Sonnenfänger im Schleudergang

Das Turmkraftwerk in Jülich dient als Pilotanlage und Referenz für kommerzielle Kraftwerke in Südeuropa und Nordafrika. Ein nahezu baugleiches Kraftwerk befindet sich derzeit in Algerien in der detaillierten Planung. In Deutschland entwickelte Technologie kommt damit in den sonnenreichen Regionen der Erde zum Einsatz. Dort haben solarthermische Kraftwerke ihr größtes Potenzial, sie spielen auch beim Wüstenstromprojekt Desertec eine tragende Rolle. (Bild: DLR/Lannert)

Das Turmkraftwerk in Jülich dient als Pilotanlage und Referenz für kommerzielle Kraftwerke in Südeuropa und Nordafrika. In sonnenreichen Regionen haben solarthermische Kraftwerke ihr größtes Potenzial, sie spielen auch beim Wüsten­strom­projekt Desertec eine tragende Rolle. (Bild: DLR/Lannert)

In einem neuartigen für Solarturm-Kraftwerke entwickelten Strahlungs­empfänger werden zirka ein Millimeter große Keramik­partikel bis auf tausend Grad  aufgeheizt. Der sich drehende Receiver hält die Partikel durch die Zentri­fugal­kraft so lange in der Trommel, bis sie heiß genug sind, um zum Bespiel die Dampf­turbine eines Kraftwerks anzutreiben. Einen ersten Receiver-Prototyp entwickelte das Institut für Solar­forschung am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Stuttgart.

In einem Solarturm-Kraftwerk konzentrieren viele Heliostate die Sonnenstrahlen und reflektieren sie zur Spitze des Turms, wo die Strahlung vom Strahlungsempfänger oder Receiver aufgefangen und in Wärme umgewandelt wird. Bei dem neuartigen Konzept CentRec werden die Keramik­partikel direkt im Receiver bestrahlt, absorbieren die Sonnen­strahlen und wandeln sie in Wärme um. Die heißen Partikel purzeln dann nach und nach aus dem schräg nach unten geneigten wasch­trommel­artigen Receiver in wärmeisolierte Behälter. Dort kann die solare Wärmeenergie direkt genutzt und zur Strom­produktion in den Kraftwerks­prozess eingekoppelt werden. Ein weiterer Vorteil des Konzepts ist, dass sich die aufgeheizten Keramik­partikel auch als Speicher­medium nutzen lassen, in dem man sie in drucklosen, isolierten Behältern lagert. Mit der so gespeicherten Wärme­energie ist ein Kraftwerk auch nach Sonnenuntergang in der Lage, Strom ins Netz einzuspeisen.

Einen wichtigen Vorteil des CentRec Konzepts sieht Reiner Buck, Abteilungs­leiter für Punkt­fokus­sierende Systeme am DLR-Institut für Solar­­forschung auch in seiner großen Flexibilität: „Durch die Umdrehungs­geschwindigkeit der Trommel lässt sich die Verweil­dauer der Partikel im Receiver und damit ihre Temperatur beim Austritt bestimmen – je nach dem für welchen Prozess die Wärme­energie einsetzt werden soll.“ Neben der Nutzung im Kraftwerks­prozess kann die in den Keramik­partikeln gespeicherte Wärme­energie auch als Hoch­temperatur-Prozess­wärme im Industrie­bereich eingesetzt werden. Für einen solchen Einsatz lassen sich die aufgeheizten Partikel, die eine sehr hohe Energie­dichte aufweisen, ohne großen Aufwand zu ihrem Einsatzort transportieren.

Die Keramikpartikel lassen sich auf bis zu tausend Grad Celsius aufheizen. Das ist deutlich heißer als das bislang in Kraftwerken als Wärme­übertrager eingesetzte Salzfluid, das nur auf 565 Grad Celsius aufgeheizt werden kann. „Mit den Keramik­partikeln können die Kraftwerks­betreiber mit höheren Prozess­temperaturen zwischen 600 und 800 Grad Celsius arbeiten und einen höheren Wirkungsgrad im Kraftwerksprozess erreichen“, beschreibt Buck. Geringere Strom­gestehungs­kosten erwarten die Forscher auch durch die relativ niedrigen Komponenten­kosten des Systems, insbesondere des Receivers und der Keramik­partikel.

Der Receiver-Prototyp mit einer Leistung von zehn Kilowatt wurde im DLR-Hochleistungs­strahler am Sonnenofen in Köln erfolgreich getestet. Im kommenden Jahr erproben die DLR-Forscher das CentRec-Konzept am DLR-Solarturm in Jülich mit einem größeren Zentrifugal­receiver mit einer Leistung von 500 Kilowatt. (Quelle: DLR)

Links: Solarthermisches Versuchskraftwerk JülichDLR-Institut für Solarforschung, Köln-Porz / Stuttgart

 

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