizstäbe wird der Strom aus der Windanlage 122 in den Speicherblöcken in Wärmeenergie umgewandelt. Die Ausführungsprinzip ist mit dem Ausführungsprinzip gemäß Figur 14 identisch: Die atmosphärische Luft wird mittels des Verdichters 133 auf einen bestimmten Druck verdichtet und wird anschließend in die Wär- mespeicherblöcke 130 geleitet. Dort wird sie auf eine höhere Temperatur als die Verdichtungstemperatur erwärmt und wird anschließend in die Turbine 131 geleitet. In der Turbine entspannt die Luft bis zum atmosphärischen Druck und bis einer Temperatur die höher als die Umgebungstemperatur liegt. Durch die Luftentspannung in der Turbine wird mittels des Stromgenerators 132 elektrischer Strom erzeugt. Ein Teil der Leistung wird an den Verdichter 133 abgegeben um die Außenluft zu komprimieren. During the night, the electricity is generated from the stored heat. This happens z. For example, in such a manner that closing the valve 134 and opening the nozzle 135 directs the compressed air from the compressor 133 into the heat storage blocks 130. There, the air is heated and passed into the turbine 131. The same procedure as described above applies. The control of the turbine speed by means of the control valve 136 which is positioned at the inlet of the compressor. FIG. 15 schematically shows a further application possibility for storing the wind energy. In the memory blocks 130a, the heating elements 124 are inserted. introduced. By means of the heating rods, the power from the wind turbine 122 in the storage blocks is converted into heat energy. The execution principle is identical to the embodiment according to FIG. 14: the atmospheric air is compressed to a specific pressure by means of the compressor 133 and is subsequently conducted into the heat storage blocks 130. There it is heated to a higher temperature than the compression temperature and is then passed into the turbine 131. In the turbine, the air relaxes to atmospheric pressure and to a temperature higher than the ambient temperature. By the air release in the turbine electric current is generated by means of the current generator 132. Part of the power is delivered to the compressor 133 to compress the outside air.
Gemäß Figur 16 ist der Wärmespeicher 101 aus feuerfester Betonmasse 102 als Mo- noblock ausgegossen dargestellt. In der Betonmasse sind feuerfeste Stahlrohre 103 mit Armierung 103a aus Edelstahldraht eingebettet. In den Stahlrohren befindet sich eine Kugelschüttung 104 um den Wärmeübergang an die, durch die Stahlrohre strömende Luft zu intensivieren. Die betreffende Ausführung ist zum Zwecke der Speicherung der Sonnenenergie vorgesehen. Die Grundform der feuerfesten Masse kann beliebig gestaltet werden. Im Falle einer quaderförmiger Ausführung sind die Sonneneinstrahlungsflächen 7 konvex geformt, und mit einer Doppelverglasung 108 luftdicht abgeschirmt so, dass keine zirkulierende Bewegung der Luft zwischen Doppelverglasung und der Sonneeinstrahlungsfläche möglich ist. Die Sonneeinstrahlungsfläche ist schwarz pigmentiert und dient als Absorberfläche. Die Sonnenstrahlen werden mittels konzentrierender Spiegel 109 durch die Doppelverglasung auf die Einstrahlungsfläche konzentriert, dabei entsteht die Temperatur bis 1000 0C und die Wärme wird anschließend durch die Be- tonmasse durch Wärmeleitung übertragen. Aus der, in der Wärmespeichermasse gespeicherten Hochtemperaturwärme, wird die Energie mittels der Luft entkoppelt. Im Verdichter 133, wird die Außenluft auf einen bestimmten Druck verdichtet, wird anschließend in den Wärmespeicher geleitet und aufgewärmt auf eine Temperatur die unwesentlich niedriger als die Temperatur der Wärmespeichermasse ist. Die heiße Luft wird anschließend in die Luftturbine 131 geleitet. Dort entspannt sie auf den atmosphärischen Druck und auf eine Temperatur die höher als die Umgebungstemperatur ist. Die Turbinenleistung wird mittels des Stromgenerators 132 in den elektrischen Strom umgewandelt. Ein Teil der Turbinenleistung wird an den Verdichter 133 abgegeben um die Außenluft zu komprimieren. In Figur 17 ist der Wärmespeicher wie in Figur 16 jedoch für die Speicherung der Windenergie. Der Unterschied zu Figur 16 liegt lediglich darin, daß in der Wärmespeichermasse 102 die elektrischen Heizstäbe 124 in die ausgesparten Öffnungen die beim Gießvorgang vorgesehen werden, eingebracht werden. Die Heizstäbe 124 wandeln die elektrische Energie in die Wärme um. Dabei wird die Wärmespeichermasse auf 1000 0C erwärmt und mittels der Luft als Wärmeübertragungsmedium, identisch wie in Figur 16, wird aus der gespeicherten Energie Strom erzeugt. Der andere Unterschied zur Figur 16 ist der, dass der Speicher 137 keine konvexe Einstrahlungsflächen und Doppelver- glasung benötigt. Aus diesem Grunde ist der Wärmespeicher 137 rundherum isoliert. In Figur 18 ist eine Ausführungsmöglichkeit gezeigt wonach die Sonnenenergie und die Windenergie gleichzeitig oder separat gespeichert werden können je nach dem wie groß das Energieangebot ist. Die Ausführungsform ist wie in Figur 16 dargestellt, jedoch mit den in der Wärmespeichermasse 102 eingebrachten Heizstäben 124 die Ihre Wärme an die Wärmespeichermasse abgeben. According to FIG. 16, the heat accumulator 101 made of refractory concrete mass 102 is shown poured out as a modular block. In the concrete mass fireproof steel tubes 103 are embedded with reinforcement 103a made of stainless steel wire. In the steel tubes there is a ball bed 104 to intensify the heat transfer to the air flowing through the steel tubes. The relevant embodiment is provided for the purpose of storing the solar energy. The basic form of the refractory mass can be designed arbitrarily. In the case of a parallelepiped embodiment, the solar radiation surfaces 7 are convex, and airtightly shielded with a double glazing 108 such that no circulating movement of the air between the double glazing and the sun radiation surface is possible. The sunshine surface is pigmented black and serves as an absorber surface. The sun's rays are concentrated by means of concentrating mirrors 109 through the double glazing on the irradiation surface, the temperature is up to 1000 0 C and the heat is then transferred through the concrete mass by heat conduction. From the stored in the heat storage mass high temperature heat, the energy is decoupled by means of the air. In the compressor 133, the outside air is compressed to a certain pressure, is then passed into the heat accumulator and warmed to a temperature which is insignificantly lower than the temperature of the heat storage mass. The hot air is then passed into the air turbine 131. There it relaxes to the atmospheric pressure and to a temperature higher than the ambient temperature. The Turbine power is converted into electrical power by the power generator 132. Part of the turbine power is delivered to the compressor 133 to compress the outside air. In Figure 17, the heat storage as in Figure 16 but for the storage of wind energy. The difference from FIG. 16 lies merely in the fact that the electric heating elements 124 are introduced into the heat storage mass 102 into the recessed openings provided during the casting process. The heating rods 124 convert the electrical energy into heat. In this case, the heat storage mass is heated to 1000 0 C and by means of the air as the heat transfer medium, identical as in Figure 16, electricity is generated from the stored energy. The other difference from FIG. 16 is that the memory 137 does not require convex irradiation surfaces and double glazing. For this reason, the heat storage 137 is completely insulated. FIG. 18 shows an embodiment according to which the solar energy and the wind energy can be stored simultaneously or separately depending on how large the energy supply is. The embodiment is as shown in Figure 16, but with the introduced in the heat storage mass 102 heating rods 124 give their heat to the heat storage mass.
In Figur 19 ist schematisch die Geometrie der optimalen Auslegung eines Wärmespeichers dargestellt. In Figur 19 A ist schematisch die Draufsicht eines optimierten Wärmespeichers dargestellt. Gemäß der Erfindung ist die Einstrahlungsfläche als ein Hohlraum 140 ausgebildet so dass die Sonnenstrahlen durch einen engen Spalt 141 über die ganze Speicherhöhe einstrahlen. Sie werden dabei von der schwarzpigmentierten Fläche 107 absorbiert und dabei in die Wärme umgewandelt. Der Hohlraum 140 verhält sich annährend wie ein schwarzer Körper. Die Spaltöffnung 141 ist mit Doppelvergla- sung 108 vorgesehen und mit Innenbeschichtung von der inneren Seite der Glasscheibe, so dass die Wärmeabstrahlung minimiert wird. Nachtsüber wird ein Abschirmungs- tor 119 mit eigenem Antrieb in die Position gebracht, so dass die Spaltöffnung vollkommen abgedeckt wird, so dass die Abstrahlungsverluste auf Minimum gehalten werden können. In der Speichermasse 102 können Öffnungen beim Ausgießen der Speichermasse 2 gelassen werden, so dass in diese Öffnungen Heizstäbe eingebracht werden können. Damit kann gleichzeitig die Sonne- und Windenergie gespeichert werden. In Figur 20 ist gemäß dieser Erfindung eine Variante zur Speicherung verschiedener Energiearten dargestellt die eine wirtschaftliche und preiswerte Alternative zeigt. Ein Wärmespeicher 142 ist mit einer Steinschüttung 143, die aus feuerfesten Steinen besteht, versehen. In der Steinschüttung sind die feuerfesten Stahlrohre 144 eingebettet. Die Stahlrohre sind mit einer Kugelschüttung 104 aus geschmolzenem Korund oder feuerfestem Edelstahl befüllt, um die Wärmeübertragung zu intensivieren. Die Stahlrohre sind von außen mit feuerfestem Stahlblech 145 berippt so, dass die Steinschüttung mit den Stahlrohren und