EDITOR
Ziel des Projekts EDITOR ist die Durchführung industrieller Forschungsarbeiten zur Demonstration und Überprüfung der Einsatzfähigkeit und Leistung eines für den Dauerbetrieb ausgelegten Solarstromsystems. Das Projektkürzel EDITOR steht für Evaluation of the Dispatchability of a Parabolic Trough Collector System with Concrete Storage.
Das System besteht aus einem mittelgroßen Parabolrinnenkollektorkreislauf in Kombination mit einem thermischen Betonspeicher und ist experimentell für industrielle Anwendungen ausgelegt, die bis zu 24 Stunden lang Wärme oder Kälte benötigen. Generell kann das Solarenergiesystem auf Wunsch des Verbrauchers 24 Stunden lang Wärme oder Kälte liefern.
Die Projektpartner sprachen sich dafür aus, die Solaranlage in der Republik Zypern zu errichten, da das Land über hervorragende Solarressourcen verfügt.
Der derzeitige Markt für Solarkollektoren, die für Prozesswärmeanwendungen konzipiert sind, wird von Systemen mit maximalen Betriebstemperaturen von etwa 250 °C beherrscht. Diese Kollektoren sind zwar in der Lage, effektiv Prozessdampf zu erzeugen, aber nur wenige von ihnen sind mit irgendeiner Form der Speicherung ausgestattet. Größere Solarkollektoren, die für die Energieversorgung von Stromerzeugungsanlagen konzipiert sind, wurden mit komplexen Speichersystemen für geschmolzenes Salz ausgestattet und können bei höheren Temperaturen betrieben werden, doch werden dafür häufig Thermoöle als Wärmeträger verwendet, die als giftig und schädlich eingestuft werden.
Projektleiter am Solar-Institut Jülich
© FH Aachen
Prof. Dr.-Ing.
Spiros Alexopoulos
Professor
Solar-Institut Jülich
Lehrgebiet
Techn. ThermodynamikRaum N106
52428 Jülich
Projekt
Im Projekt EDITOR wird zum ersten Mal in der Geschichte der Entwicklung von Parabolrinnenkollektoren das eingesetzte Thermoöl bei einer Temperatur von über 400 °C betrieben werden. Ermöglicht wird dies durch die Verwendung eines neuen umweltfreundlichen Thermoöls auf Silikonbasis, mit dem die Betriebstemperatur auf 425 °C erhöht werden kann. Eine weitere Innovation ist der Einsatz eines neu entwickelten evakuierten Wärmesammelelements (d. h. eines Receiverrohrs). Das Wärmesammelelement wurde speziell für die mittelgroße Parabolrinnen-Kollektoröffnung konzipiert, um den Wirkungsgrad des Kollektors zu erhöhen. Um Energie nach Bedarf produzieren zu können, wird ein innovatives neues Betonspeichersystem eingesetzt und getestet. Das auf drei Jahre angelegte Projekt umfasst nicht nur die technischen Tätigkeiten des Baus, der Inbetriebnahme und des Betriebs der Solarstromanlage. Es geht auch um kommerzielle Überlegungen wie die Durchführbarkeit eines Scale-up, die Ermittlung künftiger Kunden und die Kommunikation dieser wichtigen Entwicklung mit dem potenziellen Markt.
Das EDITOR-Team besteht aus fünf Partnern aus drei Ländern, die alle die spezifische Erfahrung in der Solarbranche mitbringen, die für den Erfolg des Projekts erforderlich ist. Die Projektpartner sind:
- Protarget AG (Köln, Deutschland)
- CADE Soluciones de Ingeniería, S. L. (Albacete, Spanien)
- Cyprus University of Technology (Limassol, Zypern)
- Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (Köln, Deutschland)
- Solar-Institut Jülich der FH Aachen (Jülich, Deutschland)
Die Projektlaufzeit ist vom 1.10.2015 - 30.11.2019 für das Solar-Institut Jülich und vom 1.10.2015 - 31.8.2019 für alle anderen Partner.
Die Projektpartner bedanken sich herzlich für die bisher erhaltenen öffentlichen Fördermittel für die Durchführung der industriellen Forschung. Das internationale Projekt EDITOR wird von der Research Promotion Foundation (RPF) aus Zypern, dem Ministerium für Wirtschaft und Wettbewerbsfähigkeit (MINECO) aus Spanien, dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aus Deutschland sowie dem Ministerium für Innovation, Wissenschaft und Forschung des Landes Nordrhein-Westfalen aus Deutschland gefördert. SOLAR-ERA.NET, ein europäisches Netzwerk, das Förderorganisationen zusammenbringt, wird von der Europäischen Kommission innerhalb des EU-Rahmenprogramms für Forschung und Innovation HORIZON 2020 (Cofund ERA-NET Action, N° 691664 und N°786483) unterstützt.
