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OPtimization of a Thermal energy Storage system with integrated Steam Generator

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Thermische Energiespeicherung bei hohen Temperaturen

Bei Kraftwerken, die mit erneuerbaren Energiequellen arbeiten, kommt es immer wieder zu Diskontinuitäten in der Versorgung. Eine wichtige Maßgabe ist daher, Energie während des Betriebs speichern und bei Bedarf bereitstellen zu können.

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Einer der größten Vorteile von Solarkonzentratoren (CSP) als erneuerbarer Energiequelle ist, dass für das Speichern thermischer Energie relativ kostengünstige thermische Energiespeichersysteme (TES) verwendet werden können. Als optimal hat sich bislang die reine Wärme eines geschmolzenen Salzes erwiesen, das durch Sonnenstrahlung auf die gewünschte Temperatur erwärmt wird. Das EU-finanzierte Projekt OPTS (Optimization of a thermal energy storage system with integrated steam generator) sollte ein innovatives TES-System für die nächste Generation von CSP-Anlagen entwickeln, bei dem ein einzelner Tank die effiziente und innovative Energiespeicherung gewährleistet. Experimentelle Ergebnisse und Modelle zeigten, dass es möglich ist, die Schichtung (Thermokline) geschmolzener Salze sowohl zur Wärmeübertragung als auch -speicherung zu nutzen. Gleichzeitig wurde ein integrierter Dampferzeuger für größere CSP-Anlagen konzipiert. Hierfür sollte das innovative Konzept für relevante Maßstäbe geprüft werden, was aber nicht abgeschlossen werden konnte, da einer der Industriepartner die Mitarbeit beendete. Modellergebnisse, experimentelle Daten und vorläufige Kostenanalysen der Komponenten legen jedoch nahe, dass die neue Technologie von OPTS effektiver und wettbewerbsfähiger ist als CSP-Speicher. Da die gleiche geschmolzene Salzmischung zur Wärmeübertragung und –speicherung verwendet werden kann, sind keine teuren Wärmetauscher zwischen verschiedenen Prozessflüssigkeiten mehr nötig. Zudem kann das Wärmeübertragungsmedium auf höherer Temperatur gehalten werden als dies bei Ölen der Fall ist, was die Betriebskosten des TES senkt. Die Schichtung der Salzmischung wird durch die relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit hergestellt und aufrechterhalten. Salze verhalten sich wie thermische Isolatoren, die die Wärmeleitung zwischen den einzelnen Schichten verhindern. Das OPTS-Team dokumentierte thermophysikalische Eigenschaften, Materialverträglichkeit und Wärmetransport der verwendeten Salzschmelze. Teil des Projekts war auch die Modellierung der Heiß-/Kaltübergangszone, des Wärmeaustauschverhaltens, des TES-Einflusses auf die CSP-Anlage und das Design eines Testabschnitts. Die erfolgreiche Demonstration der Skalierbarkeit der Technologie (bis zu einem 12,5 MWth-System) wird die Einführung in bestehende CSP-Anlagen fördern und dazu beitragen, dass die Branche die ehrgeizigen europäischen Ziele bei der Nutzung von Solarenergie erreicht.

Schlüsselbegriffe

Thermische Energiespeicherung, erneuerbare Energie, konzentrierte Sonnenenergie, geschmolzenes Salz, OPTS

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