Solarthermische Systeme

Technologien zu Verbesserung der Flexibilität der bedarfsnahen Bereitstellung von Wärme und Strom werden in Energiesystemen mit hohem Anteil erneuerbarer Energien an Bedeutung zunehmen. Wir entwicklen Komponenten wie zum Beispiel Hochtemperaturspeicher, erstellen Gesamtkonzepte und simulieren deren Einsatz.


Abteilungsleiter

Dipl.-Ing. Cristiano Teixeira Boura


Raum N101
T: +49.241.6009 53517
F: +49.241.6009 53570
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Projekte

OER4EE

OERContent.nrw "Technologien für die Energiewende"

Projektbeginn: September 2020

Die Verbreitung von Wissen über Erneuerbare Energien wird als gesellschaftliche Aufgabe mit höchster Aktualität verstanden. Durch die Überführung von Lehrinhalten zu Erneuerbaren Energien in digitale OER (Open Educational Resources) Formate bietet sich die Chance, die Umsetzbarkeit der Energiewende maßgeblich zu beschleunigen. Bisher gibt es keine öffentlich zugänglichen, editierbaren Medien, die ganze Lerneinheiten umfänglich und in hoher fachlicher Qualität abdecken. Im Projekt sollen die Inhalte, die länger aktuell bleiben, mediendidaktisch angemessen aufbereitet werden. Ein Austausch mithilfe von inhaltlichen Gerüstdateien, in denen sich aktuelle Daten leicht aktualisieren lassen, soll ebenfalls angestoßen werden. Die so entstandenen Materialien befähigen so auch Lehrende außerhalb des Projektkonsortiums, Studierende vertieft auszubilden. Im Ergebnis sollen Absolvent*innen der geplanten Module durch digitale Übungsmöglichkeiten vertiefte Kompetenzen in der Bewertung und Analyse von Technologien für die Energiewende erhalten. In besonderer Weise eignet sich das zu erstellende Material zudem dazu, auch die Allgemeinheit mit wissenschaftlich fundiertem Material über die Energiewende sachkundig zu machen.

Projektpartner:

  • TH Köln (THK)
  • FH Aachen (FH AC)
  • RWTH Aachen (RWTH)
  • Ruhr-Universität Bochum (RUB)
  • HS Düsseldorf (HSD)
  • HS Bonn-Rhein-Sieg

STERN

Steigerung der Kosteneffizienz von Flüssigsalzreceivern; Teilvorhaben: Dynamische Simulation

Projektbeginn: Oktober 2020

Solarthermische Kraftwerke (CSP) spielen potenziell in der zukünftigen internationalen Energieversorgung eine wichtige Rolle. Die Analyse der derzeitigen Projektlage deutet darauf hin, dass die flüssigsalzbasierte Solarturmtechnologie in kürze den größten Anteil an der installierten Leistung der Solarturmkraftwerke erreichen wird. Durch die Verbindung mit thermischen Salzspeichern kann eine von der fluktuierenden Sonnenstrahlung entkoppelte und somit bedarfsgerechte Stromerzeugung besonders unkompliziert gewährleistet werden. Eine der großen Herausforderungen für Solarturmkraftwerke sind die hohen Investitionskosten. Das Receiversystem macht dabei bis zu 20% der Investitionskosten des Kraftwerkes aus. Im Forschungsprojekt wird das innovative STERN-Receiverkonzept weiterentwickelt: durch eine radikale Neuanordnung der Absorberpaneele verspricht das Konzept eine Reduzierung der Absorberfläche um mindestens 40% gegenüber dem Stand der Technik und gleichzeitig eine moderate Erhöhung des Wirkungsgrades des Heliostatenfeld-Receiver-Systems.

Zunächst wird ein unter Kosten-, Wirkungsgrad-, und fertigungstechnischen Aspekten optimiertes Receiverdesign entwickelt und mit dem Stand der Technik verglichen. Anschließend wird ein Prototyp des Receivers unter solaren Bedingungen am Solarturm Jülich erprobt. Heutige Solarreceiver verwenden für die Absorberrohre Nickelbasis-legierungen. Diese sind bis zu 10-mal teurer als die deutlich besser verfügbaren hochlegierten Edelstähle. Rostfreie, Al-legierte und darum Al2O3-bildende Edelstähle, weisen potentiell ausreichende Beständigkeit gegenüber Korrosion in NaNO3-KNO3-Schmelzen (sog. „Solar Salt“) bei weitaus niedrigeren Kosten auf. Kommerziell sind derartige Legierungen bisher, aufgrund mangelnder mechanischer Festigkeit, nicht für Strukturanwendungen verfügbar. Die Entwicklung Al2O3-bildender, ferritischer und austenitischer Edelstähle mit hoher mechanischer Festigkeit, im Rahmen des Projekts bietet aus diesem Grunde das Potential weiterer Kostensenkungen.

 

    PV-eCarPort

    Digitalisierter Photovoltaik-Energie-CarPort für großflächige Parkplätze

    VeSuW

    Versuchsanlage für Schüttgut und Wärme

    Projektbeginn: Juli 2019

    Eine Kernaufgabe für dauerhaft verfügbaren und günstigen Strom ist die Kostenreduktion in der Wärmespeicherung von Solarenergie. Hierzu hat das SIJ ein neuartiges Luft-Schüttgut Wärmeübertragersystem entwickelt, das sich im Gegensatz zu den auf dem Markt erhältlichen Systemen, durch den direkten Stoffkontakt und einer maximalen Prozesstemperatur von bis zu 800°C auszeichnet. Der bessere Wärmeübergang aus dem direkten Kontakt steht dabei den Herausforderungen der strömungstechnischen Phänomenologien gegenüber.

    Im Projekt VESUW wird das System gemeinsam mit lokalen Projektpartnern zur Marktreife vorangetrieben. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf dem Temperaturverhalten der Werkstoffe (800° Temperaturdifferenz), der Lebensdauer und Betriebskosten, sowie der Optimierung des Wärmeübertragungsprozesses. Fundiert erforscht wird dies durch die Kombination von numerischen Simulationen mit umfänglichen Experimenten im Labormaßstab. Finales Ziel ist dabei der Innovationstransfer mit Anhebung des Entwicklungsstatus auf die nächste Ebene.

    Projektpartner:

    • Hilger GmbH
    • Grenzebach BSH

    Gefördert durch:

    • Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

    HPMS-II

    High Performance Molten Salt Tower Receiver System - Phase 2

    H2Loop

    Quasi-geschlossene Heliostatenfeld-Regelung eines Multi-Kammer-Reaktors zur solaren Wasserstofferzeugung

    • Europäische Union - Investition in unsere Zukunft Europäischer Fonds für regionale Entwicklung
    • Landesregierung NRW - Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen
    • EFRE.NRW - Investition in Wachstum und Beschäftigung

    ConSolTi-Def

    Konzentrierende Solarthermie im Iran

    • Bundesministerium für Bildung und Forschung

    SophosM-Def

    System zur bedarfsgerechten Bereitstellung solarer Prozesswärme am Beispiel einer Phosphatschlammtrocknung in Marokko - Definitionsprojekt

    • Bundesministerium für Bildung und Forschung

    TRAKSOL

    Entwicklung und Qualifizierung von Solarreceivern auf Basis transparenter Keramik für solarverfahrenstechnische Prozesse

    SWS

    Strom-zu-Wärme-Technologien mit Salzspeicher für den Einsatz in der Industrie und in PV CSP-Hybridkraftwerken

    Projektbeginn: Mai 2018

    Etwa 30 % des Endenergiebedarfs der Bundesrepublik Deutschland bezieht der Industriesektor. Davon werden etwa zwei Drittel für die Erzeugung von Prozesswärme verwendet, wobei in der Regel große Mengen an Abwärme anfallen. Die Abwärme entsteht in der Regel auf einem Temperaturniveau, das unterhalb der erforderlichen Temperatur für die jeweiligen Prozesse liegt. Im Projekt SWS wird daher eine Hochtemperatur Wärmepumpe in Kombination mit einem Salzschmelze Wärmespeicher untersucht. Mittels der Wärmepumpe wird Abwärme auf eine Temperatur von über 500 °C gebracht und in den Wärmespeicher eingespeichert. Das Entladen des Speichers erfolgt bedarfsgeführt in Abhängig des angeschlossenen Verbrauchers.

    Neben einer Hochtemperatur-Wärmepumpe wird als weitere Strom zu Wärme-Technologie (engl. Power to Heat, P2H) ein kommerzieller Widerstandserhitzer untersucht. Dieser kann ebenfalls zum Beladen eines thermischen Speichers eingesetzt werden. An der Strombörse werden in Zeiten mit großem Angebot an erneuerbarem Strom und dem daraus resultierenden Überschuss, regelmäßig negative Strompreise beobachtet. Mithilfe der untersuchten Technologien kann dieser Überschussstrom genutzt werden und somit zusätzlich zur Netzstabilität beitragen. Weiterhin wird die Implementierung von P2H Technologien in CSP Kraftwerken (Concentrating Solar Power) untersucht. Dies ist für den Standort NRW von besonderem Interesse, da hier ansässige Industrieunternehmen einen hohen Marktanteil an der Herstellung von CSP-Komponenten haben und des Weiteren Dienstleistungen in diesem Bereich anbieten. Darüber hinaus wird die Auslegung dieser beiden P2H-Technologien in einem innovativen Konzept für den Einsatz als PV-CSP-Kraftwerk untersucht. Hierbei wird kostengünstiger PV-Strom teilweise in Hochtemperaturwärme-speichern (Carnot-Batterie) für Zeiten ohne Sonneneinstrahlung zwischengespeichert und dadurch bedarfsgerecht angeboten werden.

