Aktuell / 02.10.2015

Solarthermische Kraftwerke mit direkter Dampferzeugung

Beim Direktverdampferkonzept zirkuliert Wasser als Wärmeträgermedium im Receiverrohr. Es verdampft dort, wird überhitzt und kann direkt zum Antrieb einer Turbine genutzt werden. (Quelle: DLR (QFly); PSA)

Bisher zirkulierte in den Receiverrohren von Parabolrinnenkraftwerken ein Öl als Wärmeträgermedium. Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft und Raumfahrt (DLR) erproben auf der Forschungsplattform im spanischen Almeria ein neues Konzept. Dabei wird direkt Wasserdampf in den Rohren als Wärmeträger eingesetzt. So lassen sich höhere Betriebstemperaturen erreichen und durch den Verzicht auf die zwischengeschaltete Wärmeübertragung entfällt eine Verlustquelle. Durch die direkte Dampferzeugung verbessert sich die Wirtschaftlichkeit von Parabolrinnnenkraftwerken.

Mit dem Forschungskonzept DUKE entwickeln und erproben Wissenschaftler des DLR das Durchlaufkonzept für Solarthermische Kraftwerke. Das als Wärmeträgermedium eingesetzte Wasser verdampft auf dem Weg durch den einen Kilometer langen Receiverstrang und wird als Wasserdampf weiter erhitzt. Der so überhitzte Dampf kommt mit einer Temperatur von bis zu 550 °C und einem Druck von 110 bar den in der konventionellen Kraftwerkstechnik üblichen Parametern recht nahe. Der Dampf kann direkt – und daher wird das Konzept Direktverdampfung genannt – zum Antrieb einer Turbine eingesetzt werden.

Direktverdampfung statt Rezirkulation

Bisher setzten Direktverdampfungsanlagen auf das Rezirkulationskonzept. Dabei durchströmt das Wärmeträgermedium Wasser drei Bereiche: im Verdampfer wird Dampf erzeugt, in der Dampftrommel wird Dampf vom flüssigen Wasser getrennt und im letzten Teil des Solarfelds wird die Dampftemperatur dann weiter erhöht. Beim neuen Konzept DUKE ist das anders. Hier durchströmt das Wasser ein durchgängiges Receiverrohr und wird als Dampf dabei überhitzt. Diese Herangehensweise stellt höhere Anforderungen an die Regelung als das bisherige Konzept. Durchziehende Wolken erfordern bei DUKE eine schnelle Reaktion, während beim Rezirkulationskonzept deren Einfluss durch die Dampftrommel gedämpft war. Bei der Direktverdampfung werden daher Strahlungsmessungen und Messungen der Dampftemperatur weiterentwickelt, um die Regelung automatisch auf die aktuelle Einstrahlung anzupassen.

Vorteile des Konzepts

Im DUKE-Konzept ist der Receiverstrang skalierbar, da jedes Teil identisch aufgebaut ist. Für ein großes Kraftwerk müssen daher nur mehrere Receiverstränge parallel errichtet werden, bis die gewünschte Leistung erreicht ist. Die Testanlage erreicht bei guter Einstrahlung mit einem Kilometer Länge rund 3 MW thermisch.

Das Wärmeträgermedium Wasser bzw. Dampf ermöglicht höhere Temperaturen als die bisher eingesetzten Öle. Diese erreichen bei ca. 400 °C ihre Grenzbereiche. Die Menge des Wassers im Kollektorstrang muss ständig den Einstrahlungsbedingungen angepasst werden, damit auch beispielsweise bei durchziehenden Wolken die Temperatur konstant bleibt und die Dampfturbine nicht aus Sicherheitsgründen zwangsweise abgeschaltet werden muss. Im System lässt sich neues Wasser an drei Stellen einspeisen, um so die Betriebsparameter und damit die Temperatur schnell ändern zu können.

Eine Folgeprojekt ist geplant, um die notwendigen Langzeiterfahrungen zu sammeln.

Projektpartner

Industriepartner

Solarlite

Projektstandort

Plataforma Solar de Almería (PSA)