mit den Rippen ständig in Berührung steht. Die Wärme von der Steinschüttung wird an die Stahlrohre und auf die Rippen hauptsächlich durch Strahlung übertragen. Da die Stahlrohre sich in der Steinschüttung linear bewegen können, kann die Dehnungsaufnahme außerhalb des Speichers 142 vorgesehen werden. Weil die in den Stahlrohren vorgesehene Kugelschüttung eine große spezifische Oberfläche hat ist die Wärmeübertragung von den Stahlrohren an die durch sie strömende Druckluft sehr effizient. In der Steinschüttung können anstatt der Stahlrohre durch die die Luft als Wärmeübertragungsmedium strömt, die Verdampfungsrohre wie in Figur 10 be- schrieben ist, vorgesehen werden. FIG. 19 schematically shows the geometry of the optimum design of a heat accumulator. FIG. 19A schematically shows the top view of an optimized heat accumulator. According to the invention, the irradiation surface is formed as a cavity 140 so that the sun rays radiate through a narrow gap 141 over the entire storage height. They are absorbed by the black pigmented surface 107 and thereby converted into heat. The cavity 140 behaves almost like a black body. The gap opening 141 is provided with double glazing 108 and with inner coating from the inner side of the glass sheet, so that the heat radiation is minimized. At night, a shielding gate 119 with its own drive is brought into position, so that the gap opening is completely covered, so that the radiation losses are kept to a minimum can. Openings may be left in the storage mass 102 when the storage mass 2 is poured out, so that heating rods can be introduced into these openings. Thus, at the same time the sun and wind energy can be stored. In FIG. 20, according to this invention, a variant for storing different types of energy is shown, which shows an economical and economical alternative. A heat storage 142 is provided with a riprap 143, which consists of refractory bricks. In the riprap, the refractory steel pipes 144 are embedded. The steel tubes are filled with a ballast 104 of molten corundum or refractory stainless steel to intensify heat transfer. The steel pipes are ribbed from the outside with refractory steel sheet 145 so that the riprap is in constant contact with the steel pipes and with the ribs. The heat from the riprap is transmitted to the steel pipes and ribs mainly by radiation. Since the steel tubes can move linearly in the riprap, the expansion receptacle can be provided outside the accumulator 142. Because the ball bed provided in the steel tubes has a large specific surface area, the heat transfer from the steel tubes to the compressed air flowing through them is very efficient. In the riprap, instead of the steel pipes through which the air flows as a heat transfer medium, the evaporation pipes are provided as described in FIG.
Die Sonnenenergie wird auf die Weise gespeichert, dass die Sonnenstrahlen, die mittels konzentrierender Spiegel auf mindestens eine Absorberfläche 129 konzentriert werden. Dort wandeln sie ihre Energie in die Wärme um und erwärmen die durch den Absorber strömende Luft bis maximal 1000 0C. Die heiße Luft wird mittels eines Gebläses 146 in einen Kreislauf gebracht, so das sie aus dem Absorber 129 in den Wärmespeicher 142 geleitet wird. Dort gibt sie ihre Wärme an die Steinschüttung 143 ab und verlässt wieder den Speicher 142. Die Wärmeentkoppelung aus dem Wärmespeicher 142 erfolgt auf die Weise, dass ein Verdichter die Außenluft auf einen bestimmten Druck verdichtet. Dabei steigt die Luft- temperatur an. Die Druckluft strömt durch die Stahlrohe 144 die in der Steinschüttung 143 eingebettet sind. Dort wird sie zusätzlich erwärmt durch die Wärmeentkoppelung aus der Steinschüttung. Anschließend wird sie in eine Luftturbine 131 geleitet. In der Turbine entspannt die Luft bis zum Umgebungsdruck und einer Temperatur die höher ist als die Umgebungstemperatur. The solar energy is stored in such a way that the sun's rays, which are concentrated by means of concentrating mirrors on at least one absorber surface 129. There, they convert their energy into the heat and heat the air flowing through the absorber to a maximum of 1000 ° C. The hot air is circulated by means of a blower 146, so that it is conducted from the absorber 129 into the heat accumulator 142. There it gives off its heat to the riprap 143 and leaves again the memory 142. The heat decoupling from the heat accumulator 142 takes place in such a way that a compressor compresses the outside air to a certain pressure. The air temperature on. The compressed air flows through the Stahlrohe 144 which are embedded in the riprap 143. There it is additionally heated by the heat decoupling from the riprap. It is then directed into an air turbine 131. In the turbine, the air relaxes to the ambient pressure and a temperature that is higher than the ambient temperature.