    Bisher wurde für den Standort NRW eine Marktanalyse des Prozesswärmebedarfs für verschiedene geeignete Industriebranchen durchgeführt. Das SIJ hat bestehende energieintensive Prozesswärmeerzeuger und -verbraucher in NRW identifiziert, bewertet und zu einer Auswahl prozesswärmeintensiver Unternehmen Kontakt aufgenommen.
    Darüber hinaus wurden bereits dynamische Simulationen von verschiedenen Power-to-Heat Systemen in Kombination mit einem Salzschmelze Wärmespeicher für verschiedene Leistungsklassen, Arbeitsmedien und Kopplungskonzepte mit der Software Dymola® durchgeführt und teilweise validiert.

    Projektpartner:

      • TSK Flagsol
      • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.

      Gefördert durch:

      • Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen unter Einsatz von EFRE-Mitteln

      MHF

      Mikrohelix-Feldtest

      Projektbeginn: März 2018

      Das Projekt MHF verfolgt das übergeordnete Ziel die Investitionskosten für ein Heliostatenfeld durch Entwicklung, Fertigung und Qualifizierung eines massenfertigungstauglichen und materialsparenden Mikoheliostaten zu reduzieren. Das entspricht einer drastischen Reduktion der Investitionskosten im Heliostatenfeld und somit einer deutlichen Gesamtinvestitionskostenreduktion von solarthermischen Turmkraftwerken. Die hiermit erzielten wettbewerbsfähigen Stromgestehungskosten sollen den Ausbau der CSP-Technologien beschleunigen und eine weitere Reduzierung der umweltschädlichen Treibhausgase erwirken.

      Zu diesem Zweck hat das Solar-Institut Jülich, in Kooperation mit der Hilger GmbH, eine neue Heliostatentechnologie, den Mikroheliostaten (MH), entwickelt. Die ersten MH-Prototypen wurden bereits gebaut und unter Laborbedingungen getestet. Die Ergebnisse zeigten die prinzipielle Tauglichkeit dieser Heliostatentechnologie für den Einsatz in solarthermischen Kraftwerken. Im Vorhaben MHF sollen die Mikroheliostaten im industriellen Maßstab, das heißt im größeren Testfeld und unter realen Bedinungen untersucht werden. Um die Vorteile des MH-Konzeptes voll auszuschöpfen, sollen die Mikroheliostaten außerdem für eine Massenproduktion optimiert werden.

      Bisher wurde der Quellcode einer eigenen Raytracer-Software „SolCal“ für die Auslegung der MH-Felder umfassend überarbeitet. Die Ergebnisse der durchgeführten Simulationen wurden analysiert und die optimale MH-Feldaufstellung wurde bestimmt. Das SIJ hat CFD- und FEM-Modelle erstellt, um die Temperatur sowie mechanische Belastungen des Mikroheliostaten zu simulieren. Darüber hinaus wurde bereits eine erste Testreihe mit einem kleinen MH-Prototyp durchgeführt und die Funktionalität der angeschafften Laborgeräte zur Messung von Spiegeloberflächen teilweise nachgewiesen.

      Projektpartner:

        • Hilger GmbH
        • HELIOKON GmbH

        Gefördert durch:

        • Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen unter Einsatz von EFRE-Mitteln

        HeliBo

        Heliostatfeld-Betriebsoptimierung für Turmanlagen zur solaren Strom- und Wasserstofferzeugung

        Projektbeginn: November 2017

        Ziel des Projektes HELIBO ist die Kostensenkung für solarthermisch erzeugten Strom durch technische Entwicklungen zur Verbesserung der Effizienz von Heliostatfeldern im Betrieb. Maßnahmen, insbesondere verbesserte Mess-, Steuer- und Regelungstechnik für die Heliostaten, haben ein signifikantes Potential zur Erhöhung der Ausnutzung der Spiegelfläche und künftigen Anlagen um 10 - 15 % werden erwartet.

        Das Solar-Institut Jülich hat das Forschungsziel, mit einer neuartigen, präzisen und schnellen Online-Kontrollmethode basierend auf Lasertechnologie, die Nachführgenauigkeit von zweiachsig nachgeführten Heliostaten zu verbessern. Bei dieser patentierten Online-Kontrollmethode werden von einer zentralen Position aus Laserstrahlen auf einen zu vermessenen Spiegel ausgesendet. Die vom Spiegel reflektierten Strahlen werden aufgrund von Streuprozessen in der Atmosphäre für Kameras sichtbar und fotografiert. Zur Bestimmung der Ausrichtung des Heliostaten werden die Fotos mit einem Auswertungs-Algorithmus automatisch ausgewertet und die Korrektur der Ausrichtung für den Heliostaten im Azimut- und Zenitwinkel berechnet.

        Im Projekt wird für die Durchführung der Tests im Heliostatfeld ein Prototyp eines Lasersystems mit Nachführung von einem Projektpartner entsprechend der vom SIJ entwickelten Anforderungen hergestellt. Mit dem Prototyp soll es ermöglicht werden, eine kleine Gruppe Heliostaten automatisiert zu vermessen.

