[发明专利]太阳热能发电设备以及用于运行太阳热能发电设备的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳热能发电设备以及一种用于运行太阳热能发电设备尤其具有含盐的传热流体（HTF）的太阳热能发电设备的方法。

背景技术

对于能量生产的再生的形式，将最大的潜力归于太阳热能发电站方案，在将来能够无排放地以有竞争力的成本来产生在世界范围内对电能的需求的较大的份额。尤其是Desertec或者DII 有限公司项目关注在北非大陆和中东地区设立数平方千米大型太阳场，所述太阳场应该借助于级联布置的抛物槽镜面和/或非涅尔镜面来为欧洲促进太阳热能的能量生产。在这样的设备中，传热流体在特殊的数千米长的吸收管中循环，所述吸收管通过太阳光束/聚焦通过所提到的镜面几何形状被加热到高达600°的过程温度。通过热交换过程来运行水蒸汽驱动的涡轮机并且释放电能。由此得到冷却的传热流体（英语：Heat transfer fluid“HTF”）在循环过程中供通过热能进行再度加热的过程所用。每台太阳热能设备因此拥有两个HTF储箱，其中一个装有冷却的HTF并且另一个装有热的HTF。

向所述HTF提出了较高的要求，因为其性能特征值比如熔点、热容、导热能力、粘度和比密度决定了最终的电流生产成本并且由此相对于传统方式的能量生产决定了竞争力以及同等成本。

在此，特别重要的是所使用的HTF的熔点。目前所使用的热转移介质具有有机的以及无机的特性。用于此目的的第一代HTF代表着有机的热油，其中最著名的用于太阳热能应用方案的代表是（比如公司Solutia^TMTherminaol ?的VP-1）由26.5%重量百分比的联苯和73.5%重量百分比的二苯醚构成的共晶熔化的混合物，该混合物在温度为12°时凝固。但是，由于有机的分子特性，这样的混合物在高温下快速产生高达15bar的蒸汽压力，使得这种称为“VP-1”而闻名的混合剂的最大的工作温度被限制在400℃以下，因为高于这个过程温度还出现有机结构的热退化。

因为如所知道的那样发电站的效率随着过程温度不成比例地变化，所以这样的有机的HTF的使用与在很高的MW_c-功率范围内的经济的太阳热能的能量生产刚好相反。在泄漏的情况下，额外地由这种制品形成对人畜及自然的风险。

出于这个原因，数十年来，作为热转移介质聚焦于具有较低的熔点的无机的共晶盐的使用。在此，液态的盐或者其混合物的可以忽略的蒸汽压力证实特别有利，这能够在吸收管道中实现几乎无压力的运行。此外，熔盐拥有二到三倍的导热能力以及比热容，这可以使每单位体积能够输入的太阳能量相对于有机的热油显著上升。用于这种目的的无机的盐混合物的最为著名的代表是所谓的“太阳盐（Solar Salt）”，一种由硝酸钠（60%重量百分比）和硝酸钾（40%重量百分比）构成的混合物。这种无毒的并且与热油VP-1相比便宜四倍的制品具有大约240℃的固相线温度。为了降低熔点，具有硝酸钙（共晶体的固相线温度：133℃）的混合物的三元化或者具有硝酸锂（共晶体的固相线温度：97℃）的额外的四元化是有利的。但是，尤其后一种方法依赖于昂贵的并且在世界范围内不能以多吨尺度足量地得到的硝酸锂的使用。

因为对于经济的运行来说在太阳热能发电站中使用的热传递介质的小于150℃的熔点是绝对必要的，所以对于具有低于100℃的固相线温度的无机的共晶盐的兴趣很大，因为刚好夜间运行本身不发电。在夜晚停止通过太阳对HTF加热，用于在夜晚在通常数千米长的输入管道及接收器系统中避免盐混合物的“冻结”的措施相应地变得十分耗费能量。

通常在夜里用外部的加热来运行所述太阳热能发电设备，其中又要消耗白天产生的大量电流，以便所述管子不会由于变硬的盐的体积膨胀而爆裂并且/或者以便所述设备不必在早上又要重新起动。

发明内容

本发明的任务是，使太阳热能发电设备中的含盐的HTF的利用更加经济，方法是减少或者避免用于避免所述HTF的冻结的夜间的加热。

本发明的主题因而是一种具有用作传热流体（HTF）的无水的或者含水的盐的太阳热能发电设备，该太阳热能发电设备至少包括以下模块：

具有HTF的第一回路，

具有用于驱动发电机的蒸汽的第二回路，

其中所述第一回路至少包括

具有镜面几何形状和管路的太阳场，在所述管路中流动着所述HTF，

其中

用于加热的HTF的第一管路从所述太阳场通到所述换热器，

用于冷却的HTF的第二管路从所述换热器通到所述太阳场，