Das Funktionsprinzip der solaren Direktverdampfung im Durchlaufkonzept
Bisher arbeiten Direktverdampfungsanlagen überwiegend nach dem Rezirkulationsprinzip. Dabei durchläuft das Wasser im Solarfeld drei Bereiche: Den Verdampferbereich zur Erzeugung von Dampf; die Dampftrommel, in der die Trennung von flüssigem Wasser und Dampf erfolgt sowie einen letzten Bereich, in dem die Temperatur des Dampfs noch weiter erhöht wird. Dieses dreiphasige Konzept zeichnet sich durch seinen stabilen Betrieb aus und wurde daher in kommerziellen Solarkraftwerken bisher bevorzugt.
Bei dem vom DLR getesteten neuen Verfahren wird der Dampf für die Turbine in einem durchgehenden Strang verdampft und überhitzt (Abbildung rechts oben). Diese Art der solaren Direktverdampfung stellt besonders hohe Anforderungen an die Regelung der Anlage. Ein Ziel des Projekts DUKE war, das Verhalten des Systems genau zu analysieren und Verbesserungen zu entwickeln.
In der DISS-(Direct Solar Steam)-Testanlage auf der PSA bündeln Parabolspiegel auf einer Länge von 1.000 Metern die Solarstrahlung auf Receiverrohre. Die aus Spiegel, Receiverrohr, einer Antriebsmechanik und einer Stahlkonstruktion bestehenden Kollektoren sind dabei zu einem Kollektorstrang zusammengeschaltet. Im Kollektorstrang wird das Wasser zunächst verdampft und dann auf eine noch höhere Temperatur weiter erhitzt. Der so erzeugte „überhitzte“ Dampf könnte in einem Kraftwerk zum Antrieb einer Turbine verwendet werden. „Bei der Testanlage handelt es sich im Prinzip um einen der größten solaren Wasserkocher der Welt.“, so der Projektleiter Fabian Feldhoff.
Bei der Weiterentwicklung der Direktverdampfung lernen die Wissenschaftler von den konventionellen Technologien der Dampferzeugung, z.B. in Kohle- oder Kernkraftwerken. Zur Erhöhung der Effizienz wird dort ein Anstieg von Druck und Dampftemperatur angestrebt. Moderne Kraftwerke werden daher statt im Umlaufbetrieb (Rezirkulation) auch im Zwangsdurchlaufbetrieb gefahren, das ähnlich funktioniert wie das Durchlaufkonzept. Gerade bei hohen Drücken bietet das Durchlaufkonzept den Kraftwerken deutlich mehr Flexibilität beim Betrieb.
Ein weiterer Vorteil des Durchlaufkonzepts ist die leichte Skalierbarkeit des Kollektorstrangs. Die parallel geschalteten, einzelnen Kollektorstränge sind von gleichem Aufbau; ihre Einzelleistungen lassen sich zur Gesamtleistung addieren. Im Falle der Testanlage sind das bei guter direkter Sonneneinstrahlung rund drei Megawatt thermisch. „Für ein großes Kraftwerk müsste man also einfach so viele Stränge parallel bauen, bis die gewünschte Leistung erreicht ist. Gerade dieser einfache Aufbau bietet ein hohes Einsparungspotenzial“, fasst der Projektleiter zusammen.
Folgt: Neue Regelungstechnik zur Verringerung von Temperaturschwankungen