Wirtschaftlichkeit und Flexibilität eines Dampfkreislaufs mit überkritischem CO2 statt Wasser
Kann der Einsatz von überkritischem CO2 den Wirkungsgrad, die Wirtschaftlichkeit und die Flexibilität von thermischen Kraftwerken und im speziellen von solarthermischen Kraftwerken signifikant verbessern? Diesen Fragen gehen Forschende des Instituts für Solarforschung, der Technische Universität Dresden und aus dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf gemeinsam mit dem Industriepartner Siemens Energy im Rahmen des Forschungsprojekt Carbosola auf den Grund. Dafür vergleichen sie die Wirtschaftlichkeit einen sCO2-Dampfkreislaufs mit der eines modernen Wasser-Dampfkreislaufs.
Die Erkenntnisse des Projekts Carbosola sollen außerdem dazu dienen, die Entwicklung von Komponenten und Systemen für einen sCO2 Kraftwerksblock in kommerziellen solarthermischen Kraftwerken zu erleichtern. Verschiedene Studien zur Nutzung von sCO2 in Kernkraftwerken, Gasturbinen-Kombikraftwerken und auch in solarthermischen Kraftwerken zeigen mögliche Vorteile auf, basieren jedoch häufig auf groben Kostenschätzungen. Die Technologie selbst wurde noch für keine Kraftwerksanwendung bis zur Marktreife gebracht.
Der Schwerpunkt von Teil 1 des Projekts liegt auf der technisch-wirtschaftlichen Tragfähigkeit von sCO2-Stromkreisläufen mit zwei verschiedenen Wärmequellen:
Ziel ist es, Komponenten und Prozessparameter so aufeinander abzustimmen, dass sich die niedrigsten Stromgestehungskosten ergeben. Um dies zu erreichen, werden im Rahmen des Projekts Leistungs- und Kostenmodelle entwickelt und unter verschiedenen Annahmen simuliert. Dies ermöglicht, die Auswirkungen von Änderungen an der Anlage auf die Stromgestehungskosten zu berechnen und mit dem Stand der Technik vergleichen.
In Teil 2 des Projekts konzipieren und errichten die Projektbeteiligten einen leistungsfähigen sCO2-Teststand, um die Ergebnisse aus Simulation und Analyse in der Praxis überprüfen zu können. Damit wird es möglich sein, Komponenten für sCO2-Prozesse unter den gleichen Betriebsbedingungen wie in kommerziellen Kraftwerken (bis 650 °C und 300 bar) zu testen. Die erste Stufe der Anlage wird eine maximale thermische Leistung von 200 Kilowatt haben. Darüber hinaus wird eine Multi-Megawatt sCO2-Demonstrationsschleife konzipiert, um die technologische Reife des Gesamtsystems weiter voranzutreiben.
Die Forschenden des DLR-Instituts für Solarforschung sind für die techno-ökonomische Bewertung von sCO2-Kreisläufen für Hochtemperatur-CSP-Anlagen verantwortlich. Gemeinsam mit den Projektbeteiligten vonSiemens Energy entwickeln sie thermodynamische Modelle, erstellen Kostenkorrelationen für sCO2-Komponenten sowie für CSP-Systeme und untersuchen Verbesserungen an Komponenten und Prozessen, die das Potenzial haben, die Energiekosten zu senken.
Siemens Energy
Technische Universität Dresden
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf