Solarthermie – Sonnenkraftwerke – Turmkraftwerk

Die Solarturmkraftwerke stellen die effiziente Ergänzungstechnologie für die allgemein bekannteren Rinnenkraftwerke dar. Dabei sind die Turmkraftwerke nicht nur reaktionsschneller, sondern haben auch einen wesentlich höheren Wirkungsgrad.

Ursache dafür ist die wesentlich höhere Temperatur: je höher die Absorptionswärme ist, umso höher ist die Energieeffizienz. Erzeugt wird die nutzbare Energie dabei im Solarabsorber.

 

Vereinfacht dargestellt wird die Sonnenstrahlung von den Spiegeln auf die Oberfläche der Absorber in der Turmspitze konzentriert.

Diese heizen sich auf an die 1.000 0C auf und geben die transformierte Sonnenstrahlungshitze an die den Absorber durchströmende Luft ab.

Mit der heißen Luft wird konventionell Dampf erzeugt und die Turbine zur Stromerzeugung angetrieben.

Überschüssige Hitze kann zur Speicherung genutzt werden.

 

 

 

Herzstück und Dreh- und Angelpunkt der Turmkraftwerkstechnik ist der in der Turmspitze sitzende Solarthermieabsorber. Dieser ist für die Aufnahme der Sonnenenergie, deren Umwandlung in Hitze und die Transformierung an die das Kraftwerk antreibende Luft verantwortlich.

Mit der Leistungsfähigkeit des Absorbers steigt und fällt der Wirkungsgrad des Kraftwerkes.

 

Dabei sind die Spiegel (Heliostaten), die Wärmetauscher (Verdampfer) und die Turbinen altbewährte wartungsarme Technologien, welche durch die Absorbertechnologie zu neuer Höchstleistung veranlasst werden. Durch die sehr hohen Absorbertemperaturen steigt auch der Wirkungsgrad nachgeschalteter Wärmespeicher an.

 

Die Solarabsorbertechnologie der Bauer Technologies weicht insofern vom Stand der Technik ab, als diese nicht aus der modifizierten Filtertechnik (DPF) gewonnen werden, sondern mit speziell entwickelten Siliziumcarbiden absorptions- und strömungsoptimiert aus verschiedenen Rezepturen und Strukturen in der 3D-Siebdrucktechnologie aufgebaut werden.

Dabei wird die oberste Ebene des Absorbers der Sonnenein-strahlung aus einem absorptionsmodifiziertem SiC, nur wenige zehntel Millimeter stark, ausgesetzt.

 

In der zweiten Absorberebene, ebenfalls noch eine relativ dichte strömungsoptimierte Absorptionsebene, wird die Tiefenstrahlung der Sonnenstrahlen (bis zu 5 mm) absorbiert und von dort an die dritte Absorberebene zur Abgabe der Hitze an die durchströmende Luft übergeben.

Mit der Technologie aus Absorbergeometrie, Rezepturen,

3D-Siebdruckformgebung und der speziellen Brenntechnologie der Bauer Technologies GmbH sind so Leistungssteigerungen von mehr als 8%, künftig möglicherweise auch zweistellig, da ein hohes Optimierungspotenzial besteht, möglich geworden.

 

Das bedeutet, dass ein Kraftwerk mit den BTec Absorbern ausgerüstet z.b. 20 Jahre lang fast 110% und mehr Strom erzeugen kann.

 

Ökonomisch und energetisch eine Perspektive um die in der Solarkraftwerkstechnik angestrebten 10% Anteile an Turmkraftwerksstrom zu erreichen.

 

In der Kraftwerkstechnik der solaren Energiegewinnung sind die Turmkraftwerke noch relativ jung gegenüber den Rinnen-kraftwerken und befinden sich in der ersten Industrialisierungsphase.

 

Mit dem Solarturmkraftwerk der Stadt Jülich, dem Solarinstitut Jülich und der Deutschen Luft- und Raumfahrtgesellschaft wurde das erste deutsche kommerziell betriebene Turmkraftwerk, welches auch zu Forschungszwecken genutzt werden kann, in Betrieb genommen.

 

Obwohl die Solarthermieabsorber das Herz des Turmkraftwerkes darstellen, nehmen die Absorber nur 10% der Kraftwerks-entstehungskosten ein und sind in der Regel kaum an Wartungs- und Betriebskosten beteiligt.

 

Einige Parameter für die Solarabsorber im Überblick:

 

Parameter

Wirkungsspektrum

SdT

BTec

Absorberfläche

Oberfläche zur Strahlungsaufnahme

200 cm²

200 cm²

Absorberhöhe

zur Transformation nötige Bautiefe

1

0,3

Absorbergewicht

Volumenleistung-Reaktionsgeschwindigkeit

1 dicht

3 porös

Leistung

kW Leistung pro Absorbermodul

100 %

108 %

Angaben jeweils etwa; SdT-Stand der Technik; BTec – Bauer Technologies GmbH

 

Auszug an besonderen Eigenschaften des BTec Solarthermieabsorbers

 

-                     3 Funktionsebenen (SdT: 1)

-                     3 funktionale Rezepturen (SdT: 1)

-                     2 funktionale Kanalformen (SdT: 1)

-                     Materialporosität hoch (SdT: niedrig)

-                     hohe Temperaturwechselbeständigkeit 1.000 0C/s   

-                     Anwendungsgrenztemperatur > 1.350 0C (Oxidationsbeständigkeit)

-                     Strukturoptimierbar in jeder Ebene und Tiefe

 

Durch die besondere Struktur, Rezeptur- und Brenntechnik erreichen wir eine hohe Sicherheit gegen Versagen durch Bruch. Mit dazu beigetragen hat die 3D-Siebdruckformgebung, da hier durch die Lagenpackung der Druckebenen (ca. 1.200 Drucklagen aufeinander) ein texturfreies biegebruchfestes und vor allem temperaturwechselbeständiges homogenes poröses Material entsteht.

 

 

Die für den Solarturm entwickelte Technologie bietet eine Reihe von weiteren Anwendungsmöglichkeiten, so zum Beispiel im solarbetriebenen Dish-Sterling Generator, in lokalen Wassererhitzern und vielen mehr.

 

Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen:

 

DPF    -            Dieselrusspartikelfilter

SiC     -            Siliziumkarbid

0C       -            Grad Celsius

mm     -            Millimeter

BTec   -            Absorbertechnologie der Bauer Technologies

SdT     -            Stand der Technik

kW      -            Kilowatt Leistungsangabe