        Projektpartner:

        • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. - Institut für Solarforschung
        • CSP Services GmbH
        • LeiKon GmbH
        • Radiant Dyes Laser & Accessories GmbH

        Gefördert durch:

        • Land Nordrhein-Westfalen

        DynaSalt-2

        Unterstützung des dynamischen Betriebs von Salzschmelzereceivern

        Projektbeginn: August 2017

        Ziel des Projektes ist es, den transienten Betrieb von Solarthermischen Turmkraftwerken mit Flüssigsalz als Wärmeträgermedium mit Hilfe von modellbasierten Regelungs- und Betriebsführungsmethoden zu verbessern. Dazu entwickelt das Solar-Institut Jülich gemeinsam mit Partnern aus Forschung und Industrie eine Modellprädiktive Regelung (MPR) für den Betrieb des gefüllten Receivers sowie ein Betriebsassistenzsystem (BAS) für den Betrieb des Übergangs zwischen ungefülltem und gefülltem Receiver.

        Um das dynamische Verhalten des Receivers abzubilden, werden die in den Projekten DynaSalt und HPMS entwickelten Fluid- und Komponentenmodelle weiterentwickelt. Für die MPR und das BAS werden zudem vereinfachte Modelle erstellt, die es ermöglichen, im laufenden Betrieb eine modellbasierte Prozessprädiktion durchzuführen. Letztlich wird das im Projekt SiBops eingesetzte SWFramework weiterentwickelt und dort die MPR sowie das BAS implementiert und getestet.

        Projektpartner:

        • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. - Institut für Solarforschung
        • Institut für Regelungstechnik der RWTH Aachen
        • LeiKon GmbH
        • General Elctric (Switzerland) GmbH

        Gefördert durch:

        • Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

        Qanat

        Wasserqualitätsverbesserung mit Hilfe einer solaren Entsalzungsanlage

        Projektbeginn: Mai 2017

        Das Ziel ist die Trinkwasserqualität in ländlichen Regionen Marokkos zu verbessern. Das Projekt realisiert ein umweltfreundliches und ökologisches Wasserressourcen-Management Marokkos durch erneuerbare Energien.

        Am Ende des Projektes wird eine solare Demonstrationsanlage zur Wasserentsalzung in der Nähe von Oujda, Marokko installiert und in Betrieb genommen und so sauberes Wasser mit hoher Trinkwasserqualität für die lokale Bevölkerung bereitgestellt. Anvisiertes Ziel wird dabei sein, die durch das Solar-Institut Jülich ausgereifte und gründlich getestete Technologie vorrangig auf dem marokkanischen Markt günstig anzubieten.

        Im Rahmen des Projektes werden wissenschaftliche Analysen in Bezug auf das Preis-Leistungs-Verhältnis der Technologie durchgeführt. Darauf basierend werden neue innovative Konstruktionen entwickelt sowie Systemsimulationen zur weiteren Optimierung durchgeführt. Anschließend wird ein Prototyp gebaut und umfangreich getestet.

        Die Solarentsalzungsanlage bietet eine kostengünstige und CO2-freie Trinkwasserversorgung. Für das vom Solar-Institut Jülich und Ingenieurbüro für Energie- und Umwelttechnik Jülich (IBEU) entwickelte Entsalzungssystem ergeben sich aufgrund seiner einfachen Bauweise, Handhabung, Wartungsmöglichkeit, Reinigungsmöglichkeit und seines effizienten Betriebverhaltens, viele Einsatzmöglichkeiten in ariden, sonnenreichen Regionen Nordafrikas (wie z. B. Siedlungen, Farmen, Schulen und kleine Hotels).

        Projektpartner:

        • Mohamed Premier University (MPU)
        • Unterauftragnehmer: Ingenieurbüro für Energie- und Umwelttechnik Jülich (IBEU)

        Gefördert durch:

        • Bundesministerium für Bildung und Forschung

        MOREWA-Def

        Mobile und regenerative Energie- und Wasserversorgungseinheit für ländliche Bevölkerungen in semiariden Gebieten

        Projektbeginn: April 2017

        In diesem Definitionsprojekt werden Kontakte zu verarbeitenden Betrieben und der staatlichen Universität in Südkasachstan aufgebaut. Übergeordnetes Ziel dabei ist die Entwicklung einer Versorgungseinheit für die ländliche Bevölkerung in Kasachstan. Mit dieser Versorgungseinheit soll durch solare Anwendungen Trinkwasser aus der Luft gewonnen sowie Wärme und Strom bereitgestellt werden. Aufgrund von hohen Temperaturunterschieden zwischen Sommer und Winter, stellt die Wasser- und Wärmeversorgungn im Flächenland eine große Herausforderung dar.

        Im ersten Teil des beabsichtigten Projektes werden die Bedürfnisse und die Möglichkeiten in Kasachstan ausgelotet. Im zweiten Teil wird ein Prototyp der Versorgungseinheit konzipiert und produziert. Anschließend sind Feldtests der Anlage in Kasachstan geplant, um die Versorgungssicherheit zu testen.

        Näheres finden Sie hier.

        Ein Artikel der Deutschen Welle finden Sie hier.

        Gefördert durch:

        • Bundesministerium für Bildung und Forschung

        Indiref

        Indirekt solar-beheizter Reformer zur Herstellung von Methanol

        Projektlaufzeit: 01.12.2016 - 31.12.2019

        Im Projekt "Indiref" wird ein Prozess der indirekt solar-beheizten Reformierung zur Herstellung von Methanol aus Kohlenstoffdioxid und Erdgas weiterentwickelt. Die konventionelle Herstellung von Synstesegas, das Ausgangsprodukt für viele chemische Produkte wie zum Beispiel Methanol ist, verursacht signifikante Kohlenstoffdioxid Emissionen. Beim Einsatz von konzentrierter Solarstrahlung lassen sich die Emissionen stark reduzieren. Ein Kohlenstoffdioxid-Recycling im Prozess reduziert die Emissionen weiter. So kann die Nutzung von Sonnenergie in den Bereich der Chemieindustrie ausgeweitet werden.

        Im Vordergrund stehen die Entwicklung des Reformierungsreaktors und eines modifizierten Solar-Receivers für diese Anwendung, welche technisch umgesetzt und unter solaren Bedingungen getestet werden kann. Zur Erreichung maximaler Effizienz und Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems wird parallel ein Prozesssimulationsmodell aufgebaut und anhand der Versuchsergebnisse validiert. Auf Basis dessen erfolgt eine virtuelle Hochskalierung des Prozesses, um das technisch-ökonomische Potenzial für eine Markteinführung zu bewerten.

        Bisher wurde der solarbeheizte Reformierungsreaktor zur Erzeugung von Synthesegas entwickelt. Mit Hilfe von CFD-Simulationen erzielte das SIJ eine besonders effektive Wärmeübertragung und Synthesegaserzeugung für das entwickelte Bajonettrohrreaktorkonzept, auf dessen Basis ein Testreaktor konstruiert wurde. Der Versuchsaufbau wurde im Rahmen des Projekts im Synlight (künstliche Sonne des DLR) in Jülich aufgebaut, wo anschließend Tests mit künstlicher Sonneneinstrahlung durchgeführt werden. Eine Prozesssimulation der solarbeheizten Reformierungsanlage wurde mit der Software Dymola im industriellen Maßstab modelliert und simuliert.

        Projektpartner:

        • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.
        • Hilger GmbH
        • Hille & Müller GmbH

        Gefördert durch:

        • Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen unter Einsatz von EFRE-Mitteln

        VORWAiRTS

        Volumetrischer Receiver mit hoher Luftrückführrate zur Verbesserung des Systemwirkungsgrades

        Projektbeginn: September 2016

        Die Technologie des offenen volumetrischen Receivers (HiTRec) bietet ein erprobtes, effektives und skalierbares Konzept zur bedarfsgeführten solaren Stromerzeugung an. Die HiTRec-Technologie hat deutliche Vorteile in der Einfachheit und Robustheit des Betriebs gegenüber Anlagen mit Salzschmelzereceiver. Die höhere Prozesstemperatur eröffnet darüber hinaus das Potential zur Nutzung moderner hocheffizienter 620°C­ Dampfprozesse.

        In diesem Projekt werden neue Ansätze zur Verbesserung der Luftreceivertechnik entwickelt. Dabei werden Konzepte sowohl für die kurzfristige, als auch für die längerfristige Umsetzung erarbeitet und getestet. Hauptansatz ist eine Modifikation in der Geometrie des Receivers inklusive einer verbesserten Rückführung der Warmluft. Zudem sollen durch eine optimierte Betriebsführung die Effizienz und der Jahresertrag gesteigert werden.

        Projektpartner:

        • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. | DLR
        • Kraftanlagen München GmbH | KAM

        Projektförderer:

        EDITOR

        Evaluation of the Dispatchability of a Parabolic Trough Collector System with Concrete Storage

        Link zur EDITOR-Homepage: EDITOR

        Projektlaufzeit: 01.10.2015 bis 30.09.2018

        Die Zielsetzung von EDITOR ist es, die Grundlastfähigkeit sowie Leistungsfähigkeit eines solarthermisches Systems, das für kontinuierlichen Betrieb konzipiert ist, zu demonstrieren und zu verifizieren. Während der Projektlaufzeit wird ein System bestehend aus einem mittelgroßen Parabolrinnenkollektor, Betonwärmespeicher und Kessel auf Zypern errichtet. Mit dem System wird Sattdampf produziert und in das Dampfsystem eines Getränkeherstellers eingespeist.

        Der Parabolrinnenkollektor erhitzt mit einem innovativen Vakuumreceiver ein neuartiges, umweltfreundliches Thermoöl auf über 400 Grad Celsius. Ein innovatives neues Betonwärmespeichersystem speichert die gewonnene Wärme, um diese in Zeiten ohne (ausreichender) Direktsolarstrahlung für die Produktion von Sattdampf zu nutzen.

