Fluidisierte Partikel erhöhen in einem neuartigen Solarenergie-Design die Wärme
Derzeitige Anlagen für konzentrierte Sonnenenergie verwenden zentrale Empfänger mit verschiedenen Optionen für Wärmeträgerflüssigkeiten und Speichermedien. Normalerweise werden diese Materialien und Prozesse separat und jeweils mit ihren spezifischen Einschränkungen betrachtet. Gelegentlich wurden Salzschmelzen sowohl als Wärmeträgerflüssigkeiten als auch als thermisches Energiespeichermedium verwendet. Die chemische Stabilität der Salze begrenzt die Arbeitstemperatur auf 565 °C sowie den Wirkungsgrad der Umwandlung von Wärme in Elektrizität auf etwa 42 %. Das EU-finanzierte Projekt NEXT-CSP verwendet fluidisierte, feuerfeste Partikel (beständig gegen Wärmezersetzung) als Wärmeträgerflüssigkeit und Speichermedium. Sie erhöhen die Betriebstemperatur auf 750 °C und sollten die Effizienz der Anlage für konzentrierte Sonnenenergie erheblich steigern.
Alles andere überragend
NEXT-CSP wählte Olivin (die Quelle von Peridot), ein natürliches Magnesiumsilikat und eines der am häufigsten auf der Erde vorkommenden Mineralien , um die Partikel für die Wärmeträgerflüssigkeit herzustellen. Auch auf technischer Seite waren erhebliche Innovationen notwendig, um die Partikel optimal zu nutzen, dazu zählten die Entwicklung einer geeigneten Solarempfängertechnologie und eines neuen Wärmetauschers aus 1 300 Rohren, in denen die Druckluft des Gasturbinenkompressors strömt, sowie die eines fortschrittlichen kombinierten Zyklus. Die Technologie ist in ein Turmsystem für konzentrierte Sonnenenergie integriert, das aus dem Solarempfänger, dem Wärmespeicher, dem Wärmetauscher, der Gasturbine sowie der Kühlanlage besteht. Der Projektkoordinator Gilles Flamant vom Nationalen Zentrum für wissenschaftliche Forschung in Frankreich erklärt: „Hoch oben auf dem Turm wird die Wärmeträgerflüssigkeit in der Kühlanlage durch Sonnenlicht erwärmt, das auf den neu gestalteten Mehrrohrempfänger reflektiert wird. Sie fließt in den Wärmetank, wo sie aufbewahrt werden kann, bis sie verwendet werden soll. Zu diesem Zeitpunkt strömt sie dann durch den Wärmetauscher, wo Wärme von den Partikeln auf die Druckluft übertragen wird, um die Turbine anzutreiben.“ Um die Herausforderungen im Zusammenhang mit Platz- und Gewichtsbeschränkungen oben im Turm zu bewältigen, wurden alle Komponenten oben auf dem THEMIS 5-MW-Solarturm in Frankreich installiert und validiert.
Hinzufügen von Türmen und Erhöhung der Leistung in der geplanten kommerziellen Anlage
Für das Kraftwerk im kommerziellen Maßstab (150 MW) haben die Forschenden ein Mehrturmkonzept eingeführt, mit dem der Wirkungsgrad des Gesamtzyklus typischer Solarkraftwerke von 42 % auf 48,8 % gesteigert werden soll. Es kann auch als „Spitzen“-Solaranlage betrieben werden und speichert die tagsüber aufgenommene Wärme, die in den Abendstunden während des Spitzenstrombedarfs abgegeben wird, wenn auch die Stromkosten am höchsten sind. Flamant kommt zu dem Schluss: „Unter diesen Bedingungen erwarten wir, dass die nominale Effizienz von Anlagen des Solarkraftwerks mit fluidisierten Partikeln etwa 20 % höher ist als derjenige der derzeitigen hochmodernen Salzschmelztürme. Das Design sollte auch die Stromkosten um etwa 25 % sowie die Kosten des Speichermediums erheblich senken. Wir haben erfolgreich gezeigt, dass feste Partikel eine wichtige und kostengünstige Alternative zu Flüssigkeiten bei der Sammlung und Speicherung von Sonnenenergie in solarthermischen Kraftwerken sein können.“ Die innovative Technologie von NEXT-CSP wurde weltweit patentiert. Die Kommerzialisierung sollte innerhalb der nächsten zehn Jahre beginnen und Verbrauchern sauberen und sicheren Solarstrom, umweltfreundlichere Wärmespeicherung als elektrochemische Batterien sowie einen Wettbewerbsvorteil für die Industrie der konzentrierten Sonnenenergie bieten.
Schlüsselbegriffe
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