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
boura(at)sij.fh-aachen.de | Homepage |

Projekte

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

Der Industriesektor bezieht etwa 30 % des Endenergiebedarfs der Bundesrepublik Deutschland. Davon wird etwa 66 % für die Erzeugung von Prozesswärme verwendet, dabei fallen oft große Mengen an Abwärme an. Mit einer neuen innovativen Technologie - einer Hochtemperatur-Wärmepumpe in Kombination mit einem Salzspeicher - wird Abwärme auf eine Temperatur von bis über 500 °C gebracht und gespeichert. Die Entladung des Speichers erfolgt dabei abhängig vom Bedarf. Als Referenz zur untersuchenden Strom-zu-Wärme-Technologie wird ein kommerzieller Widerstandserhitzer zur Erzeugung von Wärme genutzt und diese ebenfalls in einer Salzschmelze zwischengespeichert. Beide Technologien ermöglichen auf diese Weise Überschussstrom aus den Erneuerbaren Energien zu nutzen und die Netzstabilität zu gewähren.

Da aus Nordrhein-Westfalen diverse Komponenten und Dienstleistungen für solarthermische Kraftwerke (englisch: Concentrated solar power, CSP) stammen, wird auch die Implementierung von "Power to Heat" (P2H) Technologien für CSP untersucht. Die aktuellen preiswerten PV-Module machen eine Kombination von auf PV-CSP-Hybridkraftwerken attraktiv. Innovativ hierbei ist, dass der PV-Strom zu einem bestimmten Anteil tagsüber für den Betrieb der P2H-Technologie eingesetzt und der Rest nach Bedarf in das Stromnetz mittels der CSP-Kraftwerkseinheit eingespeist werden kann.

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.

    Projektpartner:

      • Hilger GmbH
      • HELIOKON GmbH

      Gefördert durch:

      • Ministerium für Wirtschaft, Innovation, Digitalisierung und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen unter Einsatz von EFRE-Mitteln
      Modell des ersten MH-Prototyps
      SolCal-Benutzeroberfläche einer einfachen MH-Feldberechnung

      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
      Prinzipzeichnung der Laser-basierten Heliostatfeldkontrolle (Quelle: SIJ)

      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

      Projektbeginn: 01.12.2016

      Kurzinformation: Entwicklung eines Receiver-Reaktor-Systems für eine indirekt solar beheizte Reformierung zur Herstellung von Methanol aus CO² und Erdgas

      Im Projekt "Indiref" wird ein Prozess der indirekt solar-beheizten Reformierung zur Herstellung von Methanol aus CO² und Erdgas weiterentwickelt. Die konventionelle Herstellung von Synstesegas, das Ausgangsprodukt für viele chemische Produkte wie zum Beispiel Methanol ist, verursacht signifikante CO² Emissionen. Beim Einsatz von konzentrierter Solarstrahlung lassen sich die Emissionen stark reduzieren. Ein CO² 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.

      Projektpartner:

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

      Gefördert durch:

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

      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

      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 Projekts ist 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:

      PaRiS

      Weiterentwicklung und Erprobung eines neuartigen Verfahrens zur Bestimmung der Effizienz von konzentrierenden solarthermischen Kollektoren

      Projektlaufzeit: 01.09.2013 bis 31.08.2016

      Im Rahmen des Vorhabens PaRiS wurde ein Test- und Prüfverfahren weiterentwickelt und optimiert, ewlches es ermöglicht schon in der Entwicklungsphase von Parabolrinnenkollektoren deren Leistungsfähigkeit schnell und preisgünstig zu bestimmen. Im Vergleich zu konventionellen Messverfahren nach der Norm ISO 9806:2013 können mit dem neuen Verfahren Entwicklungsschritte beschleunigt, Kosten reduziert und der Anreiz für kleine und mittlere Unternehmen erhöht werden, in dieses Marktsegment vorzudringen. Zur Durchführung der normgerechten Prüfungen wurde ein Prüfstandsaufbau für kleine Parabolrinnenkollektoren entwickelt.

      Weiterhin wurde im Projekt zusammen mit dem Industriepartner Hofmann Glastechnik GmbH während der Projektlaufzeit ein Receiver entwickelt, der in wiederholenden Optimierungsschritten am SIJ getestet und bewertet wurde.

      Als Projektpartner engagierte sich das Ingenieurbüro für Energie- und Umwelttechnik (IBEU) im Vorhaben und als weitere Kooperationspartner konnten das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR) und das Institut für Thermodynamik und Wärmetechnik (ITW) gewonnen werden.

      Gefördert durch:

      • Bundesministerium für Bildung und Forschung
      • FHprofUnt - Forschung an Fachhochschulen
       
       

      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

      PolyP

      Entwicklung eines kleinen Parabolrinnenkollektors mit Kunststoffkorpus zur Bereitstellung solarer Prozesswärme

      Projektlaufzeit: 01.08.2012 bis 31.01.2016

      Das Ziel des Projekts war die Entwicklung eines kostengünstigen, hocheffizienten und serientauglichen Parabolrinnenkollektors mit circa 2 m² Aperturfläche und der Besonderheit eines aus Kunststoff gefertigten Parabolrinnenkorpus. Der Kollektor soll für die wirtschaftliche und CO²-freie Bereitstellung von solarer Prozesswärme in einem Temperaturbereich bis zu 250° C in modularer Bauweise und damit in seiner thermischen Leistung skalierbar eingesetzt werden. Neben der Untersuchung und Bewertung der Leistungsfähigkeit des Kollektors erfolgten eine Evaluierung bezüglich der optischen Qualität sowie eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der Herstellung.

      An diesem Projekt war die Firma AL-KO Kober SE mit ihrem Geschäftsbereich "Thermoformen" beteiligt. Die Firma Klaus Hofmann GmbH setzte in diesem Projekt erstmalig ihre neue Vakuumreceiver-Entwicklung ein. Die Firma TSK Flagsol war als Industriepartner für die Vermarktung des Produktes beteiligt. Ein erster Prototyp wurde am SIJ entwickelt, aufgebaut und in Betrieb genommen.

      Gefördert durch:

      • Bundesministerium für Bildung und Forschung
      • FHprofUnt - Forschung an Fachhochschulen
       

      SiBopS

      Simulationsunterstützte Betriebsoptimierung für Solartürme durch innovatives Heliostatnachführungsystem, Zielpunktoptimierung und Betriebsassistenzsystem

      Projektbeginn: 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 Umsetzunggin 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
      Schematische Skizze des thermischen Speichers | KBA-Clean Air GmbH

      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

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