        Im Projekt werden sowohl die technischen Aktivitäten der Installation, Inbetriebnahme und dem Betrieb der Anlage, als auch kommerzielle Gesichtspunkte, wie zum Beispiel die Machbarkeit hinsichtlich Hochskalierung, die Identifizierung von zukünftigen Kunden und der begleitende Kommunikationsprozess mit dem potentiellen Markt, umgesetzt.

        Projektpartner:

        • protarget AG
        • Cyprus University of technology
        • CADE Soluciones de Ingeniería, S. L.
        • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.

        Gefördert durch:

        • Bundesministerium für Bildung und Forschung

        HPMS

        Entwicklung eines hocheffizienten Receiversystems für Salzturmkraftwerke

        Projektlaufzeit: 01.10.2014 - 31.12.2016

        In dem Projekt HPMS wird in Kooperation mit Partnern aus Forschung und Industrie eine hocheffiziente Receivertechnologie mit Salzschmelze als Wärmeträger-Fluid entwickelt.

        Das Projekt zielt auf die Kostenreduktion bei Solarturmkraftwerken mit Salzschmelze als Wärmetransport- und Speichermedium durch die Entwicklung eines hocheffizienten Receiversystems für die nächste Generation von Salzturmkraftwerken ab. Der Receiver und der solare Hochtemperaturkreislauf (Receiversystem) werden aus technischer und ökonomischer Sicht optimiert. Derzeit werden sowohl Hochflussdichte- als auch Hochtemperatur-Receiverkonzepte als die nächste Generation von Salzturmkraftwerken betrachtet.

        Beim Receiver soll durch Auswahl des vielversprechendsten Receiverkonzeptes und durch eine detaillierte Designoptimierung der Wirkungsgrad und die Lebensdauer verbessert, sowie die Kosten gesenkt werden. Hierzu werden verbesserte Werkstoffkonzepte und innovative Beschichtungen berücksichtigt.

        Beim Receiversystem sollen die während des Betriebes und den An- und Abfahrvorgängen auftretenden Verluste optimiert und so die Betriebskosten entscheidend reduziert werden. Für eine anschließende Projektphase wird das Basic Engineering für ein Test-Receiversystem basierend auf den Ergebnissen des Projektes erstellt.

        Detaillierte Informationen finden Sie auf der Seite des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e. V.. Bitte klicken Sie hier

        Projektpartner:

        •     Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. | DLR
        •     Babcock Borsig Steinmüller GmbH | BBS
        •     Bilfinger Piping Technology GmbH | BPT
        •     M + W Germany GmbH | M+W
        •     STEAG Energy Services GmbH | STEAG
        •     Salzgitter Mannesmann Forschung | SZMF
        •     Outokumpu VDM GmbH | als assoziierter Partner
        •     BASF | als assoziierter Partner


        Projektförderer:

        Heureka

        Heliumkreislaufsysteme für Solarturmkraftwerke

        Projektlaufzeit: 01.09.2013 - 31.08.2016

        Ziel des Projektsist die Untersuchung, Entwicklung und Bewertung eines geschlossenen Heliumturbinenkreislaufs in Verbindung mit einem druckaufgeladenen Solarreceiver. Dazu werden verschiedene Kraftwerks-Konzepte mit der Simulationssoftware EBSILON®Professional modelliert. Weiterhin wird ein Helium-Receiver entwickelt, konstruiert und im Labormaßstab getestet. Die konzentrierte solare Energie wird hierbei durch ein Nahinfrarot-Strahlungsmodul nachgeahmt.

        Nutzen für die Allgemeinheit: Solar betriebene Gasturbinenprozesse weisen ein hohes Potenzial auf, um die Kosten solarthermischer Stromerzeugung zu senken. Helium hat sehr gute thermische Eigenschaften. So können Wärmeübertrager kleiner dimensioniert werden. Zudem müssen bei Einsatz von Helium keine Korrosionsvorgänge berücksichtigt werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass Helium einen geringen Druckverlust im Kreislauf aufweist. Dies wirkt sich positiv auf den Gesamtwirkungsgrad aus.

        Projektförderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung

        Projektpartner:

        ReSoL

        Nachrüstung von bestehenden Parabolrinnenkraftwerken mittels einer Erweiterung durch einen Solarturm

        Projektlaufzeit: 01.10.2012 - 31.03.2017

        Das ReSol-Projekt untersucht die Nachrüstung von bestehenden Parabolrinnenkraftwerken (PRK) mit Solartürmen, um die Synergien beider Technologien zu nutzen und die Stromgestehungskosten auf ein attraktives Niveau zu senken.

