Mittwoch, 7. September 2016
Die am Projekt WASCOP beteiligten elf Forschungseinrichtungen und Industrieunternehmen aus sieben europäischen Ländern und Marokko haben sich ein ehrgeiziges Ziel gesteckt: Um mehr als 70 Prozent wollen sie den Wasserverbrauch mit gezielten Maßnahmen reduzieren, ohne dass dadurch der Wirkungsgrad sinkt.
Aus Sicht von Forschung, Politik und Industrie ist das Thema Wassereinsparung eine der zentralen Herausforderungen, um die Akzeptanz und weitere Verbreitung von CSP-Anlagen zu fördern. Solarthermische Kraftwerke benötigen Wasser vor allem zur Kühlung im Turbinenkreislauf und zur Reinigung der Spiegel. Für beide Anwendungsbereiche wollen die Projektpartner aus Forschung und Industrie innerhalb der nächsten vier Jahre innovative Maßnahmen zur Reduktion des Wasserverbrauchs entwickeln und testen. Das Institut für Solarforschung ist mit drei Arbeitsgruppen am Projekt WASCOP beteiligt.
Mit der Wahl des Standorts fängt es an
Am Standort Almería arbeitet das Team von DLR-Solarforscher Dr. Stefan Wilbert an einem Modell, welches die meteorologischen Ursachen von Verschmutzung und das Verständnis über die Anlagerungsmechanismen verbessern soll. Damit wollen die Forscher eine möglichst flächendeckende Verschmutzungsvorhersage ermöglichen. So kann durch eine verbesserte Standortauswahl bereits in der Planungsphase eines Kraftwerks der spätere Reinigungs- und damit Wasseraufwand begrenzt werden. Die so gewonnenen Ergebnisse können des Weiteren von den Projektpartnern verwendet werden, um Strategien zur Vermeidung von Verschmutzung während des Kraftwerksbetriebs zu entwickeln, etwa durch angepasste nächtliche Parkpositionen der Kollektoren.
Lagern sich Staub und Sand auf den Spiegeln ab, vermindert dies den Reflexionsgrad der Spiegel und der Ertrag des Kraftwerks sinkt. Regelmäßig sind daher Reinigungsfahrzeuge im Einsatz, um die Solarspiegel und Absorberrohre mit Bürsten und Hochdruckreinigern zu säubern. Ein solarthermisches Kraftwerk mit 50 Megawatt elektrischer Leistung und thermischem Speicher für siebeneinhalb Stunden Volllastbetrieb mit 500.000 Quadratmeter Spiegelfläche verbraucht dafür täglich circa 180 Kubikmeter destilliertes Wasser.
Schutzbeschichtungen und innovative Reinigungsmethoden für einen niedrigen Wasserverbrauch
Auf den Spiegeln aufgetragene Beschichtungen sollen dafür sorgen, dass weniger Schmutzpartikel auf der Oberfläche anhaften. In Laboruntersuchungen sowie Außenexponierungen auf der Plataforma Solar de Almería und an mehreren Wüstenstandorten untersucht die Arbeitsgruppe von DLR-Solarforscher Dr. Florian Sutter die Wirksamkeit und Beständigkeit unterschiedlicher Anti-Schmutz-Beschichtungen. Diese sollen auch in rauen Wüstenklimata ihre schmutzabweisende Wirkung möglichst lange erhalten.
Eine innovative, wassersparende Reinigungsmethode nutzt Tauwasser, das sich in den frühen Morgenstunden auf den Spiegeln sammelt. Der Stuttgarter DLR-Solarforscher Andreas Pfahl entwickelt hierfür eine Abziehvorrichtung, die die Spiegel mit Hilfe der Schwerkraft reinigt.
Heliostat-Spiegelreinigung mittels Tau und einer mit Schwerkraft angetriebenen Abziehvorrichtung. Bilder: DLR
Geringerer Wasserverbrauch durch Trockenkühlung
In einem CSP-Kraftwerk wird Wasser mittels solar erzeugter Hochtemperaturwärme erhitzt und in Dampf umgewandelt, der eine Turbine zur Stromerzeugung antreibt. Dieser Dampf wird anschließend mit Hilfe von Wasser oder Luft abgekühlt und kondensiert wieder zu Wasser, das erneut zur Dampferzeugung eingesetzt werden kann. In einem CSP-Kraftwerk mit konventioneller Wasserkühlung entfallen circa 90 Prozent des Wasserverbrauchs auf die Abführung der Kondensationswärme aus dem Turbinenkreislauf und 10 Prozent auf die Reinigung des Spiegelfelds. Durch die Nutzung von Trockenkühlung mit Luft anstelle von Nasskühlung mittels Wasser kann der Wasserbedarf bereits heute um circa 90 Prozent reduziert werden. Eine Trockenkühlung verringert jedoch durch den Stromverbrauch der Ventilatoren den Wirkungsgrad des Gesamtsystems. Ein Ziel des Projektes WASCOP ist es, die Effizienz der Trocken- und Hybridkühlungstechnologien wesentlich zu steigern.
Weitere teilnehmende Organisationen im Projekt WASCOP- Water Saving for Concentrated Solar Power:
Das auf vier Jahre Laufzeit angelegte Projekt startete im Januar 2016. Es wird vom Horizon2020 Programm gefördert, die Projektkoordination liegt bei Delphine Bourdon vom französichen Commissariat à l’Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives (CEA).