Integration solarthermischer Direktverdampfung in Dampfkraftwerke

Abstract

Mit Öl als Wärmeträgermedium hat die linienfokussierende Solarthermie den Nachweis über ihre Eignung zur Bereitstellung von elektrischer Energie anhand ei-ner Vielzahl realisierter Anlagen in industriellem Maßstab erbracht. Die Verlagerung der Dampferzeugung in das Solarfeld (direkte solarthermische Dampferzeugung) gilt als eine Möglichkeit, die Stromgestehungskosten bei dieser Art von Kollektoren signifikant zu senken. Durch diesen Schritt entfällt jedoch die Möglichkeit, die Ein-sammlung solarer Strahlung von der Bereitstellung von Elektrizität zeitlich zu ent-koppeln, da der erzeugte Frischdampf nicht zu wirtschaftlich vertretbaren Bedin-gungen gespeichert werden kann. In der vorliegenden Arbeit werden daher die technischen Möglichkeiten der Integra-tion von solarthermisch direkt erzeugtem Frischdampf in konventionelle Dampf-kraftprozesse untersucht. Gas-und-Dampf- sowie Ersatzbrennstoff-Kraftwerke wer-den dafür als besonders geeignet eingestuft. Um genaue Kenntnis von der zugrunde-liegenden Thermodynamik zu erlangen, werden das GuD-Kraftwerk mit 1-, 2- und 3-Druck-Verdampfung sowie das DSG-Kraftwerk1 in EBSILON abgebildet. Zur Trocknung des Turbinenabdampfes ist eine moderate Zwischenüberhitzung er-forderlich, weshalb der Einfluss von Trenndruck und Endtemperatur der Zwischen-überhitzung auf die Prozesse analysiert wird. Für den 1-Druck-GuD-Prozess kann eine Wirkungsgradsteigerung mittels Zwischenüberhitzung nur bei erheblich erhöh-tem Heizflächenbedarf erreicht werden. Der 2-Druck-Prozess ermöglicht dagegen eine deutliche Wirkungsgradsteigerung bei nur mäßig erhöhtem Heizflächenbedarf. Der 3-Druck-Prozess ermöglicht eine weitere Wirkungsgradverbesserung bei noch-mals erhöhtem Heizflächenbedarf. Der Wirkungsgrad des DSG-Prozesses kann mit-tels einer Zwischenüberhitzung nur geringfügig beeinflusst werden. Als Hybridkraftwerk wird eine Variante betrachtet, bei der der 2-Druck-Abhitzekessel und das Solarfeld Frischdampf derselben Menge und Qualität liefern. Die Dampfturbine ist für die Aufnahme von Hoch- und Mitteldruck-Dampf dimen-sioniert. Der vollständige Verzicht auf die Bereitstellung von Mitteldruckdampf stellt sich hinsichtlich des Gesamtwirkungsgrads besser dar, als die Bereitstellung durch Drosselung von kaltem Heizdampf oder durch ein Mitteldrucksolarfeld.