Mehr Leistung und Flexibilität für solarthermische Kraftwerke durch Direktverdampfung und Speicherung

Mehr Leistung und Flexibilität für solarthermische Kraftwerke durch Direktverdampfung und Speicherung

Donnerstag, 31. März 2011

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  • Solare Direktverdampfung und Speicherung

    Solare Direktverdampfung und Speicherung

    DLR und Endesa testen in dieser Anlage im spanischen Carboneras erstmals solare Direktverdampfung und Speicherung im Kraftwerksbetrieb. Bei diesem Solarkraftwerkstyp wird durch gebündelte Sonnenstahlen der Wasserdampf, der später einen Stromgenerator antreibt, direkt erzeugt. Highlight der Anlage ist ein neuartiges Speichersystem, das die Wärme als fühlbare und als latente Wärme effizient speichert und damit die Stromproduktion eines Kraftwerkes auch bei Nacht möglich macht.

  • Einweihung der Pilotanlage: Prof. Ulrich Wagner (l.) und Eduardo Santos

    Einweihung der Pilotanlage: Prof. Ulrich Wagner (l.) und Eduardo Santos

    Prof. Ulrich Wagner, DLR-Vorstand für die Themenbereiche Energie und Verkehr (l.), und Eduardo Santos, stellvertretender Generaldirektor für Ingenieurswesen bei Endesa, bei der Einweihung der Pilotanlage in Carboneras (Südspanien). Bei diesem Solarkraftwerkstyp wird durch gebündelte Sonnenstrahlen der Wasserdampf, der später einen Stromgenerator antreibt, direkt erzeugt. Highlight der Anlage ist ein neuartiges Speichersystem, das die Wärme als fühlbare und als latente Wärme effizient speichert und damit die Stromproduktion eines Kraftwerks auch bei Nacht möglich macht.

  • Verborgene Energie speichern

    Verborgene Energie speichern

    Der Hochtemperatur-Latentwärmespeicher ist ein mit Salz gefüllter Phasenwechselspeicher. Bei 305 Grad Celsius nimmt das Salz Energie dadurch auf, dass es von einem festen in einen flüssigen Zustand übergeht. Latente Wärme ist "verborgene" Energie, die Wasser zum Beispiel bei der Verdampfung aufnimmt, ohne dass sich dabei die Temperatur verändert.

DLR und Endesa testen erstmals solare Direktverdampfung und Speicherung im Kraftwerksbetrieb

Im südspanischen Carboneras haben das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der spanische Energieerzeuger Endesa am 31. März 2011 eine Pilotanlage eingeweiht. Bei diesem Solarkraftwerkstyp wird durch gebündelte Sonnenstrahlen der Wasserdampf, der später einen Stromgenerator antreibt, direkt erzeugt. Highlight der Anlage ist ein neuartiges Speichersystem, das die Wärme als fühlbare und als latente Wärme effizient speichert und damit die Stromproduktion eines Kraftwerks auch bei Nacht möglich macht.

"Diese Pilotanlage ist ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg, solarthermische Kraftwerke effizienter und wirtschaftlicher zu machen. Das Interesse der Unternehmen der Branche sowohl an dem neuen Verfahren der Direktverdampfung als auch an effizienten Latentwärmespeichern ist sehr groß", sagte Prof. Ulrich Wagner, DLR-Vorstand für Energie und Verkehr, bei der Einweihung. Das DLR und Endesa haben die Pilotanlage gemeinsam mit den Partnern Flagsol GmbH, MAN-Ferrostaal, Senior Berghöfer GmbH, SCHOTT Solar CSP GmbH, Milenio Solar und Ed. Züblin AG aufgebaut.

Heißer und damit effizienter: Wasserdampf bei 500 Grad Celsius

Bei Parabolrinnen-Kraftwerken wird die direkte Sonnenstrahlung auf eine Röhre, die so genannte Receiverröhre, in der Brennlinie des Spiegels gebündelt und in Wärme umgewandelt. In bereits bestehenden Kraftwerken fließt in diesen Receivern synthetisches Öl, das zirka 390 Grad Celsius heiß wird und in einem zweiten Schritt Wasser zu Dampf erhitzt. Der entstandene Dampf treibt dann eine Turbine zur Stromerzeugung an. Bei der Pilotanlage in Carboneras entsteht der Dampf direkt in den Receiverrohren. Die Receiverrohre stehen dabei unter einem Druck von bis zu 120 Bar, wodurch überhitzter Wasserdampf bei einer Temperatur von 500 Grad Celsius entsteht. Dadurch, dass Wasser direkt als Arbeitsmedium im Kollektorfeld verwendet wird, kann die Prozesstemperatur des Kraftwerks und damit dessen Wirkungsgrad gesteigert werden. Die solare Direktverdampfung stellt so eine Möglichkeit zur Kostensenkung solarthermischer Kraftwerke dar.