Förderer
Zuständigkeiten der Projektpartner
Protarget AG (Anschrift: Zeissstraße 5, 50859 Köln, Deutschland):
Protarget ist der Hersteller des Parabolrinnenkollektorsystems. Ihre Hauptverantwortung im Projekt ist die Lieferung, Installation und der Betrieb des PTC-Systems, die Koordination aller Projektpartner sowie die Bereitstellung von Informationen und Daten für die Forschungspartner für ihre Arbeitspakete.
Kontakt: John Mitchell, mitchellprotarget-ag.com
CADE Soluciones de Ingeniería, S.L. (Anschrift: Parque Científico y Tecnológico, Paseo de la Innovación, 3, 02006 Albacete, Spanien):
CADE ist der Hersteller des thermischen Energiespeichers aus Beton (C-TES). Seine Hauptaufgabe im Projekt ist die Lieferung und Installation des thermischen Betonspeichers sowie die Bereitstellung von Informationen und Daten für die Forschungspartner für ihre Arbeitspakete.
Kontakt: Victor Ruiz, vruizcadesoluciones.com
Cyprus University of Technology (CUT) (Adresse: 30 Arch. Kyprianos Str., 3041 Limassol, Zypern):
Die Cyprus University of Technology (CUT) ist der lokale Partner im Projekt. Ihre Aufgaben sind zum einen die Unterstützung der Projektvernetzung in Zypern sowie die Identifizierung geeigneter Unternehmen, auf deren Gelände die Solaranlage zur Erzeugung von Prozesswärme installiert werden kann. Zum anderen begleitet CUT die Installation der Solaranlage und ihrer Systeme, führt Messungen vor Ort durch (u.a. Spiegelreflexion) und entwickelt ein Simulationsmodell der Solarstromanlage in TRNSYS zur Durchführung von Jahresertragsberechnungen.
Kontakt: Prof. Soteris Kalogirou, soteris.kalogiroucut.ac.cy
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (Adresse: Linder Höhe, 51147 Köln):
Die Hauptaufgabe des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in dem Projekt besteht darin, die Leistung des Wärmeträgermediums (physikalisch-chemische Eigenschaften, Alterungsverhalten und Hochtemperaturstabilität) zu überwachen und den Betrieb der Anlage in einem Autoklaven-Laborexperiment zu simulieren, um die thermische Belastung der HTF-Leistung unter Referenzbedingungen zu bewerten. Darüber hinaus wird das DLR die Komponenten, die mit dem Wärmeträger in Kontakt sind, untersuchen.
Kontakt: Dr. Christian Jung, Christian.Jungdlr.de
Solar-Institut Jülich (address: Heinrich-Mussmann-Str. 5, 52428 Jülich, Germany):
Die Hauptaufgaben des Solar-Instituts Jülich (SIJ) sind die Installation einer Wetterstation am Standort der Solarstromanlage, die Bereitstellung (Ausleihe) eines Reflektometers an CUT zur Durchführung von Spiegelreflexionsmessungen und die Erstellung eines Simulationsmodells, das die reale Solarstromanlage genau nachbildet. Das Simulationsmodell soll unter anderem dazu dienen, die Steuerung der PTC-Anlage zu verbessern, angepasste Betriebsstrategien zu simulieren, bevor sie in das Prozessleitsystem der realen Anlage implementiert werden, und genaue Vorhersagen über den Energieertrag und den Wirkungsgrad der Anlage bei einer Vergrößerung der Anlage zu machen.
Kontakt: Prof. Dr.-Ing. Spiros Alexopoulos, alexopoulossij.fh-aachen.de
Identifizierung eines Prozesswärmeverbrauchers in Zypern
Zu Beginn des Projekts ermittelte der lokale Projektpartner Cyprus University of Technology mehrere potenzielle Unternehmen in der Republik Zypern, die Prozesswärme benötigen. Generell kann das Solarsystem von jedem Verbraucher (z. B. Lebensmittel- und Getränkeindustrie, Hotels usw.) eingesetzt werden, der irgendeine Form von Heizung oder Kühlung benötigt und über eine ausreichend große Fläche für die Installation des Systems verfügt. Nach Standortbesichtigungen in Zypern wurde das Getränkeunternehmen KEAN Soft Drinks Ltd in Limassol für die Installation der Solarstromanlage auf seinem Gelände ausgewählt. Der genaue Standort des Solarenergiesystems bei KEAN Soft Drinks Ltd ist: 34.691618N, 33.075022E (34°41'29.8 "N 33°04'30.1 "E) Die Adresse lautet: KEAN Soft Drinks Ltd Agios Athanasios Limassol Zypern
Installation der Solarstromanlage
Der Bau begann im Jahr 2017 und wurde im Sommer 2018 abgeschlossen.
