Forschung für solarthermische Kraftwerke, für zukünftige solare Treibstoffe und CO2-freie Industrieprozesse
Solarforscher des DLR testen in Jülich neue Komponenten und Verfahren, um Solarturmkraftwerke weiterzuentwickeln. Ziel der Forschung sind höhere Temperaturen und bessere Effizienz, um die Stromgestehungskosten zu senken. Im Vordergrund stehen Spiegelsysteme zur Lenkung und Konzentration solarer Einstrahlung, Solarabsorber- und Energiespeichersysteme und deren effektive Nutzung sowie theoretische und EDV-gestützte Analysen und Entwicklungen im Bereich der Strömungsmechanik und Wärmeübertragung. Je nach Entwicklungsstand und –ziel können einzelne Bauteile, funktionale Gruppen oder auch ein vollständiges solares Kraftwerkssystem getestet, evaluiert und optimiert werden.
Darüber hinaus untersucht das DLR-Institut für Future Fuels hier Herstellungsverfahren von solaren Treibstoffen wie zum Beispiel Wasserstoff und den Einsatz von Hochtemperatur-Solarwärme für Industrieprozesse.
Zwei Solartürme, vier Versuchsebenen
Vor den beiden Jülicher Solartümen stehen auf einer Fläche von circa zehn Hektar mehr als 2.000 bewegliche Spiegel (Heliostate). Sie fangen das Sonnenlicht ein, bündeln es und lenken es zu den beiden Solartürmen. Der größere der beiden Türme ist ein funktionierendes Solarturmkraftwerk, er kann also Strom produzieren. Ein volumetrischer Strahlungsempfänger an der Turmspitze nimmt das konzentrierte Sonnenlicht auf und erhitzt Umgebungsluft auf bis zu 700 Grad Celsius. Ein Dampferzeuger im Inneren des Turms nutzt die hohen Temperaturen um Wasser in Wasserdampf umzuwandeln, der eine Turbine antreibt, die über einen Generator CO2-frei Strom produziert. Die elektrische Nennleistung der Anlage beträgt 1,5 Megawatt. Der erzeugte Strom kann zwar in das lokale Mittelspannungsnetz eingespeist werden, jedoch setzt das DLR die Anlage nicht kommerziell zur Stromproduktion ein, sondern nutzt sie ausschließlich für Forschungsaufgaben.
Der Turm ist 60 Meter hoch und besitzt auf halter Höhe eine Forschungsebene, auf der unterschiedliche Versuchsaufbauten errichtet werden können. In den bisher durchgeführten Großexperimenten standen die Weiterentwicklung volumetrischer Receiver sowie Verfahren zur solarthermischen Herstellung von Wasserstoff im Vordergrund.
Seit 2020 steht dem Solarturmkraftwerk der etwas kleinere sogenannte Multifokusturm zur Seite. Darin befinden sich drei Ebenen mit spezieller Ausstattung für den Einbau bestimmter Experimente. Auf der oberen Ebene testen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Instituts für Solarforschung einen Partikelreceiver mit Keramikkügelchen als Wärmeträger, Speicher- und Transportmedium. Die mittlere Ebene ist speziell für verfahrenstechnische Anwendungen ausgestattet. Dort werden Hochtemperaturprozesse zur solaren Wasserspaltung erprobt. Auf der unteren Ebene steht Salzschmelze als Trägermedium für Hochtemperaturwärme im Fokus. Hier werden auch Pumpe, Tank und Wärmetauscher für dieses System installiert und eingesetzt.
Eine im DLR entwickelte Steuerungssoftware kann Teilmengen der Spiegel so ausrichten, dass mehrere Experimente gleichzeitig auf den zwei Solartürmen stattfinden können.