"In unserer Pilotanlage geht es darum, das System als Ganzes, aber auch einzelne Komponenten zu testen und zu verbessern", beschreibt Projektleiter Markus Eck vom DLR-Institut für Solarforschung die Herausforderungen des Systems. Getestet werden zum Beispiel die flexiblen Rohrverbindungen des Systems, die notwendig sind, damit sich die Parabolrinnen drehen und dem Gang der Sonne folgen können. "Die dabei erforderlichen Gelenke müssen dem Druck von 120 Bar standhalten und dabei absolut dicht sein." Die in Carboneras eingesetzten Receiver wurden von der SCHOTT Solar CSP GmbH und die flexiblen Rohrverbindungen von der Senior-Berghöfer GmbH entwickelt und gefertigt.

Energiespeichertechnik für Direktverdampfung

Ein großer Vorteil von solarthermischen Kraftwerken ist, dass sie Energie in Form von Wärme speichern können. Die Anlagen können so bedarfsgerecht zum Beispiel während Wolkenphasen oder bis in die Nacht hinein Strom produzieren. Die solare Direktverdampfung von Wasser erfordert neue, an dieses Medium angepasste Speichertechnologien. Wichtig dabei ist, den großen Energieanteil aus der Verdampfung beziehungsweise Kondensation des Wassers, der auf einem konstanten Temperaturniveau anfällt, effizient zu speichern. In der nun in Betrieb genommenen Pilotanlage wird diese Herausforderung mit einem Kombi-Speichersystem gelöst, das Speicher mit fühlbarer und latenter Wärme kombiniert. Latente Wärme ist "verborgene" Energie, die Wasser zum Beispiel bei der Verdampfung aufnimmt, ohne dass sich dabei die Temperatur verändert.

Mit einem solchen Phasenwechsel arbeitet auch der mit Salz gefüllte Latentwärmespeicher: Bei 305 Grad Celsius nimmt das Salz Energie dadurch auf, dass es von einem festen in einen flüssigen Zustand übergeht. "Der Vorteil eines solches Speichers ist die hohe Speicherdichte bei minimaler Temperaturänderung. Die Energie im System kann durch den Phasenwechsel bei konstanter Temperatur sehr effizient übertragen und aufgenommen werden", erläutert Doerte Laing, Leiterin des Fachgebiets Thermische Energiespeicher des DLR-Instituts für Technische Thermodynamik. "Diese Pilotanlage bietet uns die Möglichkeit, das neuartige Kombi-Speichersystem in allen erforderlichen Betriebsvarianten mit definierten Parametern zu testen und Betriebserfahrung zu sammeln. Die Nachfrage der Industrie nach einem effizienten Speichersystem gerade bei der solaren Direktverdampfung ist sehr groß." Der von den DLR-Wissenschaftlern entwickelte Speicher ist der derzeit größte Hochtemperatur-Latentwärmespeicher weltweit. Die fühlbare Wärme des überhitzten Dampfes wird in der Pilotanlage in Carboneras von einem Betonspeicher aufgenommen, den das DLR und die Ed. Züblin AG gemeinsam entwickelt haben.

Mit der Pilotanlage wollen die Wissenschaftler bis Ende 2011 den Funktionsnachweis für die Kernkomponenten Speicher, Receiver und flexible Rohrverbindungen erbringen. Das Projekt wird vom Bundesumweltministerium (BMU) und der spanischen Corporación Tecnológica de Andalucía (CTA) gefördert.

Zuletzt geändert am:
13.07.2011 11:39:32 Uhr

Kontakte

 

Dorothee Bürkle
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Kommunikation, Redaktion Energie, Verkehr

Tel.: +49 2203 601-3492

Fax: +49 2203 601-3249
Dietrich Fischenberg
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Flugsystemtechnik, Flugdynamik und Simulation

Tel.: +49 531 295-2657

Fax: +49 531 295-2845
Dr. Markus Eck
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Solarforschung

Tel.: +49 711 6862-429

Fax: +49 711 6862-747