In Figur 20 A ist der Wärmespeicher 142 mit Steinschüttung 143 und in der Steinschüttung eingebetteten Stahlrohren 144 dargestellt. Der Wärmespeicher 142 liegt auf einer Feinsandschüttung 117b und die Feinsandschüttung liegt auf einem Fundament aus armiertem Beton 117a. Die Feinsandschüttung 117b wird auf dem Betonfundament aufgeschüttelt und verdichtet. Der Zylinder 142, der mit Steinschüttung 143 befüllt wird, wird aus feuerfestem Schamottziegel 147 gemauert. Für den Eintritt der heißen Luft in den Speicher 142 ist der Anschluss 148 und für den Austritt der Anschluss 149 vorgesehen. Ein Anschluss 150 ist für den Eintritt der Druckluft in den Speicher 142 und ein Anschluss 151 ist für den Austritt der erwärmten Luft aus dem Speicher 142 vorgesehen. FIG. 20A shows the heat accumulator 142 with riprap 143 and steel pipes 144 embedded in the riprap. The heat accumulator 142 rests on a fine sand fill 117b and the fine sand fill lies on a foundation of reinforced concrete 117a. The fine sand fill 117b is shaken up and compacted on the concrete foundation. The cylinder 142, which is filled with rock fill 143, is made of refractory firebrick 147 brick. For the entry of hot air into the memory 142, the port 148 and for the outlet of the port 149 is provided. A port 150 is provided for the entry of compressed air into the accumulator 142 and a port 151 is provided for the discharge of the heated air from the accumulator 142.
Figur 21 stellt eine Ausführungsmöglichkeit dar, der gemäß Sonnen- und Windenergie gleichzeitig gespeichert werden können. Das Grundprinzip ist wie in Figur 20 beschrie- ben, jedoch dem Wärmespeicher 142 ist ein Lufterhitzer 152 vorgeschaltet, in dem e- lektrische Heizstäbe 124 eingebaut sind, um mittels der elektrischen Energie aus der Windanlage zu erwärmen. Falls die Sonnenenergie nicht ausreicht wird die Energie der Windanlage entnommen oder umgekehrt. In Figur 22 ist eine Ausführungsmöglichkeit dargestellt der gemäß ein Wärmespeicher 142 lediglich für die Speicherung der Windenergie genutzt wird. Das Grundprinzip ist schon in Figur 21 beschrieben. Figure 21 illustrates an embodiment that can be stored simultaneously according to solar and wind energy. The basic principle is as described in FIG. 20, but the heat accumulator 142 is preceded by an air heater 152 in which electrical heating elements 124 are installed in order to heat up the wind system by means of the electrical energy. If the solar energy is insufficient, the energy of the wind turbine is taken or vice versa. FIG. 22 shows an embodiment which, according to a heat accumulator 142, is used only for the storage of the wind energy. The basic principle is already described in FIG.
In Figur 23 ist ein Wärmespeicher 152 so geformt, dass er gleichzeitig als Feuerung 153 und Wärmespeicher 152 dient. So kann man in der Feuerung 153 die Biomasse verbrennen und die Energie der Verbrennungsgase in der feuerfesten Masse speichern. Beim Gießen der Wärmespeichermasse 102 wird die Feuerung 153 so schabloniert, dass nach dem Erhärten der Gießmasse die fertige Feuerung 153 entsteht. Beim Gießvorgang sind Öffnungen 154 in der feuerfesten Masse für die Rauchgase so geformt, dass durch die Öffnungen strömende Rauchgase ihre Wärme an die feuerfeste Masse abgeben und sie auf eine höhere Temperatur erwärmen. In der feuerfesten Masse sind Stahlrohre (wie zu Figur 10 beschrieben) mit Armierung 103a versehen und mit Deh- nungskompensatoren 120 eingebettet. Die Stahlrohre sind mit einer Kugelschüttung 104 befüllt um die Wärmeübertragung von der feuerfesten Masse auf die durch die Stahlrohre strömende Druckluft zu vergrößern. In FIG. 23, a heat accumulator 152 is shaped such that it simultaneously serves as firing 153 and heat accumulator 152. So you can burn in the furnace 153, the biomass and store the energy of the combustion gases in the refractory mass. When pouring the heat storage mass 102, the furnace 153 is stenciled so that the finished furnace 153 is produced after hardening of the casting compound. During the casting process, openings 154 in the refractory mass for the flue gases are shaped such that flue gases flowing through the openings release their heat to the refractory mass and heat it up to a higher temperature. In the refractory mass, steel pipes (as described for FIG. 10) are provided with reinforcement 103a and embedded with expansion compensators 120. The steel tubes are filled with a ball bed 104 to increase the heat transfer from the refractory mass to the compressed air flowing through the steel tubes.
