Kurztitel:
HPS2Industrie
Förderkennzeichen:
0324097A, 0324097B, 0324097C
Status:
Laufend
Themen:
Anlagentechnik
Projektkoordination:
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Institut für Solarforschung
Laufzeit gesamt:
Januar 2016 bis April 2020

Quintessenz

  • Wirtschaftlichkeit und Wirkungsgrad solarthermischer Kraftwerke verbessern, indem die Prozesstemperatur erhöht und die Energie gespeichert wird
  • Das Wärmeträgermedium Flüssigsalz bietet hierfür großes Potential und ermöglicht eine direkte Speicherung
  • Stromerzeugung kann den Anforderungen von Netzbetreibern angepasst werden
  • Auf der Forschungsplattform Evora Molten Salt Platform entsteht ein Parbolrinnenkraftwerk als Demonstrationskraftwerk

Ein wesentliches Merkmal solarthermischer Kraftwerke ist die Möglichkeit, kostengünstige Wärmespeicher zu integrieren und den Strom genau dann zu erzeugen, wenn dieser benötigt wird, beispielsweise nach Sonnenuntergang. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, Wirtschaftlichkeit und Betriebssicherheit von Parabolrinnenkraftwerken mit flüssigem Salz als Wärmeträgermedium zu untersuchen. Auf der Forschungsplattform Évora Molten Salt Plattform (EMSP) errichten die Projektpartner erstmalig ein komplettes Demonstrationskraftwerk. Dieses bildet das Betriebsverhalten eines realen Kraftwerks nach.

Projektkontext

In einem Parabolrinnenkraftwerk konzentrieren gekrümmte Spiegel die Solarstrahlung auf Absorberrohre, in denen ein Wärmeträgermedium zirkuliert. Dieses nimmt die Wärme der Solarstrahlung auf und leitet sie zu einem Kraftwerksblock weiter. Im konventionellen Kraftwerksprozess wird die Wärme an den Wasserdampfkreislauf übertragen. Der Wasserdampf treibt die Turbine zur Stromerzeugung an. Bislang nutzen kommerzielle Parabolrinnenkraftwerke Thermoöle als Wärmeträgermedium der mit Solarstrahlung erzeugten Hochtemperaturwärme. Für die Nutzung von Flüssigsalz anstelle von Thermoöl sprechen die niedrigeren Beschaffungskosten und die höhere Maximaltemperatur, auf die sich das Salz erhitzen lässt. Dadurch lassen sich die Stromgestehungskosten deutlich senken.

Die aktuell vorherrschende Stimmung des Marktes glaubt nicht an einen wirtschaftlichen Betrieb solarthermischer Karftwerke. Im Rahmen des Forschungsprojektes demonstrieren die Projektteams die Technologie, ihren verlässlichen und sicheren Betrieb und überprüfen Modelle. Diese sollen helfen, das Potential dieser Technologie zu bestimmen und die Bedenken des Marktes durch objektive und auf wissenschaftlicher Basis erbrachte Antworten zu widerlegen.

Forschungsfokus

Wo genau liegen die Bedenken des Marktes? Eine Umfrage unter externen Marktteilnehmern zeigte verschiedene Problempunkte (fehlende Wirtschaftlichkeit, sicherer und verlässlicher Betrieb) auf. Der Testplan des Vorhabens orientiert sich im Wesentlichen an den ermittelten Bedenken, um diese eindeutig zu widerlegen.

Darüber hinaus stehen nicht nur Einzelkomponenten im Fokus. Ziel der Projektteams ist es, die Technologietauglichkeit eines vollständigen Kraftwerks zu demonstrieren. Die Arbeiten umfassen alle wesentlichen Sub-systeme: Solarfeld, thermischer Speicher und Dampferzeugersystem mit Rückkühleinheit. Daneben bauen sie sämtliche Hilfssysteme eines Kraftwerks auf, wie beispielsweise Druckluftsysteme und die Demin-Wasseranlage und stimmen alle Sub-System für ein optimiertes Betriebsverhalten gegenseitig ab. Dies eröffnet neue Potentiale, die Effizienz des Gesamtsystems zu steigern und Kosten zu senken.

Weitere Abbildung

Vereinfachtes Anlagenschema des Flüssigsalzkreislaufs

Innovation

Auf der Forschungsplattform Évora Molten Salt Plattform (EMSP) errichten die Forscherteams erstmalig ein komplettes Demonstrationskraftwerk. Dieses bildet das Betriebsverhalten eines realen Kraftwerks nach. Schwerpunkt der Arbeiten lag auf der Abstimmung aller Sub-Systeme und Aggregate untereinander. Die offene und transparente Arbeitsweise über die einzelnen Konsortialpartner hinweg schuf ein in sich abgestimmtes System.

Die Demonstration von Flüssigsalz als Wärmeträger- und Speichermedium ist bislang in einem derartigen System noch nicht erfolgt. Die Anlage erlaubt nicht nur die einfache Demonstration der Machbarkeit dieser Technologie, sondern eröffnet das Potential einer abgestimmten und umfassenden Betriebsoptimierung aller Komponenten.

Ergebnisse

Seit August 2018 liegen die konzeptionelle Auslegung der Gesamtanlage sowie die Detailauslegungen vor. Solarkollektordesigns und Recieverrohre sind an den Betrieb mit Flüssigsalz angepasst. Die Wissenschaftler haben ein System für die Solarfeldbeheizung entwickelt und erste Tests mit der Salzmischung verliefen erfolgreich. Mittlerweile sind die Arbeiten zum der Aufbau der Anlage gestartet.

Praxistransfer

Flüssigsalz bei Solarfeldern mit großen Aperturflächen zu nutzen, stellt einen entscheidenden Evolutionsschritt in der Entwicklung der Parabolrinnenkraftwerke dar. Studien zeigen, dass die Stromgestehungskosten gegenüber der bisherigen, kommerzialisierten Thermoöl-Technologie um rund 33 Prozent niedriger liegen. Vor allem in Anlagen mit großen Speichern kann das Potenzial der Anlage vollständig ausgeschöpft werden. Das bedeutet, dass die Einbindung von thermischen Speichern (bis zu 12 Stunden Volllast) die Stromproduktion zu 100 Prozent aus Sonnenenergie für 24 Stunden, Tag und Nacht, bei geringsten Stromgestehungskosten zulässt.

Interessant sind diese Anlagen für Energieversorgungsunternehmen und Staaten, die für den sicheren Betrieb eines gesamten Stromnetzes mit einem hohen Anteil an erneuerbaren Energien verantwortlich sind. Die Komponenten, wie Solarfeld, thermischer Speicher, und Dampferzeugersystem mit Rückkühleinheit werden bereits vermarktet.

Letzte Aktualisierung: 01.10.2018

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