Kombination von Solarthermie, Biomasse und Wärmepumpe
Ein Praxisbeispiel aus Brønderslev zeigt, wie konzentrierende Solarthermie, Biomasse und Wärmepumpe erfolgreich zu einer hybriden Energieanlage kombiniert und in ein Fernwärmenetz integriert werden können.
Das erste CSP-System mit einer Organic-Rankine-Cycle-Anlage (ORC-Anlage) und Biomassekessel wurde in Dänemark im Jahr 2011 realisiert und markierte einen wichtigen Schritt zur Kopplung erneuerbarer Wärmequellen mit Stromerzeugung im Wärmenetz.
Vor dem Hintergrund zukünftig erwarteter Biomasseverknappung und steigender Brennstoffpreise entschied sich das Fernwärmeunternehmen Brønderslev für die Umsetzung einer hybridisierten Energieanlage, die konzentrierende Solarthermie, Biomasse und eine Wärmepumpe kombiniert. Ziel ist es, die Abhängigkeit von Biomasse zu reduzieren und gleichzeitig eine hohe Versorgungssicherheit im Fernwärmenetz zu gewährleisten.
Anlagenkonzept und Technologie
Die Anlage basiert auf der Technologie von Parabolrinnenkollektoren und wurde vom Unternehmen Aalborg CSP A/S entwickelt. Das solarthermische Kollektorfeld verfügt über eine Gesamtfläche von 27.000 Quadratmetern und erreicht eine thermische Spitzenleistung von 16,6 Megawatt. Die Kollektoren ermöglichen Betriebstemperaturen von bis zu 312 Grad Celsius und sind damit für die Versorgung einer ORC-Anlage mit Hochtemperaturwärme geeignet.
Mehrere Kollektoren sind in Reihe geschaltet, um hohe Strömungsgeschwindigkeiten im Absorberrohr zu erzielen. Als Wärmeträgermedium wird ein spezielles Thermalöl eingesetzt. Die Receiver sind mit einem Vakuum ausgeführt, wodurch Wärmeverluste selbst bei hohen Temperaturen sehr gering bleiben. Dies ermöglicht einen stabilen Betrieb auch bei vergleichsweise niedrigen Einstrahlungsniveaus und unterstützt eine effiziente Nutzung der Solarenergie zwischen einzelnen Sonnenscheinperioden.
Ein zentrales Merkmal der Anlage ist die Hybridisierung verschiedener erneuerbarer Wärmequellen. Neben der solarthermischen Anlage ist ein Biomassekessel in das Gesamtsystem integriert, der die Grund- und Spitzenlast abdeckt. Ergänzend kommt eine Wärmepumpe zum Einsatz, die Abwärme aus dem Biomasseprozess nutzt und in nutzbare Fernwärme umwandelt.
Die solar erzeugte Wärme kann flexibel entweder direkt in das Fernwärmenetz eingespeist oder zur Versorgung der ORC-Anlage genutzt werden. Diese Mehrfachnutzung erhöht die Systemflexibilität und trägt zur Maximierung der Gesamteffizienz bei.
Die Betriebserfahrungen der Anlage in Brønderslev zeigen, dass konzentrierende Solarthermie in Kombination mit ORC-Technologie, Biomasse und Wärmepumpe auch in nordeuropäischen Klimazonen zuverlässig betrieben werden kann. Die Anlage demonstriert, dass Parabolrinnenkollektoren nicht nur in sonnenreichen Regionen, sondern auch in gemäßigten Klimazonen einen substantiellen Beitrag zur nachhaltigen Wärme- und Stromversorgung leisten können.