Wenn die Wärmespeichermasse die gewünschte Temperatur erreicht, schaltet sich ein Motor 132 ein (beim Starten arbeitet ein Generator 131 als Motor) und mittels eines Verdichters 133 wird die Außenluft auf einen bestimmten Druck komprimiert. Dabei steigt die Drucklufttemperatur an und anschließend wird die Druckluft in der Wärme- Speichermasse auf eine höhere Temperatur erwärmt und in der Turbine 131 auf Atmosphärendruck entspannt Qetzt wird der Motor als Generator umgeschaltet). Man kann die Kapazität des Wärmespeichers so auslegen, dass man in bestimmten Zeitabständen die Anlage befeuert. Die Feuerung kann automatisiert werden. Mittels eines Rauchgasgebläses 55 wird die Frischluftzuführung in der Feuerung 153 gesichert und die Rauchgase werden aus der Feuerung abgezogen. Man kann durch eine Beschränkung der Rauchgastemperatur am Austritt aus dem Wärmespeicher 152 den Wirkungsgrad der Feuerung regeln. Die Rauchgastemperatur am Austritt aus dem Wärmespeicher 152 sollte 300 0C nicht überschreiten. Die Drehzahl der Turbine 131 wird mittels einer Regelklappe 136, die am Einlass des Luftverdichters 133 vorgesehen ist, geregelt. When the heat storage mass reaches the desired temperature, a motor 132 turns on (when starting, a generator 131 operates as a motor) and by means of a compressor 133, the outside air is compressed to a certain pressure. In this case, the compressed air temperature increases and then the compressed air in the heat storage mass is heated to a higher temperature and relaxed in the turbine 131 to atmospheric pressure Qetzt the engine is switched as a generator). You can interpret the capacity of the heat storage so that it fires at certain intervals, the system. The firing can be automated. By means of a flue gas fan 55, the fresh air supply is secured in the furnace 153 and the flue gases are withdrawn from the furnace. By limiting the flue gas temperature at the exit from the heat accumulator 152, it is possible to regulate the efficiency of the firing. The flue gas temperature at the exit from the heat accumulator 152 should not exceed 300 ° C. The rotational speed of the turbine 131 is regulated by means of a control valve 136 provided at the inlet of the air compressor 133.
Details der weiteren Großraumwärmespeicher nach Figuren 10 bis 23 können sowie in den Ausführungsbeispielen nach Figuren 1 bis 9 gestaltet werden. BEZUGSZEICHENLISTE Details of the other large-capacity heat storage of Figures 10 to 23 can be designed and in the embodiments of Figures 1 to 9. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Parabolrinnen 22 Dampfleitung 1 parabolic trough 22 steam line
1.1 Fokus oder Fokuszone 23 Armierung  1.1 Focus or focus zone 23 Reinforcement
2 Gegenparabolrinne 24 Kondensatverteilungsgefäß 2 counterpart parabolic trough 24 condensate distribution vessel
3 Wärmespeichermasse 25 Kolbenpumpe 3 heat storage mass 25 piston pump
3.1 Öffnungen 26 Granulat  3.1 openings 26 granules
4 Verdampfungsrohre oder Stahlroh27 Verdampfungs- oder Stahlrohre re 27.1 Rohrrippen  4 Evaporating tubes or steel tubes27 Evaporating or steel tubes re 27.1 Tubular ribs
4,27 Rohrachse 28 Zirkulationsgebläse  4.27 pipe axis 28 circulation fan
5 Kugeln 29 (Turbinen)-Welle  5 balls 29 (turbine) shaft
5.1 Heizstäbe 30 Wasserdampfturbine  5.1 Heating rods 30 Steam turbine
6 Stahlkonstruktion 31 Turbine  6 steel construction 31 turbine
7 Motor 32 Turbine  7 engine 32 turbine
8 Getriebe 33 Turbine  8 Transmission 33 Turbine
9 Verstell-Welle 34 Wärmetauscher  9 Adjusting shaft 34 Heat exchanger
10 Oberfläche 35 Heizwasserkreislauf  10 Surface 35 Heating water circuit
10.1 Hohlraum 36 Verdampfer  10.1 cavity 36 evaporator
11 Platte 37 Verdampfer  11 plate 37 evaporator
11.1 Antireflexfläche 38 Verdampfer  11.1 Antireflective surface 38 Evaporator
12 Öffnung 39 Dampfsammelbehälter  12 opening 39 vapor collection container
13 Isoliermatte 101 Großraumwärmespeicher 13 Insulating mat 101 Large capacity heat storage
14 Luftschicht 102 Gießmasse 14 air layer 102 casting compound
15 Edelstahlblech 103 Rohre  15 stainless steel sheet 103 pipes
16 Isoliermatte 103a Armierung  16 insulating mat 103a reinforcement
17 Isolierplatte 104 Kugelschüttung  17 Insulating plate 104 ball bed
18 Feinsandtragschüttung 105 Dampfsammelbehälter  18 fine sand carrier 105 steam tank
19 Betongrube 106 Wassereintrittsöffnung  19 Concrete pit 106 Water inlet
