23. Oktober 2023

Temperaturrekord im MOPUW, der heißesten Thermalölanlage der Welt

Forschungsarbeiten im mobilen Pumpen- und Wärmeträgerteststand (MOPUW)
Wissenschaftler Christoph Hilgert bereitet bei kalter Anlage die Entnahme einer Wärmeträgerprobe vor.
  • Bei Versuchen zu neuartigen Wärmeträgerfluiden wurde ein neuer, weltweiter Temperaturrekord aufgestellt.
  • Gemeinsam mit den Industriepartnern konnten die Forschenden im Kölner MOPUW die Funktionalität des Gesamtsystems im Dauerbetrieb bei bis zu 470 Grad Celsius nachweisen.
  • Auch konnten wichtige Erkentnisse zur verwendeten Pumpentechnologie gewonnen werden.
  • Die Grundlagen für weitere Versuchsreihen mit noch höheren Temperaturen sind damit gelegt.

Der mobile Pumpen- und Wärmeträgerteststand (MOPUW) ermöglicht die Demonstration und Erforschung neuartiger Wärmeträgerfluide für Solarthermiekraftwerke und Industrieanlagen im Technikumsmaßstab. Bei der abgeschlossenen ersten Systemdemonstration mit einem Hochtemperatur-Silikonöl hat das DLR in Kooperation mit den beteiligten Industriepartnern die Funktionalität des Gesamtsystems bei Temperaturen von bis zu 470 Grad Celsius im Dauerbetrieb nachgewiesen.

Als Wärmeträgerfluid wurde das von der Firma WACKER Chemie AG neu entwickelte Silikonöl HELISOL® XLP im MOPUW Teststand genutzt. In Kombination mit einer Pumpe der Firma DICKOW Pumpen GmbH der Baureihe NMX wurde es dabei kontinuierlich in der Anlage bei Temperaturen zwischen 450 und 470 Grad Celsius umgepumpt.

Wirklich heißes Öl

Nach den Kenntnissen der Forschenden des DLR und gemäß der Betriebsparameter lässt sich weltweit keine andere Anlage bei solch hohen Temperaturen mit einem Thermoöl betreiben. Am Teststand MOPUW sind als Industriepartner der Pumpenhersteller DICKOW, der Anlagenbauer heat 11, der Chemiekonzern WACKER sowie der TÜV NORD beteiligt.

Engmaschiges Monitoring

Um festzustellen, wie temperaturbeständig das Wärmeträgerfluid ist, betrieben die Forschenden des Instituts für Future Fuels den Teststand über eine Dauer von 3.000 Stunden bei 450 Grad Celsius, weitere 1.000 Stunden bei 460 Grad Celsius und schließlich 1.000 Stunden bei der Spitzentemperatur von 470 Grad Celsius. Während des Versuchsbetriebs wurde durch regelmäßige Probenentnahme die Stabilität des Silikonöls HELISOL® bestätigt. Hierzu wurden eine Reihe von Untersuchungen durchgeführt, unter anderem die Analyse von Gasen, die sich im Laufe der Zeit im System bilden können. Ergänzend konnte WACKER in Laboruntersuchungen im laufenden Betrieb das chemische Alter des Fluids anhand bestimmter Parameter bestimmen. Diese weisen darauf hin, bis zu welchem Grad sich die langen Siloxanketten, aus denen das Fluid HELISOL® XLP besteht, unter Einwirkung der hohen Betriebstemperatur miteinander vernetzen. Bei steigendem Vernetzungsgrad eines Silikonfluids kann es zu einem Anstieg der Viskosität (Zähflüssigkeit) kommen und damit zu Problemen im Anlagenbetrieb, unter anderem durch einen erhöhten Energiebedarf bei den Pumpen. In einem CSP-Solarthermiekraftwerk mit einer maximalen Betriebstemperatur von 425 Grad Celsius liegt die Einsatzgrenze beziehungsweise Lebensdauer des Fluids nach Angaben des Herstellers bei über 25 Jahren.

Mobiler Wärmeträger- und Pumpenteststand (MOPUW)
Der neue Teststand in Köln-Porz ermöglicht es, mit begrenztem Aufwand neuartige Wärmeträgerfluide im Technikumsmaßstab zu demonstrieren und zu erforschen.
Credit:

Bundeministerium für Wirtschaft und Klimaschutz

Auch das Herzstück der Anlage, eine neue Hochtemperatur-Pumpe NMX der Firma DICKOW, wurde im laufenden Betrieb qualifiziert und unter Extrembedingungen geprüft. Akribisch analysiert wurden insbesondere die stark beanspruchten Dichtungen und die Laufruhe des Aggregats. Ebenso wie das Wärmeträgerfluid HELISOL® XLP konnte auch die Pumpe den Stresstest bestehen.

Aufgrund der sehr guten Testergebnisse halten die Projektpartner auch noch höhere Betriebstemperaturen von bis zu 480 Grad Celsius für technisch realisierbar. Eine wichtige Grundlage für zukünftige Projekte und weitere Versuchsreihen ist somit gelegt.

Kontakt

Christoph Hilgert

Projektleitung
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Institut für Future Fuels
Linder Höhe, D-51147 Köln-Porz

Christian Siegel

Referent Institutskommunikation
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) e.V.
Institut für Future Fuels
Schneiderstraße 2, D-52428 Jülich
Tel: +49 (0) 2461 93730-328