Konzentrierende Solarsysteme – Strom, Wärme und Brennstoff für eine nachhaltige Energieversorgung Robert Pitz-Paal

Konzentrierende Solarsysteme – Strom, Wärme und Brennstoff für eine nachhaltige Energieversorgung

Robert Pitz-Paal

Folie 2 > Solarforschung > Pitz-PaalInstitutsüberprüfung > 09.03.2006

Parabolrinne Solarturm Dish Stirling

Konzentrierende Solarsysteme


Parabolic Trough Power Tower

Konzentrierende Solarsysteme

Energieübertragung im MW - Maßstab

Stromerzeugung heute 900 GWh pro Jahr

Großtechnische netzgekoppelteStromerzeugung

neue Kraftwerke weltweit im Bau (15-20 cents/kWh)

PS 10 Spanien

Nevada

Empoli

potentiell 15 GW bis2020 mit 5- 8 cents/kWh

1 9 8 0 1 9 9 0 2 0 0 0 2 0 1 0 2 0 2 0

Sol

ar G

ener

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ents

/kW

h

1 5

2 5

5 0

8

1 0 0

S p a n is hP r e m iu m s2 0 0 0 k W h / m ²

S E G S I I I - V I I

R & DD e m o

G r a n t s

I E A S S P S , C E S A - I

S O L A R O N E

S O L A R T W O

C a l i f o r n iaP r e m iu m s

2 7 0 0 k W h / m ² a

S E G S - I

S E G S - I I

S E G S V I I I - I X

G r e e nP r i c in g

R & D a n dD E M OP h a s e

C a l i f o r n i aS u b s i d i z e d

M a r k e t s

E u r o p e a nS u b s i d i z e d

M a r k e t s

G r e e nP o w e r

M a r k e t s

A n d a S o l 1

A n d a S o l N

S o l a r T r e sP S 1 0 Next

Generation Technology

New Market Entry

Deutsche Unternehmen sind führende Hersteller und Entwickler

KraftanlagenAnlagentechnikMünchen

und zahlreiche weitere…


Ziele für die Solarforschung 2004 – 2008 aus der HGF

Ziele 1: Kurzfristig

Unterstützung der Industrie bei Implementierung von ersten Solarkraftwerken in Europa

Ziel 2: Mittelfristig

Beiträge zur Kostensenkung und zum nachhaltigen Marktdurchbruch

Ziel 3: Langfristig

Vorbereitung der langfristigen Option zur chemischen Speicherung von Solarstrahlung (auch Brennstofferzeugung)


Vernetzung

RWTH AachenUni Stuttgart

Solarforschung

ITT

SpeichertechnikSystemanalyse

Satellitenfernerkundung

Gasturbinentechnik

DLR

DLR Center of Excellence„Konzentrierende Solarsysteme“

2006 – 2008

Industrie

CIEMATSOLLAB

SolarPACES


Direkte solare Dampferzeugung DISS


Direkte solare Dampferzeugung DISSThermohydraulik

Blasen Ring WellenSchwallWasser Dampf


Dampfmassenstrom

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

10.50 11.00 11.50 12.00 12.50 13.00 13.50 14.00 14.50 15.00 15.50

Zeit

Mas

senst

rom

[kg

/s]

Druck Kollektoreintritt

30

32

34

36

38

40

42

10.50 11.00 11.50 12.00 12.50 13.00 13.50 14.00 14.50 15.00 15.50

Zeit

Dru

ck [bar

]

Direktstrahlung

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

10.5011.0011.5012.0012.5013.0013.5014.0014.5015.0015.50

Zeit

DN

I [W

/m2̂]

Eintrittsmassenstrom

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

10.50 11.00 11.50 12.00 12.50 13.00 13.50 14.00 14.50 15.00 15.50

Zeit

Mass

enst

rom

[kg/s

]

Testsignale

Direkte solare Dampferzeugung DISSRegelung

k={-1}

GMas...

Fee...mh p

Global0

k={0}

Global...

Life...mh p

minlet0

k={1.0...minlet1

Konst...

k={31....

minlet...

k={0}

hinl

et0

k={6

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hinl

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minlet2minlet3

minletI...

minletI...

k={0.0...minletI...minletI...

k={-1}

GMas...

minlet...

K...n

S...1

Life...mh p

K...n Pi... Pi... Pi...K...n Pi... K...n Pi... K...n Pi...

Inj...1

Wa...mh p

Inj...1

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k={0.5}minlet...

Life...mh p

k={-1}

GMas...

minlet4

minletI...

Dynamisches Modell


Direkte solare Dampferzeugung DISSRegelung

300

320

340

360

380

400

420

11 13 15 17 19 21Zeit in h

Tem

pe

ratu

r in

°C

0

20

40

60

80

100

120

Dru

ck in

ba

r, D

ire

ktst

rah

lun

g in

W/m

^2/1

0

Temperatur

Druck

Direktstrahlung


Direkte solare Dampferzeugung DISSKomponentenoptimierung

Absorberrohr (Temperaturaufnahme durch Glashüllrohr)

Kompakt-Separatoren


Direkte solare Dampferzeugung DISSKollektorqualifizierung

Messung Ray-Tracing

Strahlungsverteilung in der Nähe des Absorberrohrs


Direkte solare Dampferzeugung DISSGesamtsystem Optimierung


Direkte solare Dampferzeugung DISSAusblick

Entwicklung der Speichertechnik

Entwicklung Absorberrohr für 500°C

Beteiligung an 5 MW Demokraftwerk in Spanien (neben der PSA)


Rankine = 16 % (annual)

Rankine = 16 % (annual)

CC = 25 % (annual)

Solar-hybride Gasturbinen Systeme


Solar-hybride Gasturbinen Systeme Receiver


Solar-hybride Gasturbinen SystemeSekundärkonzentrator

REFOS -Sekundärkonzentrator, Reflektitivät=94%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46

Einfallswinkel [°]

Absorption

Transmission

Reflexion


Solar-hybride Gasturbinen SystemeSystemtechnik

-400

-200

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

-600 -400 -200 0 200 400 600

Entfernung nach Westen [m]

En

tfer

nu

ng

nac

h N

ord

en [

m]


Solar-hybride Gasturbinen SystemeAusblick

Demonstration solarer Mikrograsturbinensysteme mit KWK

(EU Projekt SolHyco; Lizenzvertrag SHAP)

Kostensenkung bei Komponenten

Entwicklung von Heliostaten


Thermochemische WasserspaltungPrinzip

ΗΗ

ΗΗ

ΗΗ

ΗΗ

ΗΗ

ΗΗ

ΗΗ

ΗΗ

Η

Η

ΗΗ

ΗΗ

Η

Η

ΗΗ

ΗΗΗ

Η

ΗΗ

ΗΗ

Η

Η

ΗΗ

ΗΗMOreducedMOoxidized

800 °C


Thermochemische WasserspaltungPrinzip

MOoxidized

MOoxidizedMOreduced

ΗΗ

ΗΗ

ΗΗ

ΗΗ

ΗΗ

ΗΗ

ΗΗ

ΗΗ

Η

Η

ΗΗ

ΗΗ

Η

Η

ΗΗ

ΗΗ

1100-1200 °C

800 °C


Thermochemische WasserspaltungPotential

Feld ReceiverUmwandlung

Gesamt

0,0%

10,0%

20,0%

30,0%

40,0%

50,0%

60,0%

70,0%

80,0%

90,0%

100,0%

ElektrolyseHydrosol


Thermochemische WasserspaltungReaktorentwicklung

Bislang 40 Zyklen ohne Degradation

Laborwirkungsgrad = 4,5 - 9 %

01 02 03 04 05 06 07 080

2x10-6

4x10-6

6x10-6

8x10-6

m'(

H2)

[g/s

ec]

t [h]

Dampf aus

Dampf an


Thermochemische WasserspaltungKinetik: Zeitabhängigkeit der Wasserstofferzeugung

0,0002

0,0004

0,0006

0,0008

0,0010

0,0012

Mas

sens

trom

(H2)

[g/s

]

Sonnenofen-Experiment

DYMOLA - Simulation

0

0,0002

0,0004

0,0006

0,0008

0,001

0,0012

100 150 200 250 300 350 400 450 500 550

Zeit in s


Thermochemische WasserspaltungProzessoptimierung


Thermochemische WasserspaltungAusblick

Verfahrensverbesserung hinsichtlich

Umsatz,

Zyklenzahl

Langzeitstabilität

Betriebsstrategie

Technisch-ökonomische Bewertung (zusammen mit STB)

Scale-up in mehreren Stufen


Zusammenfassung

Umfassende Kompetenz zur Bearbeitung mittel- bis langfristiger Entwicklungsaufgaben bei den konzentrierenden Solarsystemen

Modelle, Messtechnik und Versuchsanlagen zur Unterstützung der Industrie bei der Produktentwicklung

Exzellente Netzwerke um „große“ Entwicklungsaufgaben arbeitsteilig anzugehen

Documents

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