        Durch das Projekt soll die solare Stromerzeugung weiter gesteigert werden. Die Nachrüstung, mittels Integration eines Solarturms, verspricht eine Verbesserung der Effizienz und eine Flexibilitäts- und Verfügbarkeitserhöhung der Anlage. Das Nachrüstungspotenzial wird in Bezug auf folgende Retrofit-Merkmale (A und B) untersucht (siehe Abbildungen):

        A: Retrofit zur Ertragssteigerung unter Beibehaltung der Kraftwerkgröße. Hierbei wird ein Teil des bestehenden Solarfelds zurückgebaut und auf der freigewordenen Fläche ein Solarturm errichtet.

        B: Retrofit zur Steigerung der Nennleistung. Hierbei wird die thermische Gesamtleistung durch einen Solarturm erweitert, um das optimale Verhältnis von Rinnen- und Turm-Anlage herauszufinden.

        Projektpartner:

        •     MAN Diesel & Turbo | MAN
        •     Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. | DLR

        OMF

        Optimierung der Mikroheliostatfelder

        Kurzinformation: Anwendung generischer Algorithmen zur Optimierung der Wirtschaftlichkeit von Klein-Heliostat-Systemen (Mikroheliostaten)

        Das Heliostatfeld verursacht mit rund 50 % den größten Anteil an den Gesamtinvestitionskosten eines Solarturmkraftwerks. Das SIJ hat sich zur Aufgabe gemacht neue Heliostatkonzepte zu entwickeln, um diese Investitionskosten zu senken. Der Mikroheliostat ist ein zweiachsig der Sonne nachgeführtes Spiegelsystem. Im Gegensatz zu konventionellen Heliostaten wird eine Vielzahl von einzelnen kleinen Spiegelfacetten miteinander gekoppelt und sychron der Sonne nachgeführt. Die Nachführung erfolgt innerhlab einer festinstallierten Modulbox. Ziel des Projektes war die Entwicklung eines numerischen Optimierungswerjkzeugs um bereits in der konzeptionellen Entwurfsphase innovativer Konzentratorsysteme deren Wirtschaftlichkeit optimieren zu können. Zur Bewertung der Mikroheliostate wurden diese im Kraftwerkskontext untersucht. Dazu wurden Simulationswerkzeuge entwickelt, die unter Berücksichtigung der optischen Effekte eine resultierende Strahlungsflussverteilung auf dem Absorber ermitteln (Raytracing).

        Projektlaufzeit: 01.09.2012 - 30.06.2015

        Projektpartner:

        • Hilger GmbH, Wipperführt
        • Jokey Plastic Wipperfürth GmbH

        Gefördert durch:

        • Bundesministerium für Wirtschaft, Mittelstand und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen

        SiBopS

        Simulationsunterstützte Betriebsoptimierung für Solartürme durch innovatives Heliostatnachführungsystem, Zielpunktoptimierung und Betriebsassistenzsystem

        Projektlaufzeit: 01.02.2012 - 31.05.2015

        Ziel des Vorhabens ist die Effizienzsteigerung von Solarturmkraftwerken durch softwarebasierte Maßnahmen. Die Arbeiten konzentrieren sich auf innovative Methoden zur Heliostatfeldsteuerung und zur effizienzoptimalen Betriebsführung. Aufbauend auf Vorarbeiten der Partner werden softwarebasierte Verfahren entwickelt und am Solarturm Jülich getestet. Die auch für andere Turmkraftwerkskonzepte andwendbaren Methoden bieten zusammen mit dem Funktionsnachweis am Solarturm Jülich die Chancen einer zeitnahen Umsetzung der CSP-Branche. Gleichzeitig wird die Forschungsinfrastruktur am Solarturmkraftwerk Jülich durch Installation der entwickelten Verfahren und ein partiell verbessertes Heliostatfeld qualitativ aufgewertet.

        Projektpartner:

         

        • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. | DLR
        • RWTH Aachen - Institut für Regelungstechnik | IRT
        • RWTH Aachen - Institut für Dampf- und Gasturbinen | IDG
        • Kraftanlagen München GmbH | KAM
        • CSP Services GmbH | CSPC
        • Stadtwerke Jülich | SWJ
        • Universität Leuven, Belgien | OPTEC_Gruppe
        • LeiKon GmbH

         

        SpOpt

        Erhöhung der Wirtschaftlichkeit, des Nutzungsgrades sowie der Flexibilität und die Betriebsdauer des Speichersystems im Solarturm Jülich

        Projektbeginn: 01.07.2010 - 31.12.2013

        Mit dem solarthermischen Versuchskraftwerk Jülich (SVJ) wurde das weltweit erste Kraftwerk dieser Art in Deutschland gebaut. Dieses Projekt dient dem verbesserten Einsatz der Speichertechnologie und der damit verbundenen Senkung der Kraftwerksbetriebskosten. Schwerpunkt dieses Projektes ist mittels neuen nummerischen Simulationstools die Wirtschaftlichkeit, den Nutzungsgrad, die Flexibilität und die Betriebsdauer des Speichersystems zu erhöhen. Die Optimierungen sollen in einem innovativen Speichersystem-Konzept münden, der für den Einsatz in Solarturmkraftwerken prädestiniert ist.

