Energiewandlungs- und thermische Energiespeicherprozesse für die industrielle Prozess- und Kraftwerktechnik
Das DLR-Institut für Technische Thermodynamik befasst sich mit Fragen der Energiespeicherung, des Wärmemanagements und der Wärmeübertragung. Hierbei werden für unterschiedliche Wärmeträgermedien im Bereich 100 – 1.000 Grad Celsius angepasste Speicherkonzepte verfolgt: sensible Speicher auf der Basis von Flüssigkeiten und Feststoffen, Latentwärmespeicher und thermochemische Speicher.
Neben Anwendungen im Bereich der industriellen Prozesswärme, der Kraftwärmekopplung und konventioneller Kraftwerkstechnik werden thermische Energiespeicher für solarthermische Kraftwerke entwickelt und qualifiziert. Im Projekt DSG-Store (Direct Steam Generation Storage) wurde ein System entwickelt, das eine Direktverdampfung, einen Phasenwechsel von flüssig in gasförmig, im Speicher selbst vorsieht. Das System ist grundsätzlich für vielfältige Anwendungen geeignet und wurde ursprünglich für thermische Solarkraftwerke entwickelt. Diese können damit rund um die Uhr Strom liefern – nahezu wie ein konventionelles Kraftwerk. Das optimierte Wärmemanagement verbessert zudem das Betriebsverhalten, vermindert den Teillastbetrieb und nutzt den Kraftwerkblock effizienter. In der Summe steigt so auch die Wirtschaftlichkeit. Besonders effzient und kostengünstig arbeitet ein solarthermisches Kraftwerk, wenn es bei möglichst hohen Temperaturen betrieben wird. Das ist mit der solaren Direktverdampfung von Wasser möglich. Dabei wird der überhitzte Wasserdampf für die Dampfturbinen schon im Kollektor erzeugt. Er erreicht bei einem Druck von 120 bar Temperaturen von über 500 Grad Celsius. Dies sind nahezu Dampfparameter, wie sie in konventionellen Kraftwerken üblich sind.
Dabei werden etwa 65 Prozent der Solarenergie allein für den Verdampfungsprozess aufgewendet. Entsprechend wichtig ist ein Latentwärmespeicher, der diesen Energieanteil aufnimmt. Speichermedium ist Natriumnitrat, das bei 306 Grad Celsius schmilzt. Es befndet sich in einem wärmegedämmten Behälter im direkten Kontakt mit Wärmeübertragerrohren, durch die der Dampf bei der Beladung strömt. Dabei kühlt der Dampf ab und kondensiert. Zur Entladung strömt Speisewasser durch die Übertragerrohre. Das flüssige Salz erstarrt und überträgt die Kristallisationsenergie auf das Speisewasser, welches dabei verdampft.
Mit einem Versuchsspeicher im Technikumsmaßstab wurden im Forschungsprojekt DSG-Store sowohl der geometrische Aufbau als auch die einzelnen Komponenten technisch und wirtschaftlich optimiert. Dabei konnte auf den Erkenntnissen der vorangegangenen Forschungsprojekte DISTOR und ITES sowie dem parallel laufenden Projekt TESIN aufgebaut werden. Förderkennzeichen des Projekts ist 0325333A,D.
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Dan Bauer · E-Mail: dan.bauer@dlr.de · DLR.de