Konzentrierende Solarsysteme – Strom, Wärme und Brennstoff für eine nachhaltige Energieversorgung
Robert Pitz-Paal
Folie 2 > Solarforschung > Pitz-PaalInstitutsüberprüfung > 09.03.2006
Parabolrinne Solarturm Dish Stirling
Konzentrierende Solarsysteme
Folie 3 > Solarforschung > Pitz-PaalInstitutsüberprüfung > 09.03.2006
Parabolic Trough Power Tower
Konzentrierende Solarsysteme
Energieübertragung im MW - Maßstab
Stromerzeugung heute 900 GWh pro Jahr
Großtechnische netzgekoppelteStromerzeugung
neue Kraftwerke weltweit im Bau (15-20 cents/kWh)
PS 10 Spanien
Nevada
Empoli
potentiell 15 GW bis2020 mit 5- 8 cents/kWh
1 9 8 0 1 9 9 0 2 0 0 0 2 0 1 0 2 0 2 0
Sol
ar G
ener
atio
n C
ost
in E
uroC
ents
/kW
h
1 5
2 5
5 0
8
1 0 0
S p a n is hP r e m iu m s2 0 0 0 k W h / m ²
S E G S I I I - V I I
R & DD e m o
G r a n t s
I E A S S P S , C E S A - I
S O L A R O N E
S O L A R T W O
C a l i f o r n iaP r e m iu m s
2 7 0 0 k W h / m ² a
S E G S - I
S E G S - I I
S E G S V I I I - I X
G r e e nP r i c in g
R & D a n dD E M OP h a s e
C a l i f o r n i aS u b s i d i z e d
M a r k e t s
E u r o p e a nS u b s i d i z e d
M a r k e t s
G r e e nP o w e r
M a r k e t s
A n d a S o l 1
A n d a S o l N
S o l a r T r e sP S 1 0 Next
Generation Technology
New Market Entry
Deutsche Unternehmen sind führende Hersteller und Entwickler
KraftanlagenAnlagentechnikMünchen
und zahlreiche weitere…
Folie 4 > Solarforschung > Pitz-PaalInstitutsüberprüfung > 09.03.2006
Ziele für die Solarforschung 2004 – 2008 aus der HGF
Ziele 1: Kurzfristig
Unterstützung der Industrie bei Implementierung von ersten Solarkraftwerken in Europa
Ziel 2: Mittelfristig
Beiträge zur Kostensenkung und zum nachhaltigen Marktdurchbruch
Ziel 3: Langfristig
Vorbereitung der langfristigen Option zur chemischen Speicherung von Solarstrahlung (auch Brennstofferzeugung)
Folie 5 > Solarforschung > Pitz-PaalInstitutsüberprüfung > 09.03.2006
Vernetzung
RWTH AachenUni Stuttgart
Solarforschung
ITT
SpeichertechnikSystemanalyse
Satellitenfernerkundung
Gasturbinentechnik
DLR
DLR Center of Excellence„Konzentrierende Solarsysteme“
2006 – 2008
Industrie
CIEMATSOLLAB
SolarPACES
Folie 6 > Solarforschung > Pitz-PaalInstitutsüberprüfung > 09.03.2006
Direkte solare Dampferzeugung DISS
Folie 7 > Solarforschung > Pitz-PaalInstitutsüberprüfung > 09.03.2006
Direkte solare Dampferzeugung DISSThermohydraulik
Blasen Ring WellenSchwallWasser Dampf
Folie 8 > Solarforschung > Pitz-PaalInstitutsüberprüfung > 09.03.2006
Dampfmassenstrom
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
10.50 11.00 11.50 12.00 12.50 13.00 13.50 14.00 14.50 15.00 15.50
Zeit
Mas
senst
rom
[kg
/s]
Druck Kollektoreintritt
30
32
34
36
38
40
42
10.50 11.00 11.50 12.00 12.50 13.00 13.50 14.00 14.50 15.00 15.50
Zeit
Dru
ck [bar
]
Direktstrahlung
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
10.5011.0011.5012.0012.5013.0013.5014.0014.5015.0015.50
Zeit
DN
I [W
/m2̂]
Eintrittsmassenstrom
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
10.50 11.00 11.50 12.00 12.50 13.00 13.50 14.00 14.50 15.00 15.50
Zeit
Mass
enst
rom
[kg/s
]
Testsignale
Direkte solare Dampferzeugung DISSRegelung
k={-1}
GMas...
Fee...mh p
Global0
k={0}
Global...
Life...mh p
minlet0
k={1.0...minlet1
Konst...
k={31....
minlet...
k={0}
hinl
et0
k={6
5...
hinl
et1
minlet2minlet3
minletI...
minletI...
k={0.0...minletI...minletI...
k={-1}
GMas...
minlet...
K...n
S...1
Life...mh p
K...n Pi... Pi... Pi...K...n Pi... K...n Pi... K...n Pi...
Inj...1
Wa...mh p
Inj...1
minlet...
k={0.5}minlet...
Life...mh p
k={-1}
GMas...
minlet4
minletI...
Dynamisches Modell
Folie 9 > Solarforschung > Pitz-PaalInstitutsüberprüfung > 09.03.2006
Direkte solare Dampferzeugung DISSRegelung
300
320
340
360
380
400
420
11 13 15 17 19 21Zeit in h
Tem
pe
ratu
r in
°C
0
20
40
60
80
100
120
Dru
ck in
ba
r, D
ire
ktst
rah
lun
g in
W/m
^2/1
0
Temperatur
Druck
Direktstrahlung
Folie 10 > Solarforschung > Pitz-PaalInstitutsüberprüfung > 09.03.2006
Direkte solare Dampferzeugung DISSKomponentenoptimierung
Absorberrohr (Temperaturaufnahme durch Glashüllrohr)
Kompakt-Separatoren
Folie 11 > Solarforschung > Pitz-PaalInstitutsüberprüfung > 09.03.2006
Direkte solare Dampferzeugung DISSKollektorqualifizierung
Messung Ray-Tracing
Strahlungsverteilung in der Nähe des Absorberrohrs
Folie 12 > Solarforschung > Pitz-PaalInstitutsüberprüfung > 09.03.2006
Direkte solare Dampferzeugung DISSGesamtsystem Optimierung
Folie 13 > Solarforschung > Pitz-PaalInstitutsüberprüfung > 09.03.2006
Direkte solare Dampferzeugung DISSAusblick
Entwicklung der Speichertechnik
Entwicklung Absorberrohr für 500°C
Beteiligung an 5 MW Demokraftwerk in Spanien (neben der PSA)
Folie 14 > Solarforschung > Pitz-PaalInstitutsüberprüfung > 09.03.2006
Rankine = 16 % (annual)
Rankine = 16 % (annual)
CC = 25 % (annual)
Solar-hybride Gasturbinen Systeme
Folie 15 > Solarforschung > Pitz-PaalInstitutsüberprüfung > 09.03.2006
Solar-hybride Gasturbinen Systeme Receiver
Folie 16 > Solarforschung > Pitz-PaalInstitutsüberprüfung > 09.03.2006
Solar-hybride Gasturbinen SystemeSekundärkonzentrator
REFOS -Sekundärkonzentrator, Reflektitivät=94%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46
Einfallswinkel [°]
Absorption
Transmission
Reflexion
Folie 17 > Solarforschung > Pitz-PaalInstitutsüberprüfung > 09.03.2006
Solar-hybride Gasturbinen SystemeSystemtechnik
-400
-200
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
-600 -400 -200 0 200 400 600
Entfernung nach Westen [m]
En
tfer
nu
ng
nac
h N
ord
en [
m]
Folie 18 > Solarforschung > Pitz-PaalInstitutsüberprüfung > 09.03.2006
Solar-hybride Gasturbinen SystemeAusblick
Demonstration solarer Mikrograsturbinensysteme mit KWK
(EU Projekt SolHyco; Lizenzvertrag SHAP)
Kostensenkung bei Komponenten
Entwicklung von Heliostaten
Folie 19 > Solarforschung > Pitz-PaalInstitutsüberprüfung > 09.03.2006
Thermochemische WasserspaltungPrinzip
ΗΗ
ΗΗ
ΗΗ
ΗΗ
ΗΗ
ΗΗ
ΗΗ
ΗΗ
Η
Η
ΗΗ
ΗΗ
Η
Η
ΗΗ
ΗΗΗ
Η
ΗΗ
ΗΗ
Η
Η
ΗΗ
ΗΗMOreducedMOoxidized
800 °C
Folie 20 > Solarforschung > Pitz-PaalInstitutsüberprüfung > 09.03.2006
Thermochemische WasserspaltungPrinzip
MOoxidized
MOoxidizedMOreduced
ΗΗ
ΗΗ
ΗΗ
ΗΗ
ΗΗ
ΗΗ
ΗΗ
ΗΗ
Η
Η
ΗΗ
ΗΗ
Η
Η
ΗΗ
ΗΗ
1100-1200 °C
800 °C
Folie 21 > Solarforschung > Pitz-PaalInstitutsüberprüfung > 09.03.2006
Thermochemische WasserspaltungPotential
Feld ReceiverUmwandlung
Gesamt
0,0%
10,0%
20,0%
30,0%
40,0%
50,0%
60,0%
70,0%
80,0%
90,0%
100,0%
ElektrolyseHydrosol
Folie 22 > Solarforschung > Pitz-PaalInstitutsüberprüfung > 09.03.2006
Thermochemische WasserspaltungReaktorentwicklung
Bislang 40 Zyklen ohne Degradation
Laborwirkungsgrad = 4,5 - 9 %
01 02 03 04 05 06 07 080
2x10-6
4x10-6
6x10-6
8x10-6
m'(
H2)
[g/s
ec]
t [h]
Dampf aus
Dampf an
Folie 23 > Solarforschung > Pitz-PaalInstitutsüberprüfung > 09.03.2006
Thermochemische WasserspaltungKinetik: Zeitabhängigkeit der Wasserstofferzeugung
0,0002
0,0004
0,0006
0,0008
0,0010
0,0012
Mas
sens
trom
(H2)
[g/s
]
Sonnenofen-Experiment
DYMOLA - Simulation
0
0,0002
0,0004
0,0006
0,0008
0,001
0,0012
100 150 200 250 300 350 400 450 500 550
Zeit in s
Folie 24 > Solarforschung > Pitz-PaalInstitutsüberprüfung > 09.03.2006
Thermochemische WasserspaltungProzessoptimierung
Folie 25 > Solarforschung > Pitz-PaalInstitutsüberprüfung > 09.03.2006
Thermochemische WasserspaltungAusblick
Verfahrensverbesserung hinsichtlich
Umsatz,
Zyklenzahl
Langzeitstabilität
Betriebsstrategie
Technisch-ökonomische Bewertung (zusammen mit STB)
Scale-up in mehreren Stufen
Folie 26 > Solarforschung > Pitz-PaalInstitutsüberprüfung > 09.03.2006
Zusammenfassung
Umfassende Kompetenz zur Bearbeitung mittel- bis langfristiger Entwicklungsaufgaben bei den konzentrierenden Solarsystemen
Modelle, Messtechnik und Versuchsanlagen zur Unterstützung der Industrie bei der Produktentwicklung
Exzellente Netzwerke um „große“ Entwicklungsaufgaben arbeitsteilig anzugehen