Montag, 28. Oktober 2013

Technik aktuell: DLR nimmt neue Testanlage am Solarturm Jülich in Betrieb

Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) haben auf dem Turm des Solarkraftwerks in Jülich eine Receiver-Testanlage in Betrieb genommen. Ein Receiver oder auch Strahlungsempfänger ist die Stelle eines Solarkraftwerkes, an dem die Sonnenstrahlung in Wärme umgewandelt wird. Die Testanlage befindet sich unterhalb des Hauptreceivers, auf einer in den Turm integrierten Forschungsebene. Die federführend im DLR entwickelte neue Generation von Solarreceivern soll die Sonnenenergie deutlich effizienter in Wärme und Strom umwandeln und die Technik damit kostengünstiger machen.

Heiße Luft - effizient und immer verfügbar

Reflektiert von über 2000 Spiegeln treffen die Sonnenstrahlen am Turmkraftwerk in Jülich auf den Strahlungsempfänger. Die Forscher des DLR-Instituts für Solarforschung verfolgen dabei einen neuartigen Ansatz: Die Sonnenstrahlen werden von einem porösen Keramikquader absorbiert und in Wärme umgewandelt, Temperaturen bis 700 Grad Celsius entstehen. Die so entstandene Wärmeenergie wird an die aus der Umgebung angesaugte Luft abgegeben. Die erhitzte Luft strömt durch den Receiver hindurch und führt die Energie einem Kraftwerksprozess zu. Der Solarreceiver kann durch die Nutzung der immer verfügbaren Umgebungsluft besonders robust arbeiten und ist ideal für den Einsatz in trockenen, sonnenreichen Regionen.

Mit diesem Prinzip des sogenannten offenen volumetrischen Receivers arbeitet bereits der Hauptreceiver an der Spitze des 60 Meter hohen Turms in Jülich. An dem Solarkraftwerk, das mit einer elektrischen Leistung von 1,5 Megawatt arbeitet, konnte die Funktionsfähigkeit des Gesamtsystems erstmals in einem Kraftwerk nachgewiesen werden. "Mit der Testanlage geht es nun darum, dieses Prinzip weiterzuentwickeln", sagt Peter Schwarzbözl, der das Projekt beim DLR-Institut für Solarforschung leitet. "Auf der Forschungsebene können wir den Testreceiver leicht umbauen und mit einer umfassenden Messtechnik präzise überwachen. Das sind ideale Voraussetzungen um den Wirkungsgrad der Technologie zu steigern."

Feinere Waben und neue Materialien

Die Forscher testen in den kommenden zwei Jahren vor allem feinere Poren in der Wabenstruktur der Keramik. Zudem werden sie auch Keramikmaterialien mit einer schwammartigen Struktur untersuchen. In beiden Fällen stehen sehr große Oberflächen für den effektiven Austausch der Wärme mit der durchströmenden Luft zur Verfügung. Weiterhin sollen auch neue Materialien, wie zum Bespiel Metall-Legierungen zum Einsatz kommen, mit denen noch feinere poröse Strukturen möglich sind. "Hohe Betriebstemperaturen sind ein wesentlicher Vorteil der Turmtechnologie, wodurch die Solarenergie generell sehr effizient in Strom umgewandelt werden kann. Wenn es gelingt, den Wirkungsgrad der Receiver weiter zu steigern, kommen die Vorteile des Systems noch besser zum Tragen", sagt Peter Schwarzbözl. Das Forschungsprojekt INDUSOL (Industrialisierung von keramischen Solarkomponenten) wird gemeinsam mit dem DLR-Institut für Werkstoffforschung durchgeführt.

In einem weiteren Forschungsprojekt, SiBopS (Simulationsunterstützte Betriebsoptimierung für Solarturmkraftwerke) wird unter anderem eine softwarebasierte Methode zur Optimierung der Zielpunkte der Spiegel auf einem Receiver entwickelt. Hier dient der Testreceiver vor allem zur Validierung von Simulationsmodellen, die in den letzten Jahren am DLR entstanden sind. Im Anschluss steht der Testreceiver für weitere Projekte zur Verfügung, die sich mit der Weiterentwicklung der Technologie des offenen volumetrischen Receivers beschäftigen. Die hier gewonnenen Erkenntnisse fließen direkt in die Konzeption zukünftiger kommerzieller Kraftwerke auf Basis dieser Technologie ein.

Aufbau, Inbetriebnahme und Einsatz der Testanlage werden im Rahmen der Projektförderung finanziert vom Land Nordrhein-Westfalen und dem Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit aufgrund eines Beschlusses des Bundestags. Gefördert vom Land Nordrhein-Westfalen wird das Solarthermische Versuchskraftwerk Jülich im Verbund mit Partnern aus Industrie und Forschung durch ergänzende Anlagen zu einem Solarforschungszentrum weiterentwickelt.


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Anmerkung der Herausgeber von LEXEGESE: Der Beitrag ist ursprünglich auf dem Online-Portal des DLR erschienen und wird hier mit freundlicher Genehmigung des DLR wiedergegeben.

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