20 Glasscheibe 107 Sonneneinstrahlungsflächen 20 glass plate 107 solar radiation surfaces
21 Kondensatleitung oder Kondensat 108 Doppelverglasung 21 Condensate line or condensate 108 Double glazing
zuführungsrohre oder -leitungen 109 Spiegel 110 Dampfsammeiraum 148 AnschlussFeed pipes or pipes 109 Mirrors 110 steam collection chamber 148 connection
111 Dampfturbine 149 Anschluss 111 Steam turbine 149 Connection
112 Stromgenerator 150 Anschluss  112 power generator 150 connection
113 Kondensatspeisepumpe 151 Anschluss  113 Condensate feed pump 151 Connection
114 Dampfregelventil 152 Lufterhitzer  114 Steam control valve 152 Air heater
117a Beton 153 Feuerung 117a concrete 153 firing
117b Feinsandschüttung  117b fine sand fill
119 Einrichtung (I) Wasserdampfkreislauf 119 Device (I) Steam cycle
120 Dehnungskompensation (II) Kreisprozess 120 Expansion Compensation (II) Circular Process
122 Windanlage (III) Kreisprozess  122 Wind Turbine (III) cycle process
123 Wärmespeicher (IV) Kreisprozess  123 Heat storage (IV) cycle process
124 Heizstäbe  124 heating elements
125 Wärmespeicher  125 heat storage
126 Feuerung  126 firing
127 Rauchgaskanal  127 flue gas duct
129 Absorber 129 absorbers
130a Wärmespeicherblock  130a heat storage block
131 Luftturbine  131 air turbine
132 Stromgenerator / Turbine  132 Electric generator / turbine
133 Verdichter  133 compressors
134 Einlass  134 inlet
135 Ventil  135 valve
136 Regelklappe  136 control flap
137 Wärmespeicher  137 heat storage
140 Hohlraum  140 cavity
141 Spalt  141 gap
142 Wärmespeicher  142 heat storage
143 Steinschüttung  143 riprap
144 Stahlrohre  144 steel pipes
145 Stahlblech  145 sheet steel
147 Schamottziegel 147 fireclay bricks

Claims

ANSPRÜCHE
1. Solarkraftwerk mit mindestens einem Reflektor in Gestalt einer Parabolrinne und mindestens einem Wärmespeicher dadurch gekennzeichnet, dass im Fokus (1.1) oder in einer Fokuszone der mindestens einen Parabolrinne (1) mindestens ein weiterer Reflektor in Gestalt einer Gegenparabolrinne (2) positioniert ist, so dass die Sonnenstrahlen noch einmal konzentriert werden und sie anschließend den Scheitelbereich (1A) der Parabolrinne (1), insbesondere durch eine Öffnung (12) passieren und auf den dahinter aufgestellten, Wärmespeichermasse (3) umfassenden Wärmespeicher, insbesondere auf dessen Oberfläche (10) oder die Oberfläche eines Hohlraumes (10.1) im Wär- mespeicher fallen und dass Mittel zum Abrufen der gespeicherten Wärme in oder an der Wärmespeichermasse (3) vor1. Solar power plant with at least one reflector in the form of a parabolic trough and at least one heat storage, characterized in that in the focus (1.1) or in a focus zone of the at least one parabolic trough (1) at least one further reflector in the form of a Gegenparabolrinne (2) is positioned so that the sunbeams are concentrated again and then they pass the apex region (1A) of the parabolic trough (1), in particular through an opening (12) and onto the heat accumulator (3) provided behind it, in particular on its surface (10) or the surface of a cavity (10.1) in the heat storage fall and that means for retrieving the stored heat in or on the heat storage mass (3) before
2. Solarkraftwerk nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass in einem Abstand von der Oberfläche (10, 10.1) der Wärmespeichermasse (3) eine Glasscheibe (20) aufgestellt ist, so dass die Sonnenstrahlen durch die Glasscheibe (20) durchstrahlen und auf die Oberfläche (10) und/oder auf die Oberfläche eines Hohlraumes (10.1) in der Wärmespeichermasse fallen 2. Solar power plant according to claim 1, characterized in that at a distance from the surface (10, 10.1) of the heat storage mass (3) a glass pane (20) is placed so that the sun's rays through the glass pane (20) through and on the surface ( 10) and / or fall on the surface of a cavity (10.1) in the heat storage mass
3. Solarkraftwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Platte (11) mit einer, insbesondere schlitzförmigen, Öffnung (12) vorgesehen ist, durch die die Sonnenstrahlen hindurch gehen und dass die Platte und/oder die Öffnung dem Sonnenstand entsprechend nachführbar ist. 3. Solar power plant according to claim 1 or 2, characterized in that a plate (11) is provided with a, in particular slot-shaped opening (12) through which the sun's rays go through and that the plate and / or the opening according to the position of the sun trackable is.
4. Solarkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespeichermasse (3) aus einem Material aus der Gruppe feuerfester Beton, gebranntes Magnesiumoxid, aus Basaltsteinen gefertigter Beton, wird, aus gemahlenes Porzellan oder einem anderen feuerfesten Stein besteht oder angefertigt wird. 4. Solar power plant according to one of claims 1 to 3, characterized in that the heat storage mass (3) of a material from the group of refractory concrete, burned magnesium oxide, made of basalt concrete, is made of ground porcelain or another refractory stone or is made.
5. Solarkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Wärmespeichermasse (3), ggf. armierte, Verdampfungsrohre (4), eingesetzt sind oder werden und am unteren Ende, vorzugsweise, verschlossen sind. 5. Solar power plant according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the heat storage mass (3), possibly armored, evaporation tubes (4), are or are used and at the lower end, preferably, are closed.
6. Solarkraftwerk nach einem der Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfungsrohre (4) mit einer Materialschüttung (5) befüllt sind, um die Wärmeübertragung von der Wärmespeichermasse (3) während des Verdampfungsprozesses zu intensivieren. 6. Solar power plant according to one of claim 5, characterized in that the evaporation tubes (4) are filled with a material bed (5) in order to intensify the heat transfer from the heat storage mass (3) during the evaporation process.
7. Solarkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellwelle (9) der mindestens einen Parabolrinne (1) an oder in der7. Solar power plant according to one of claims 1 to 6, characterized in that the adjusting shaft (9) of the at least one parabolic trough (1) on or in the
Wärmespeichermasse (3) oder in einer Ebene mit einer der Oberflächen (10) der Wärmespeichermasse (3) liegt, so dass die fokussierten Sonnenstrahlen immer in einer Linie oder einem Streifen auf der Oberfläche (10) die Wärmespeichermasse (3) fallen, unabhängig davon welche Position die Parabolrinne (1) annimmt. Heat storage mass (3) or in a plane with one of the surfaces (10) of the heat storage mass (3), so that the focused sun rays always in a line or a strip on the surface (10) the heat storage mass (3) fall, regardless of which Position the parabolic trough (1) assumes.
8. Solarkraftwerk nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 , insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis-7,6 dadurch gekennzeichnet, dass eine Isolierung des Wärmespeichers (3)an den Seitenflächen des Wärmespeichers (3) an dessen Innenseite eine erste Isolierschicht (13), gefolgt wird von einer Luftschicht (14) an die sich eine Wärmerückstrahlschicht und eine Außenisoiierschicht anschließt, und/oder dass zur Isolierung des Bodens eine, ggf. armierte, Bodenplatte aus einem Hitzeisolierbeton (17) auf einer vergleichsweise dicken Fein- sandschüttung (18) aufliegt die in einer Betongrube (19) aufgeschüttet ist. 8. Solar power plant according to the preamble of claim 1, in particular according to one of claims 1 to 7.6, characterized in that an insulation of the heat accumulator (3) on the side surfaces of the heat accumulator (3) on the inside thereof, a first insulating layer (13), This is followed by an air layer (14), which is followed by a heat-reflecting layer and an outer insulating layer, and / or in that a bottom plate of a heat-insulating concrete (17), possibly reinforced, rests on a comparatively thick fine sand fill (18) for insulating the bottom which is heaped up in a concrete pit (19).
9. Solarkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespeichermasse (3) als eine Schüttung (26) mit einer definierten Körnung aus warmfeste Steinen oder Partikeln vorgesehen ist, wie z.B. Basalt- stein oder Granitsteine oder andere Steine die hohe Temperatur aushalten können und dabei stabil bleiben. 9. Solar power plant according to one of claims 1 to 8, characterized in that the heat storage mass (3) is provided as a bed (26) with a defined grain size of heat-resistant stones or particles, such as basalt Stone or granite stones or other stones can withstand the high temperature and remain stable.
