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1 01.06.2015 DLR, Solarforschung Solarturm Kraftwerke mit Hochtemperatur- Wärmespeicher Robert Pitz-Paal Solarforschung Institut für Technische Thermodynamik.

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1 1 01.06.2015 DLR, Solarforschung Solarturm Kraftwerke mit Hochtemperatur- Wärmespeicher Robert Pitz-Paal Solarforschung Institut für Technische Thermodynamik

2 2 01.06.2015 DLR, Solarforschung Parabolic TroughPower TowerDish Stirling Solarkraftwerke

3 3 01.06.2015 DLR, Solarforschung Parabolic TroughPower Tower  Komponenten übertragen MWs an Leistung  Deutsche Industrie gehört zu den führenden Herstellern und Projektentwicklern  Heute 900 GWh pro Jahr Netzgekoppelt Stromerzeugung  + potentiell 15 GW bisl 2020 bei 5-8 cents/kWh  + 500 MW bis 2006 bei 12-18 cents/kWh Source SolarPACES Next Generation Technology New Marktet Entry

4 4 01.06.2015 DLR, Solarforschung 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 Kraftwerke Effiziente Speichertechnologie mit hohe Lebensdauer und niedrigen spezifischen Kosten => Verbesserter Wirkungsgrad => Niedrigere Stromgestehungskosten (LEC) => Reduktion der CO 2 -Emissionen Thermische Energiespeicher

5 5 01.06.2015 DLR, Solarforschung Thermische Energiespeicher 2000 h +2000 h 75 80 85 90 95 100 105 051015 Storage capacity [full-load hours] Relative electricity costs [%] no storage, electricity costs = 100% * assuming specific investment costs for the storage of 10 Euro/kWh

6 6 01.06.2015 DLR, Solarforschung Speicherkonzepte für Parabolrinnen Nutzbare 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 Energiespeicher Regenerator-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-Systeme bislang nicht entwickelt => Feststoffspeicher mit Beton oder Gießkeramik (Projekt WESPE, BMU) Thermische Energiespeicher

7 7 01.06.2015 DLR, Solarforschung Speicherkonzepte für Turmkraftwerke Nutzbare 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 Thermische Energiespeicher

8 8 01.06.2015 DLR, Solarforschung PHOEBUS- und Salzsystem Anlagenschema Solar 2 mit 2-Tank Salzspeicher (USA 1996 - 99, 110 MWh th ) Anlagenschema PHOEBUS, Speicher mit einer Schüttung aus Keramikkugeln (Deutschland, Spanien 1992 - 93, 1 MWh th )

9 9 01.06.2015 DLR, Solarforschung Vorteile eines Sandspeichers gegenüber anderen Technologien  billiges Speichermaterial  drucklose Speicherung  kein Einfrieren des Speichermaterials  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

10 10 01.06.2015 DLR, Solarforschung Spezifische Speichermasse, Speichervolumen und Materialkosten

11 11 01.06.2015 DLR, Solarforschung Anlagenschema des Sandsystems

12 12 01.06.2015 DLR, Solarforschung Receiverbauarten

13 13 01.06.2015 DLR, Solarforschung Wirbelschicht Die Wirbelschicht (Fließbett, Fluidized Bed) liegt strömungsmechanisch zwischen Festbett und Flugstrom Intensive Durchmischung des Feststoffs Näherungsweise isotherm: Feststofftemperatur gleich Gastemperatur und ortsunabhängig Guter Wärmeübergang zwischen Feststoff und Wand/Einbauten

14 14 01.06.2015 DLR, Solarforschung Schema des Fließbettkühlers

15 15 01.06.2015 DLR, Solarforschung Verteilung der Kosten für einen 2-Tank Salzspeicher 2-Tank Salzspeicher für ein Parabolrinnen-kraftwerk Kapazität: 688 MWh Material: Solar Salt Speichertemperaturen: 295 / 380°C Daten aus: Pacheco, J.E.; Showalter, S.K.; Kolb, W.J.; Development of a Molten-Salt Thermocline Thermal Storage System for Parabolic Trough Plants, Journal of Solar Energy Engineering, Vol. 124, May 2002, pp. 153- 159

16 16 01.06.2015 DLR, Solarforschung Kostenvergleich Speichermaterial und Behälter

17 17 01.06.2015 DLR, Solarforschung Bei dem Kostenvergleich bisher nicht berücksichtigte, wesentliche Bauteile

18 18 01.06.2015 DLR, Solarforschung Zusammenfassung  Thermische Energiespeicher sind wichtig für den Einsatz solarthermischer Kraftwerke im größeren Umfang  Die bisher für Solarturmkraftwerke erprobten Speichersysteme haben Schwächen  Der Sandspeicher bietet ein Potenzial zur Kostenreduktion gegenüber den erprobten Systemen  Weitere Untersuchungen zu Details werden noch durchgeführt


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