Solare Ressourcen Zyperns und Status der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen
Zypern ist eine Insel im Mittelmeer und ist nach Malta das südlichste Mitglied der Europäischen Union, wenn man die Lage der Hauptstädte vergleicht. Die geografischen Koordinaten der zypriotischen Hauptstadt Nikosia sind ca. 35,18°N 33,38°E. Die Stadt Limassol, im Süden Zyperns, ist die südlichste Stadt der Europäischen Union (34,69°N 33,07°E). [1] Zypern verfügt über hervorragende Ressourcen an direkter normaler Bestrahlungsstärke (DNI) von bis zu 2200 kWh/m2 (Durchschnittswert für den Zeitraum 1994-2016) und ist daher ein ideales Land für die Durchführung eines industriellen Forschungsprojekts im Bereich der konzentrierenden solarthermischen Technologie.
Das Klima in Zypern ist im Sommer sehr trocken. In den heißesten Monaten - Juli und August - kann die Tagestemperatur in der Zentralebene auf bis zu 36 °C ansteigen. In den Sommermonaten ist die Niederschlagsmenge fast vernachlässigbar. In dieser Zeit bilden sich jedoch gelegentlich Gewitter, die bis zu 5 % des gesamten Jahresniederschlags ausmachen. [3]
In den Sommermonaten sind die täglichen Sonnenstunden auf Zypern sehr lang. Am längsten Tag des Jahres (21. Juni) beträgt die Sonnenscheindauer 14h20min. Am kürzesten Tag des Jahres (21. Dezember) scheint die Sonne 9h40min.
Zypern ist sehr stark von fossilen Brennstoffen abhängig. Da das Land weder über eigene Ölfelder noch über Erdölraffinerien verfügt, importiert es sein gesamtes Erdöl. Der größte Teil der Elektrizität wird in ölbefeuerten Kraftwerken erzeugt. Ein kleiner Teil des Stroms stammt aus Solaranlagen (Photovoltaik), Windkraftanlagen, geothermischen Anlagen und Biomasse-Energiequellen. [4]
Die Wärmeerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen wird von solarthermischen Anlagen dominiert. Im Jahr 2016 wurden insgesamt 2.926 TJ Wärme allein aus diesen Anlagen erzeugt. Aus Geothermie- und Biomasseanlagen wurden im selben Jahr lediglich 65 TJ bzw. 186 TJ erzeugt. [4]
Bibliographie:
[1] https://solargis.com
[2] https://solargis.com
[3] http://www.moa.gov.cy/moa/ms/ms.nsf/DMLcyclimate_en/DMLcyclimate_en?OpenDocument
[4] http://www.mof.gov.cy/mof/cystat/statistics.nsf/All/A6EB39CA3885F8ABC22582030022CF1F/$file/ABSTRACT-2016-EN-271217.pdf?OpenElement
Auslegung von Solarkraftwerken
Zunächst wurden die KEAN-Herstellungsprozesse gründlich untersucht, um die am besten geeignete technische Umsetzung des Solarenergiesystems zu ermitteln. KEAN verwendet einen fossil befeuerten Kessel zur Erzeugung von Sattdampf (188°C, 11 barg) für den Pasteurisierungsprozess kurz vor der Abfüllung des Saftes in Kartons oder Flaschen. Das in EDITOR entworfene Solarenergiesystem erzeugt bis zu 5 % des Sattdampfbedarfs von KEAN, was zu einem geringeren Verbrauch an fossilen Brennstoffen führt.
Die Hauptkomponenten der Anlage sind im Folgenden aufgeführt:
- zweireihiges PTC-Feld mit einer Gesamtlänge von 96 m
- zweimoduliger Beton-Wärmespeicher
- Heizkessel
- Thermoölpumpe
Die Apertur des PTC von 3 m fällt in die Kategorie der mittelgroßen Kollektoren. Dies machte die Entwicklung eines neuartigen Wärmesammelelements (HCE) erforderlich, dessen Durchmesser speziell an die Kollektoröffnung angepasst ist, um die Effizienz des Kollektors zu maximieren. Darüber hinaus kommt in der Anlage ein neu entwickeltes Thermoöl namens HELISOL XA zum Einsatz, das auf 425 °C erhitzt werden kann. Das C-TES hat eine Kapazität von 600 kWh und ermöglicht eine bedarfsgerechte und kontinuierliche Versorgung mit Dampf.
Kontakt
© FH Aachen
Dr.-Ing.
Johannes Sattler
Wissenschaftlicher Angestellter
Hochschulfunktion
Gruppenleiter Solarthermische SystemeRaum N04
52428 Jülich