„HybridKraft“: Fraunhofer ISE will mit Photovoltaik Effizienz solarthermischer Kraftwerke erhöhen

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Photovoltaik-Anlagen mit solarthermischen Kraftwerken (CSP) kombinieren. Darum geht es in dem nun unter Führung des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE gestarteten Forschungsprojekt „HybridKraft“. Dabei sollen die Vorteile beider Technologien genutzt werden, um ein kostenoptimiertes System zu kreiieren. Tagsüber kommt der Strom überwiegend aus der Photovoltaik-Anlage, nach Sonnenuntergang wird die vom Solarthermie-Kraftwerk gelieferte Wärmeenergie des Salzschmelze-Speichers für die Stromerzeugung mittels Turbine genutzt, so die Forscher.

Im Mittelpunkt des Projekts steht die Entwicklung eines Elektroerhitzers für Salzschmelzen, der in Großkraftwerken eingesetzt werden kann. Diese neue Technologie neben den klassischen Parabolrinnenkraftwerken wollen die Forscher im Projekt testen. Das Potenzial dieser Erhitzer werde in Kombination mit linearen konzentrierenden thermischen Fresnel-Kollektoren bewertet, so die Forscher weiter.

Zwar könnten Fresnel-Kollektoren mit direkter Salzschmelze im Absorberrohr Wärme bis zu 545 Grad Celsius liefern, doch mit Hilfe des Solarstroms soll die Austrittstemperatur der Wärmeträgerflüssigkeit aus dem Receiver optimiert werden. „Wir können damit die Speicherdichte der Salzschmelze und die Betriebstemperatur der Turbine und daher den Wirkungsgrad des Systems anheben. Wir können aber auch die Erzeugungskosten von CSP reduzieren, indem wir die Größe des Fresnel-Kollektorfeldes entsprechend der Wärmezufuhr durch den Elektroerhitzer optimieren“, erklärte Projektleiter Shahab Rohani vom Fraunhofer ISE.

Im Projekt gehe es um die Entwicklung eines Prototyps eines mit Solarstrom betriebenen Erhitzers mit einer Leistung von einem Megawatt. Im Technikum des Fraunhofer ISE werde er dann im Kreislaufbetrieb mit einem Salzschmelze-Speicher erprobt. Auf der Grundlage des Designkonzepts des Prototyps, der Testergebnisse und der Simulationsstudien wird ein Design für Elektroerhitzer mit großen Kapazitäten entworfen, wie das Fraunhofer ISE weiter mitteilte. Dabei sollen für unterschiedliche Standorte und Anwendungen verschiedene Konzepte entwickelt werden.

So sei es mit einer Überdimensionierung der Photovoltaik-Anlage auch möglich an guten Sonnentagen den überschüssigen Solarstrom zu nutzen, um den Salzschmelze-Speicher zusätzlich elektrisch zu erhitzen. Gleichzeitig werde für Tage mit weniger Sonneneinstrahlung vorgesorgt. Der elektrische Erhitzer sei in dieser Konfiguration nicht nur für die Anwendung in solarthermischen Kraftwerken im Sonnengürtel der Erde interessant, sondern überall dort, wo Strom aus erneuerbaren Erzeugungsanlagen zeitweise im Überschuss vorhanden ist.

Die Forscher können sich den Einsatz auch für industrielle Prozesse vorstellen. Der überschüssige Solarstrom könne in Wärme umgewandelt werden, die entweder direkt für Hochtemperatur-Industrieprozesse von 150 bis 550 Grad Celsius eingesetzt oder in einer Carnotbatterie für die spätere Rückverstromung eingespeichert werde, ergänzt Thomas Fluri, Gruppenleiter Klimaneutrale Industrieprozesse und Hochtemperaturspeiche am Fraunhofer ISE.

Dieser modulare Elektroerhitzer werde in dem Projekt mit Blick auf eine optimierte mechanische Stabilität und Strömungsführung, verbesserte Anschlussfähigkeit an die Strominfrastruktur, Einspeisekompatibilität von Photovoltaik-Strom und erhöhtes Betriebsspannungsniveau evaluiert. Mit den Ergebnissen seien dann weitere Anlagen-Optimierungen möglich, etwa bezüglich Betriebsbedingungen, wirtschaftliche Sensitivität und Vereinfachung der Anlagen.

Neben dem Fraunhofer ISE sind an „HybridKraft“ noch der Kraftwerksentwickler Frenell beteiligt sowie John Cockerill UVK für die Entwicklung der Komponenten und der Integration in solarthermische Kraftwerke. Als assoziierter Partner übernehme BASF Stationary Energy Storage den Review von Spezifikationen und den Vergleich der elektro-chemischen Speicher. Zudem stelle die BASF-Tochter die Informationen zu Natrium-Schwefel-Batterien zur Verfügung und passe deren Auslegung an die Anforderungen der Kraftwerke an.

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