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Bisherige Forschungsarbeiten



Das DLR hat die gesamte Forschungsarbeit der solaren Direktverdampfung begleitet und wesentlich geprägt. Die Erkenntnisse der Forschungen konnten bereits erfolgreich in die Industrie transferiert werden. Einer der frühen Schwerpunkte war die Erforschung der Zwei-Phasen-Strömung in horizontalen, beheizten Rohren, wie sie im Fall von Parabolrinnen auftritt. Es konnte unter anderem gezeigt werden, unter welchen Bedingungen das Wasser-Dampf-Gemisch die gewünschten Strömungsformen für einen sicheren Betrieb annimmt. Dies ist die Grundlage für eine sichere Auslegung dieser Kraftwerke.

Schema des Rezirkulationskonzepts für die solare Direktverdampfung. Bild: DLR

Anschließend wurde ein Solarfeld-Konzept erstellt, das einen sehr robusten Betrieb unter allen denkbaren Einstrahlungs-Szenarien garantiert. Dieses sogenannte Rezirkulationskonzept teilt das Solarfeld in zwei Teile (siehe Abbildung). Der erste Teil dient der Verdampfung des Wassers, wobei nur ein Teil des Wassers verdampft wird. Das entstehende Wasser-Dampf-Gemisch wird in einer Dampftrommel getrennt. Während das Wasser zurück zum Eintritt des Verdampfer-Solarfelds gepumpt wird, erhitzt der zweite Teil des Solarfelds den Dampf auf die gewünschte Austrittstemperatur. Dieses Konzept wird zurzeit in allen kommerziellen DSG-Anlagen verwendet. Die Funktionsweise ist identisch mit konventionellen Dampferzeugern mit Zwangsumlauf, wie sie noch heute oft in kleinen fossilen Kraftwerken eingesetzt werden – nur ohne fossilen Brennstoff.

Weiterhin konnten sichere Betriebsweisen nicht nur für den Normalbetrieb, sondern auch für den täglichen Start der Anlage bei Sonnenaufgang entwickelt werden. Die transienten, das heißt im zeitlichen Verlauf stark veränderlichen, Zustände können durch die Simulationswerkzeuge des DLR abgebildet und für weitere Verbesserungen eingesetzt werden. So kann beispielsweise gezeigt werden, was passiert, wenn Wolken über das Solarfeld ziehen – und vor allem, wie darauf so reagiert werden kann, dass ein optimaler Betrieb gewährleistet bleibt.

Zusammen mit der Industrie wurden exemplarische Kraftwerke konzipiert und deren Kosten mit denen von Öl-Solarfeldern verglichen. Mit dem kommerziellen Rezirkulationskonzept können so, je nach gewählter Konfiguration und Standort, Einsparungen in der Größenordnung von 10% der Stromgestehungskosten erreicht werden. Kurzfristig können Solarfelder mit Direktverdampfung besonders kosteneffizient in Kombination mit (bestehenden) fossilen Kraftwerken eingesetzt werden, um tagsüber einen hohen Anteil an Kohlendioxid (CO2) einzusparen.


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