10. Solarkraftwerk nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass in der Schüt- tung (26, insbesondere berippte, Rohre (27) eingesetzt sind oder werden, die mit einer Kugelschüttung (5) aus einem feuerfesten Werkstoff befüllt sind oder werden. 10. Solar power plant according to claim 9, characterized in that in the piling (26, in particular finned, tubes (27) are or are inserted, which are filled with a ball bed (5) made of a refractory material or are.
11. Solarkraftwerk nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zirkulationsgebläse (28) vorgesehen ist, das einen Luftstrom durch die Schüttung (26) von dessen warmen zu dessen kalten Zone wälzt, um die Temperatur in der Schüttung (26) zu vergleichmäßigen. 11. Solar power plant according to claim 9 or 10, characterized in that a circulation blower (28) is provided, which circulates an air flow through the bed (26) from its warm to its cold zone in order to equalize the temperature in the bed (26) ,
12. Verfahren zum Betreiben eines Parabolrinnenkraftwerks mit mindestens einem Reflektor in Gestalt einer Parabolrinne und mindestens einem Wärmespeicher, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass Wasserdampf aus der gespeicherten Energie derart erzeugt wird, dass ein12. A method for operating a parabolic trough power plant with at least one reflector in the form of a parabolic trough and at least one heat storage, in particular according to one of claims 1 to 11, characterized in that water vapor is generated from the stored energy such that a
Kondensat mittels einer Kondensatspeisepumpe (25), insbesondere über ein Kondensatverteilgefäß (24), in dem das Kondensatniveau steigt, geleitet wird und das Kondensat durch mindestens eine Kondensatleitung (21) auf mit einer Kugelschüttung (5) befüllte Verdampfungsrohre (4), die sich in dem Wärme- Speicher befinden, verteilt wird, und dort schlagartig verdampft und dass Wasser und Wasserdampf mittels Dampfleitungen (22) in einen Dampfsammelbehälter (39) geleitet wird. Condensate by means of a condensate feed pump (25), in particular a Kondensatverteilgefäß (24), in which the condensate level rises, is passed and the condensate through at least one condensate line (21) with a ball bed (5) filled evaporation tubes (4) located in the heat storage, is distributed, and there evaporates suddenly and that water and steam by means of steam lines (22) in a vapor collecting container (39) is passed.
13. Verfahren nachdem Oberbegriff von Anspruch 12, insbesondere nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieentkoppelung aus dem Wärmespeicher mittels vier Kreisprozessen (I, II, IM, IV) erfolgt, wobei Kreisprozess (I) mit Wasserdampf arbeitet und die Kreisprozesse (II, IM, IV) mit Zweistoffgemisch Wasser/Wasserdampf arbeiten. 13. Method according to the preamble of claim 12, in particular according to claim 12, characterized in that the energy decoupling from the heat storage by means of four cycle processes (I, II, IM, IV), wherein cycle (I) works with water vapor and the cycle processes (II , IM, IV) work with binary mixture water / steam.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Welle (29) vier Turbinen (30, 31 , 32, 33) vorgesehen sind, die die Welle (29) gemeinsam antreiben. 14. The method according to claim 13, characterized in that on a shaft (29) four turbines (30, 31, 32, 33) are provided which drive the shaft (29) together.
15. Großraumwärmespeicher zur Speicherung von Sonnenenergie, Windenergie, Nachtstrom , Energie aus Biomasse oder anderer Energiearten, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeenergie in einer großräumigen kompakten Einheit oder in Blöcken (1 , 23, 25, 30, 37, 37a, 39, 52) die aus feuerfester Masse (2) ausgegossen sind, gespeichert wird und die gespeicherte Energie mittels feuerfester Stahlrohre (3), die an einem Ende verschlossen sind und in der feuerfester Masse (2) eingebettet sind, entkoppelt wird. 15. Large-capacity heat storage for storing solar energy, wind energy, night stream, energy from biomass or other types of energy, characterized in that the heat energy in a large-scale compact unit or in blocks (1, 23, 25, 30, 37, 37 a, 39, 52) which are poured out of refractory mass (2), is stored and the stored energy by means of refractory steel tubes (3), which are closed at one end and in the refractory mass (2) are embedded, decoupled.
16. Großraumwärmespeicher nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die, ggf., konzentrierten, Sonnenstrahlen auf mindestens eine konvexe Fläche (7) des Wärmespeichers fallen und dabei in die Wärmeenergie umgewandelt werden, wobei, vorzugsweise, die konvexe Fläche (7) sich über die ganze Höhe des Wärmespeichers (1) erstreckt. 16. Large-capacity heat accumulator according to claim 15, characterized in that the, optionally, concentrated, sun rays fall on at least one convex surface (7) of the heat accumulator and thereby be converted into the heat energy, wherein, preferably, the convex surface (7) over the entire height of the heat accumulator (1) extends.
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