Solarforschung Quellenangabe 1 Ziele bei der Entwicklung von solarthermischen Kraftwerken Von Robert Pitz-Paal Bernhard Hoffschmidt 67. Physikertagung Hannover 2003 Arbeitskreis Energie in der Deutschen Physikalischen Gesellschaft am 24.-28. März 2003 Bad Honnef
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Solarforschung Quellenangabe 1 Ziele bei der Entwicklung von solarthermischen Kraftwerken Von Robert Pitz-Paal Bernhard Hoffschmidt 67. Physikertagung.
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Ziele bei der Entwicklung von solarthermischen Kraftwerken
Von Robert Pitz-PaalBernhard Hoffschmidt
67. Physikertagung Hannover 2003Arbeitskreis Energie in der
Deutschen Physikalischen Gesellschaftam 24.-28. März 2003 Bad Honnef
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Übersicht
Einkopplung von Solarenergie in konventionelle Kraftwerke
Kostensenkung durch Effizienzsteigerung Direktverdampfung (Parabolrinnen) Einkopplung in Gasturbinenkraftwerke
(Turmkraftwerke) Steigerung von Erlösen durch thermische Energiespeicher
Steigerung von Erlösen durch thermische Energiespeicher• Pufferspeicher• Abgabe-Management • Erhöhung des
Kapazitätsfaktors• Reduzierter
Teillastbetrieb• Größerer Solaranteil
Energiespeicher sind unbedingt erforderlich für die erfolgreiche Markteinführung solarthermischer KraftwerkeEffiziente Speichertechnologie mit hohe Lebensdauer und niedrigen spezifischen Kosten
=> Verbesserter Wirkungsgrad=> Niedrigere Stromgestehungskosten (LEC) => Reduktion der CO2-Emissionen
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Einfluß von Speichergöße und Speicherkosten auf die Stromgestehungskosten
Speicherkonzepte für ParabolrinnenNutzbare Temperaturdifferenz im Speicher nur 100 K 290 °C -> 390°C !Direkte thermische Energiespeicher
Wärmeträgerfluid (WTF) ist auch Speichermedium=> nicht wirtschaftlich (WTF und Druckbehälter zu teuer)
Indirekte thermische EnergiespeicherRegenerator-Systeme: WTF transportiert Energie zu und von
einem festen,flüssigen oder latenten Speichermaterial=> Flüssig-Salz 2-Tank Speicher (Übertragung vom Turmkraftwerk aber 3 x so teuer)=> Hybride (latent/sensibel) Wärmespeicher für
Wasser/Dampf-Systemebislang nicht entwickelt=> Feststoffspeicher mit Beton oder Gießkeramik (Projekt
WESPE, BMU)
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Schnitt durch einen Betonspeicher
•Exzellenter Kontakt zwischen Rohr und Beton
•Keine großen Blasen
•Geringe Porosität•Geschätze
Kosten für 450 MWh Speicher ca. 18 Euro/kWh
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Speicherkonzepte für TurmkraftwerkeNutzbare Temperaturdifferenz im Speicher 300 - 700 K !Salzschmelze als Wärmeträgerfluid und Speichermedium
2-Behälter: Heißspeicher und Kaltspeicher (Realsiert 105 MWh)
Nachteile: Teures Speichermedium und eine aufwendige Begleitheizung ist notwendig
Feststoffschüttung als Speichermedium und Luft als Wärmeträgerfluid
1 Behälter mit keramischen Füllkörpern (realisert 3 MWh)Nachteile: Der Druckverlust steigt mit der Speichergröße und
es ist nur eine unvollständige Nutzung des Speichermaterials
möglich
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Neuer Ansatz: Sand als Speichermedium für Luftsysteme
billiges Speichermaterial drucklose Speicherung kein Einfrieren des Speichermaterials keine Umweltgefährdung durch das
Speichermaterial der Heißspeicher kann zu 100% genutzt werden der Druckverlust des Wärmetauschers und des
Fließbettkühlers ist unabhängig von der Größe des Speichers
der heiße Sand gelangt über ein einfaches Fallrohr in den Heißspeicher und von dort weiter in den Fließbettkühler, es ist keine Förderanlage für dieses heiße Material notwendig
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Fließbild der AnlageReceiver
KaltspeicherHeißspeicher
Fließbettkühler
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Sand-Luft Wärmetauscher
Turbine
•Konzept patentiert
•Zur Zeit mit Inustriepartner detailliert untersucht
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Vergleich Speicherdichte/Kosten für das Medium
•Konzept patentiert
•Zur Zeit mit Inustriepartner detailliert untersucht
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Speichermasse Kosten des Speichermaterials Speichervolumen
150°C - 800°C
150°C - 800°C 150°C - 500°C
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Zusammenfassung und Ausblick Solarthermische Kraftwerke stehen in Europa kurz vor der
Markteinführung Heutige europäische Technologie basiert auf
Parabolrinnen mit Thermoöl oder Turmkraftwerke mit atmosphärischem Luftreceiver
Stromgestehungskosten für diese ersten Anlagen in Südeuropa liegen bei etwa 15 cents/kWh
Kostensenkung durch Effizienzsteigerung setzt auf höhere Betriebstemperaturen: d.h. Direktverdampfung in Parabolrinnen bzw. Heißluft in die Gasturbine bei Turmkraftwerken
Kostengünstige thermische Energiespeicher verbessern die Erlössituation eines Kraftwerks erheblich: Vielversprechend sind Betonspeicher für die Parabolrinne und Sandspeicher für Turmkraftwerke