        Projektpartner:

        •     KBA-MetalPrint GmbH | KBA
        •     Kraftanlagen München GmbH | KAM

        SolMethCO²

        Solare Produktion von Methanol aus Kohlendioxid

        Projektlaufzeit: 01.02.2009 bis 31.01.2012

        Im Rahmen des Projektes "SolMethCO²" wurden die Eigenschaften verschiedener Katalysatoren für die Reformierungsreaktion untersucht. Auf Basis von Literaturrecherche, Praxiserfahrung, Experimentenergebnisse und Simulationsrechnungen wurden diverse CO²-zu-Methanol-Verfahren analysiert und bewertet. Um ein besseres Verständnis über die Prozessparameter, wie Umsatz, Effizienz und Reaktionsgeschwindigkeit der CO²--Reformierung von Methan, zu gewinnen, wurde ein Laborteststand entwickelt und aufgebaut. Die Betriebscharakteristika wurden unter konstanten Bedigungen als auch unter solar-typischen fluktuierenden Randbedingungen analysiert. Es wurden zwei Szenarien zur CO²-Erzeugung durch "Post-Combustion" und Systhesegaserzeugung durch CO²-Reformierung und 2) Absorption von CO² aus der Atmosphäre und photokatalytische Methanol-Direkterzeugung- Die Kommerzialisierung des Prozesses erlaubt eine Diversifizierung der Solarenergienutzung, zusätzlich zur Stromerzeugugng als Brennstoff und als Rohrstoff für die Chemieindustrie. 

        Projektpartner:

        • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.
        • Ferrostaal AG
        • FB Chemie und Biotechnologie der FH Aachen

        Gefördert durch:

        • Europäische Union - Europäischer Fonds für Regionale Entwicklung

          HiTexStor

          High Temperatures heat Exchange and Storage

          Laufzeit: 01.10.2010 - 31.12.2016

          Die Idee, Sand als Speichermedium für Wärmeenergie zu nutzen, ist Grundlage dieses Projektes. Die Beständigkeit bei hohen Temperaturen, die hohe Verfügbarkeit und die niedrigen Materialpreisen machen Sand zu einem hervorragenden Speichermaterial.Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Verfahrens zur Übertragung von Wärme aus bis zu 700°C heißer Luft in Sand.

          In Zusammenarbeit mit dem DLR wurden in Laborversuchen die Eigenschaften von verschiedenen Sanden und Schüttgütern auf ihre Eignung als Wärmeträgermedium und als Wärmespeichermaterial getestet. Darauf aufbauend wurde eine Versuchsanlage für eine direkte Wärmeübertragung von Luft auf Sand konzeptioniert und gebaut. Damit wird das Verhalten des Sandes im Betrieb untersucht.

          Dieser Wärmeübertrager soll eingesetzt werden um in Solarkraftwerken Schüttgut-Wärmespeicher zu realisieren. Ein weiterer Einsatzzweck ist bei Industrieprozessen zur Abluftwärme-Rückgewinnung denkbar.

           

          Cuve Waters

          Integriertes Wasserressourcen-Management im nördlichen Namibia

          Laufzeit: 01.07.2009 - 30.06.2012

          Kurzinformation: Im Projekt "CUVEwaters" wurden sechs mehrstufige Entsalzunganlagen in Akutsima im Norden Namibia installiert, um einen Beitrag zur Trinkwasserversorgung der circa 500 Bewohner zu leisten.

          In Namibia, dem trockensten Land südlich der Sahara, ist der Norden mit 42 Prozent am Bevölkerunsanteil des Landes der am dichtesten besiedelte Raum. Ziel des Verbundprojektes war es, die Lebensbedingungen der Menschen in Namibia durch ein integriertes Wassermanangement zu verbesern.

          Das Solar-Institut Jülich hat gemeinsam mit dem Ingenieurbüro für Energie- und Umwelttechnik Jülich eine mehrstufige Eintsalzungsanlage (MSD - Multi-Stage Desalination System) zur solarthermicshen Wasserentsalzung entwickelt, die insbesondere durch wartungsarmen und robusten Betrieb speziell für entlegene Gebiete mit schwacher Infrastruktur geeignet ist und je nach Kollektortyp zwischen 60 und 80 Liter ´Trinkwasser pro Tag produziert. Der Betrieb benötigt keine elektrische Energie, da die Wärmezufuhr in die Anlagen rein thermosiphonisch erfolgt.

          Im Rahmen des Projektes, wurde Ende 2010 sechs solcher MSD-Systeme in Akutsima, im Norden von Namibia, installiert und leisteten erfolgreich einen Beitrag zur Trinkwasserversorgung der circa 500 Bewohner.

          Nähere Informationen finden Sie bitte unter folgendem Link: http://www.bmbf.wasserressourcen-management.de/de/106.php

          Projektpartner:

          • Ingenieurbüro für Energie- und Umwelttechnik Jülich (IBEU)

          Gefördert durch:

          • Bundesministerium für Bildung und Forschung