Von heiß bis kalt

Solarforscher testen neues Siliconöl unter Kraftwerksbedingungen

Solarthermische Kraftwerke spielen für die Energiewende in sonnenreichen Weltregionen eine sehr wichtige Rolle, da sie in Kombination mit Wärmespeichern auch nach Sonnenuntergang Strom liefern können. Um die Effizienz von solaren Parabolrinnen-Kraftwerken entscheidend zu steigern, arbeitet ein Konsortium aus Forschung und Industrie unter Leitung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) derzeit an der Verbesserung der in den Absorberrohren eingesetzten Wärmeträgerölen. Momentan wird  – laut Pressemitteilung des DLR vom 14.07.2017 – die Praxistauglichkeit eines von der Wacker Chemie AG neu entwickelten Siliconöls bei Temperaturen bis zu 425 Grad Celsius erprobt.

Weiter heißt es: “Parabolrinnen-Kraftwerke verwenden parabolisch gekrümmte Spiegel, die in Kollektoren angeordnet sind und der Sonne nachgeführt werden. In der Brennlinie eines Kollektors befinden sich die speziellen Absorberrohre mit dem Wärmeträgeröl. Mit der so gewonnenen Wärmeenergie wird Dampf für die Stromgewinnung erzeugt, oder sie wird zur späteren Nutzung gespeichert.”

Realitätsnahe Tests

[note PROMETEO-Testanlage auf der Plataforma Solar de Almería (PSA) – Foto © DLR; Ernsting;]

Im Rahmen des Projektes SITEF (Silicon Fluid Test Facility) testen Wissenschaftler des DLR-Instituts für Solarforschung die sogenannte PROMETEO-Testanlage auf der Plataforma Solar de Almería (PSA) nun erstmals mit dem Wärmeträgeröl HELISOL® 5A über einen Zeitraum von mehreren Monaten im Zusammenspiel mit den verschiedenen Komponenten eines Parabolrinnen-Kraftwerks unter realistischen Bedingungen.

[note Parabolspiegel einer Versuchsanlage in Almería – Foto © DLR, Ernsting]

Vor dem nun beginnenden Testbetrieb habee eine industriefinanzierte Demonstration an derselben Anlage bereits die Betriebsfestigkeit des Öls bis 400° C nachgewiesen. Und in Labortests sei das Siliconöl bereits bis 425° eingesetzt worden. Nun folge der großtechnische Einsatz im SITEF Projekt.

[note DLR-Forscherin in Almería prüft die Reflexionseigenschaften eines Parabolspiegels. Parabolrinnen werden bereits in großen solarthermischen Kraftwerken eingesetzt. Die Forscher arbeiten nun an einer besseren Effizienz, geringerer Wartungsintensität und einer längeren Lebensdauer der einzelnen Bauteile. – Foto © DLR, Ernsting]

Aus der Mitteilung: “Im unteren Temperaturbereich zeichnet sich der neue Wärmeträger durch eine wesentlich höhere Flexibilität aus. Der Erstarrungspunkt liegt bei etwa -55°, wodurch Heizanlagen zum Schutz der Wärmeträgerflüssigkeit vor Kälte generell nicht mehr notwendig sein dürften. Auch in Bezug auf die Alterung des Öls und den unerwünschten Nebeneffekt der Bildung von Wasserstoff weist siliconbasiertes Wärmeträgeröl Vorteile gegenüber dem organischen BP/DPO-Gemisch auf. Zudem spalten Wärmeträgeröle auf Siliconbasis keine kritischen Stoffe wie Benzol ab, was zu einem nachhaltigen und noch sichereren Betrieb solcher Anlagen beiträgt.”

[note Hintergrund

Wasser verdampft bei Umgebungsdruck bereits bei rund 100°. Daher muss es im erhitzten Zustand unter Druck stehen, um nicht zu verdampfen. Bei dem Einsatz von Wasser als Wärmeträger in Absorberrohren muss deshalb, im Vergleich zu Ölen oder Salzschmelzen, mit besonders hohen Drücken gearbeitet werden, was einen gesteigerten technischen Aufwand erfordert. Aus diesem Grund kommen in der Regel spezielle thermische Öle oder zukünftig auch Salzschmelzen zum Einsatz.
Die Anforderungen an die Wärmeträger sind hoch. Sie müssen hohe Temperaturen aushalten können, ohne sich chemisch zu zersetzen. Zudem ist es sehr vorteilhaft, wenn sie auch bei niedrigen Temperaturen flüssig bleiben. Letzteres ist besonders in sonnenreichen Regionen der Erde vorteilhaft, in denen die Umgebungstemperaturen im Laufe des Tages und Jahres stark variieren und oft auch unter dem Gefrierpunkt von Wasser liegen können.
Das zurzeit gängige Wärmeträgeröl in Parabolrinnen-Kraftwerken ist eine Mischung aus Biphenyl und Diphenyloxid (BP/DPO) und weist die höchste thermische Beständigkeit organischer Wärmeträger auf. Dieses Ölgemisch kann bis zu 400° verwendet werden, erstarrt aber bereits bei Temperaturen unterhalb von 12°. Das temperaturbedingte Erstarren des Wärmeträgers kann im Kraftwerksbetrieb besonders schwerwiegende Folgen haben, da das erstarrte Öl Rohrleitungen blockieren oder sogar beschädigen kann.
Um das Öl weiterhin in einem geschlossenen Kreislauf durch die Kilometer langen Rohrleitungen pumpen zu können, müssen aufwändige und im Betrieb teure Heizsysteme installiert werden. Im Regelbetrieb wird das Öl solar auf etwa 400° erhitzt, die Parabolrinnen-Kollektoren könnten jedoch deutlich höhere Temperaturen erzielen, was für Speicherung und Verstromung günstig ist, weil damit der Gesamtwirkungsgrad und die Energieausbeute der Anlage steigen.
Neben dem DLR als Projektkoordinator und der Wacker Chemie AG sind auf Seiten der Industrie die Unternehmen TSK Flagsol, TÜV NORD und Senior Flexonics GmbH beteiligt. Assoziierte Partner sind innogy SE and Rioglass Solar. Auf Seiten der Forschung trägt das spanische CIEMAT (Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas) als Eigentümer der PROMETEO Testanlage in einer mehr als zwei Jahrzehnten währenden Kooperation mit dem DLR zur Steigerung der Effizienz von solaren Kraftwerken bei.
Ziel des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Projektes ist in erster Linie, die Effizienz von Parabolrinnen-Kraftwerken zu steigern und gleichzeitig die Betriebskosten zu reduzieren.’]

->Quelle: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)