Weiterentwicklung des luftgestützten Verfahrens zur Charakterisierung von Heliostatfeldern und Vorbereitung für die industrielle Anwendung
In solarthermischen Turmsystemen sind Heliostaten eine Schlüsselkomponente. Bisher übliche Verfahren zur Kalibrierung der Heliostaten-Orientierung sind sehr zeit- und daher kostenaufwendig, da sie die Heliostaten vom Boden aus sequentiell und einzeln über ihren Brennfleck auf einer weißen Zielfläche am Solarturm (Target) kalibrieren und den Kraftwerksbetrieb unterbrechen. Dies gilt vor allem für die Phase der Inbetriebnahme eines neuen Kraftwerks. Innovative Verfahren, die Flugdrohnen einsetzen, erlauben es, die Spiegel in wesentlich kürzerer Zeit zu kalibrieren. Die luftgestützte Kalibrierung lässt sich wesentlich schneller durchführen als die herkömmliche Methode und ist daher kostengünstiger. Im vorangegangenen Verbundvorhaben HelioPoint haben Forscherinnen und Forscher aus dem DLR gemeinsam mit Partnern ein solches Verfahren an der spanischen Versuchsanlage Plataforma Solar de Almería (CIEMAT) und im solarthermischen Versuchskraftwerks des DLR in Jülich entwickelt und erprobt. Bevor es in großen kommerziellen Kraftwerken zum Einsatz kommen kann, sind jedoch noch weitere Entwicklungsarbeiten erforderlich.
Das Nachfolgeprojekt HelioPoint-II hat zum Ziel, die bereits vorhandene Methodik so zu erweitern, dass sie auch den Anforderungen für den Einsatz in kommerziellen Solarturmkraftwerken mit einer großen Anzahl einzumessender Heliostaten genügt. Dazu ist das Hochskalieren des Verfahrens auf kommerzielle Kraftwerksgröße notwendig, welches mit einer größeren Genauigkeit und höheren Geschwindigkeit einher geht, wie sie für den Einsatz im industriellen Umfeld gefordert sind. Die einzelne Kalibrierung der Heliostate ist in kommerziellen Solarturmkraftwerken nicht mehr manuell möglich.
Im Projekt HelioPoint-II werden das Institut für Solarforschung und das Unternehmen CSP Services einzelne Elemente des neuen Verfahrens genauer untersuchen, weiter verbessern und auf den industriellen Einsatz für unterschiedliche Heliostatentechnologien anpassen, sodass diese für verschiedene Heliostatentypen anwendbar ist. Im Fokus der Arbeiten des DLR stehen:
Die neue Generation von Flugdrohnen (engl. unmanned aerial vehical, UAV) und eine weiterentwickelte Kameratechnik eröffnet neue Möglichkeiten zur Lösung von technischen Herausforderungen beim Einsatz in Solarkraftwerken. Als Hardware sind nun auch für kommerzielle Drohnen hochgenaue Positionierungsverfahren wie Real-Time Kinematic (RTK) und Post-processed Kinematic (PPK) verfügbar, die in Echtzeit oder durch eine Nachkorrektur eine bessere Positionsanzeige verfügen als bisher.
Zur Validierung der Methode wird das Heliostatenfeld eines assoziierten Industriepartners mit der geforderten Genauigkeit und Geschwindigkeit kalibriert und manuelle Vergleichsmessungen durchgeführt. Ziel ist es, die Tests in einem kommerziellen Turmkraftwerk in Spanien durchzuführen und das Verfahren im industriellen Umfeld zu erproben.
Grundsätzlich bietet das innovative, luftgestützte Kalibrationsverfahren erhebliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Methoden, die mit dem Sonnenstand arbeiten. Die HelioPoint-Messtechnik funktioniert zu jeder Jahreszeit und unabhängig vom Sonnenstand. Zudem ist es mit der neuen Methode nicht mehr nötig, die Spiegel sequentiell und zeitintensiv auf eine Zielfläche am Solarturm (Target) auszurichten. Die Kalibration kann bereits vor Inbetriebnahme des Kraftwerks erfolgen, unabhängig vom Baufortschritt anderer Kraftwerkskomponenten. Die erheblich verkürzte Messdauer des Verfahrens bei kommerziell angemessenem Aufwand senkt nicht nur die Kosten der Kalibrierung, sondern kann auch die Bauzeit eines Kraftwerks verkürzen. Dies ist ein enormer Vorteil gegenüber etablierten Verfahren. Das luftgestützte Verfahren ermöglicht einem neuen Kraftwerk ein schnelleres Hochfahren, sodass es seine Nennleistung ein Jahr früher erreicht. Modellrechnungen des Konsortiums zeigen, dass dadurch die Stromgestehungskosten eines Kraftwerks (LCOE) um 1,2 Prozent sinken und technische Risiken, etwa durch schlecht kalibrierte Heliostaten, die Turm- oder Kraftwerksbereiche schädigen können, reduziert werden.
Gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz