Salzschmelze in Parabolrinnen

Salzschmelze in Parabolrinnen:
Herausforderungen und Lösungsansätze
Heiko Schenk
Michael Wittmann
www.DLR.de/SF • Folie 2 > Sonnenkolloquium Salzschmelze in Parabolrinnen > Heiko Schenk > 19. Mai 2015
Potenziale von Flüssigsalz in Parabolrinnensystemen
Vorteile des Flüssigsalzsystems (im Vergleich zu Thermoöl)
• Direkter Speicher:
• kein zweiter Fluidkreislauf und kein Exergieverlust beim Entladen
• vollständige Entkopplung von Solarenergie und Stromproduktion
• Höhere Systemwirkungsgrade dank höherer Temperaturen
(mit größeren Kollektoren, bzw. höheren Konzentrationsfaktoren)
⇒„kleineres“ Solarfeld
⇒ kleiner Speicher (durch höheres delta T)
• Allgemein:
Verringerte LCOE und bedarfsgerechte Einspeisung
www.DLR.de/SF • Folie 3 > Sonnenkolloquium Salzschmelze in Parabolrinnen > Heiko Schenk > 19. Mai 2015
Unterschiede zw. Salzschmelze und Thermoöl
kritische untere
Temperatur:
VP-1: ~50 °C
MS: >150 °C
(ternär)
MS: >260 °C
(binär)
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Hauptbedenken gegenüber der Technologie
1. Befüllen und Drainage des Kraftwerks
2. Thermischer + elektrischer Energiebedarf im anti-freeze Modus
3. Gefahr des Einfrierens in sämtlichen Betriebsmodi (Zuverlässigkeit/Ausfall
Impedanzheizung, Ventilbeheizung, …)
4. Blackout Szenario?
5. Materialbelastung – Korrosion
6. Performance des Kollektors bzw. Receivers
(thermisch, optisch, mechanisch)
7. Flexible Rohrverbindungen: Nachweis der Funktion, Dichtigkeit
8. Dampferzeuger: Interne Undichtigkeit des Rohrbündels
9. Wartungsprozeduren, Problemlösung bei Störungen (Drainage und
Befüllung, Verhindern von lokalem Einfrieren)
10. Stabilität der Salzmischungen (thermisch und zeitlich)
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Lösungsansatz gegen Einfrieren
Heizungssysteme
• State-of-the-Art:
• Externe Heizung (bspw. MI-Kabel)
• Interne Heizung (bspw. Einsteckheizer)
• Neuentwicklungen:
• Impedanz-Heizung (bspw. Receiver, Flexible Verbindungen)
• Unterschiedliche spezifische Widerstände, unterschiedliche
Wärmeverluste; und dennoch identisches Ziel zur Erreichung
gleicher Temperaturen
• Elektrische Entkopplung des Receivers von unbeheizten
leitenden Konstruktionselementen
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Lösungsansatz gegenüber Einfrieren
Salzmischungen
Erstarrungstemperaturen
- Binäre Nitratsalzmischung
- (SolarSalt): ca. 238 °C
- Ternäre Nitratsalzmischungen
- NaKCa-NO3: ca. 150 °C
- NaKLi-NO3: ca. 140 °C
Mit Erstarrungstemperatur wird auch
obere Temperatur gesenkt!
=> Gesamtsystemoptimierung!
www.DLR.de/SF • Folie 7 > Sonnenkolloquium Salzschmelze in Parabolrinnen > Heiko Schenk > 19. Mai 2015
Lösungsansatz gegenüber Einfrieren
Auslegungsgrundsätze
- Alle Rohrleitungen, Ventile und weitere Rohreinbauten werden mit
Begleitheizung ausgestattet
- Einzelne Heizkreise müssen auf die Betriebsmodi abgestimmt sein um
unnötigen Stromverbrauch zu vermeiden
- Alle, auch aktuell operativ nicht genutzte, Rohrleitungen werden ständig von
Flüssigsalz durchströmt
- Alle Rohrlager stellen Kältebrücken dar und sollten entsprechend filigran
ausgestaltet sein
- Selten genutzte Rohrleitungsabschnitte werden stärker isoliert (auch um
Aufwand zur Kompensation des AF-Bedarfs gering zu halten)
- Alle Rohrleitungen fallen typischerweise zum Drainagetank (niedrigster Punkt
im System) ab
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Lösungsansatz AF-Aufwand
Betriebsmodi und Anlagenaufbau
- Arten zur Deckung des AF:
- Solare, gespeicherte, Energie
- Fossile Zufeuerung
- Strombeheizung
- P&ID:
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Lösungsansatz AF-Aufwand
Studienergebnisse
Tanks and AH
Solar field
Optical loss PTCs
1207.8 GWh
Heat loss PTRs
Dumping
140.9 GWh
293.9 GWh
Pump solar field
12.6 GWhe
Power block
Power block heat up
Pump power block
12.2 GWhe
Loss pump
7.2 GWh
48.2 GWh
Heat loss tanks
8.3 GWh
Power block
768.1 GWh
Sun
3057.2 GWh
Electricity 596 GWhe
numerical
error
0.7 GWh
Heat loss pipings
Heat loss switch
25.6 GWh
steady-->transient
16.2 GWh
Auxiliary heater
45.2 GWh
Heat loss
auxiliary heater
4.5 GWh
Heat loss SG
9.8 GWh
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Lösungsansatz für Drainage
Aufbau des Solarfeldes
- Drainage:
- Während Normalzustand
- Während Risikozustand
(bspw. Black Out)
SCA Slope: 0.5%
Solution 1
Slope of 0.5% per SCA.
Stepwise arrangement
Header
Ground Slope:
Drainage
Tank
SCA Slope: 0%
Solution 2
No slope. Orientation of all
components on one level
Header
Ground Slope:
Drainage
Tank
- Aufbau des Solarfeldes:
SCA Slope: 0%
Solution 3
No slope. Stepwise
arrangement of SCAs
Header
Ground Slope:
Drainage
Tank
SCA Slope: 0.5%
Solution 4
Slope of entire 300m row
Header
Ground Slope: 0 - 0.5%
Drainage
Tank
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Lösungsansatz für Drainage
Wirkprinzipien und unterstützende Maßnahmen
- Wirkprinzipien:
- Geodätisches Drainage (Leitung zum Drainage-Tank saugt ständig,
erhöhtes Cross-over-Pipe drückt nur anfangs)
- Unterstützende Maßnahmen
- Druckluftsystem (Druckbeaufschlagung während des
gesamten Entleerungsvorgangs)
www.DLR.de/SF • Folie 12 > Sonnenkolloquium Salzschmelze in Parabolrinnen > Heiko Schenk > 19. Mai 2015
Lösungsansatz für Drainage – Versuche auf PSA
Untersuchung der Strömungsformen und Entleerzeit
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HPS2 – Pilotanlage in Évora, Portugal
Ziel des Projekts HPS2 ist es, eine
Pilotanlage zu errichten und zu betreiben.
Eckdaten:
- Parabolrinnenkollektor mit 7,5 m
Aperturweite
- Solarfeld mit ca. 500m Länge
- Flüssigsalz als Wärmeträgermedium im
Solarfeld
- Direktes Flüssigsalz Zweitankspeichersystem
- Durchlaufkessel (560 °C / 140 bar)
=> bisher weltweit einzigartige
Demonstrationskraftwerk
=> Die Lösung, um die 10 Hauptbedenken
auszuräumen
UltimateTrough in der USA
www.DLR.de/SF • Slide 14 > HPS2 – High Performance Solar 2
Besten Dank für Ihre geschätzte Aufmerksamkeit!

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