5. November 2014
Das neue Konzept wurde von Wissenschaftlern der Abteilung Punktfokussierende Systeme im DLR-Institut für Solarforschung entwickelt. Die Helmholtz-Gemeinschaft fördert die Validierungstests im Labor sowie am Solarturm Jülich und die Vorbereitungen für eine Ausgründung.
In punktfokussierenden Systemen reflektieren eine große Anzahl Spiegel, sog. Heliostate, die Sonnenstrahlung auf einen Punkt an der Spitze eines Solarturms. Dort nimmt ein sogenannter Receiver die Strahlung auf und verwandelt sie in Wärme mit einer Temperatur von über 900°C. Diese Hochtemperaturwärme kann zur weiteren Nutzung als Prozesswärme in der Industrie oder zur Stromerzeugung eingesetzt werden. In der ersten Entwicklungsphase des neuen Receiver-Konzepts steht der Anwendungsbereich industrielle Prozesswärme im Fokus. Mittelfristig soll die Technologie auch für die Stromerzeugung eingesetzt werden.
Keramische Partikel speichern die Wärme
Die Innovation des neuen Receiver-Systems besteht aus den nun erstmals verwendeten grundlegenden Komponenten. Receiver in kommerziellen Turmkraftwerken nutzen als Wärmeträger Umgebungsluft, Salzschmelze oder Wasserdampf.
Das neue Receiver-Konzept verwendet sandartige Feststoffpartikel als Wärmeträgermedium. Die nahezu schwarzen keramischen Partikel im Receiver absorbieren die von den Spiegeln im Solarfeld reflektierte, konzentrierte Solarstrahlung. Und: die Partikel nehmen die Energie im Receiver nicht nur auf, sondern speichern diese auch.
Die Partikel werden in einem Kreislauf aus Kaltspeicher, Receiver, Heißspeicher, und Heißluft- oder Dampferzeuger transportiert. (siehe Abbildung)
Auf diese Weise kann das System Heißluft/ Dampf aus aktueller Solarstrahlung und aus dem Speicher liefern. Dieser gleicht Schwankungen der Solarstrahlung aus, zum Beispiel bei Wolkendurchzügen, und kann selbst nachts Energie bereitstellen.
Helmholtz-Gemeinschaft fördert Ausgründungsvorbereitung und Validierungstests
Bereits im September bekamen die Solarforscher aus Stuttgart eine Förderzusage der HGF in Höhe von 115.000 € zur Vorbereitung einer zukünftigen Ausgründung. Hierbei wird den Forschern ein erfahrener Manager zur Seite stehen.
Aus Mitteln des Helmholtz-Validierungsfonds (HVF) fördert die Helmholtz-Gemeinschaft mit über 1,3 Mio € das dreistufige Testverfahren, mit dem die Wissenschaftler die Marktreife der Technologie nachweisen wollen:
Erste Stufe: Tests im Technikumsmaßstab beim DLR in Stuttgart Mit dem in Stuttgart entwickelten und gebauten Prototyp werden Vortests mit elektrischer Beheizung (100 kWel-Strahler) durchgeführt. Das Ziel ist, 900°C Partikeltemperatur zu erreichen. Beim Receiver und bei den Partikeln gibt es Abrieb durch die Bewegung der Partikeln im Receiver. Die Tests sollen zeigen, dass der Materialabrieb bei hohen Temperaturen beherrschbar ist und welchen Belastungen der neue Receivertyp standhält.
Zweite Stufe: Receivertests auf dem Solarturm Jülich In Jülich finden solare Tests unter realen Bedingungen mit bis zu 500 kWethl statt. Auch bei den Tests auf dem Solarturm Jülich werden Partikeltemperaturen bis zu 900°C angestrebt. Aufgrund der höheren Leistung können aber im gleichen Zeitraum deutlich mehr Partikel erwärmt werden. Dadurch steht mehr Wärme zur weiteren Verwendung zur Verfügung.
Dritte Stufe: Systemtests In der dritten Stufe wird der komplette Partikelkreislauf aufgebaut und getestet. Er besteht aus einem Speicher- und Transportsystem für die Partikeln und einem Wärmeübertrager, der die heißen Partikel zur Erzeugung von Heißluft nutzt. Das Besondere daran: Dies erfolgt im direkten Kontakt mit den Partikeln, die Luft strömt durch diese hindurch und nimmt die Wärme auf.
„Wir sind sehr gespannt auf die Messergebnisse. Die Berechnungen und unsere bisherigen Tests haben gezeigt, dass das neue Konzept an sonnenreichen Standorten eine wettbewerbsfähige Alternative zur Nutzung des Brennstoffs Öl ist.“ so Lars Amsbeck, Projektleiter.
Im November 2015 sollen die Tests am Solarturm Jülich starten, ein Jahr später soll das Projekt abgeschlossen werden. Waren die Tests erfolgreich, wollen die Solarforscher gemeinsam mit Industriepartnern eine industrielle Prototypanlage entwickeln, bauen und betreiben.