Zukunftsweisende Konzepte für Sonnenwärmekraftwerke
Dauer
Solarenergie, die derzeit am schnellsten wachsende unkonventionelle Quelle für erneuerbare Energien, wird eine Schlüsselrolle im Energiemix beim Ersatz fossiler Brennstoffe einnehmen. Die Umwandlung von Sonnenlicht in Elektrizität wird derzeit durch zwei Technologien erzielt: Photovoltaik (PV), die Sonneneinstrahlung direkt in Elektrizität umwandelt und konzentrierte Solarenergie (CSP), die Spiegel und andere optische Objekte nutzt, um Sonnenlicht auf einen Receiver umzulenken und zu konzentrieren. Hierbei wird thermische Energie erzeugt. Im Gegensatz zu PV und anderen erneuerbaren Ressourcen, die durch ihre natürliche Periodizität beeinflusst werden, bietet CSP die Möglichkeit, Elektrizität durch die gespeicherte thermische Energie fortwährend zu produzieren. Darüber hinaus hat CSP großes Potenzial für den Betrieb in trockenen sowie Wüstenregionen, wo die hohe Sonneneinstrahlung thermische Solarenergie ökonomisch wettbewerbsfähig gegenüber fossilen Kraftwerken machen könnte.
Projektziel und Ergebnisse:
Dieses Programm untersucht effizientere und kostengünstigere technologische Optionen für CSP und zielt auf die Förderung eines konstruktiven Dialogs zwischen den Entscheidungsträgern. Verschiedene technologische Alternativen wurden anhand technischer Kriterien, Verbesserungen der Kosten, Verlässlichkeit und Wirtschaftlichkeit bewertet. Spezielle Aufmerksamkeit wurde auf die Optimierung linearer Fresnel Reflektoren, die Auswahl der Wärmeträgerflüssigkeit und die Einführung der Wärmespeicherung zur Minimierung des Tag-Nacht-Effekts gerichtet. Zu den zentralen Forschungsergebnissen zählt die Bestimmung optimaler Designs für Spiegelfelder anhand einer Vergleichsstudie mit Fresnel-Konfigurationen, und die Evaluierung der thermodynamischen Leistung (Brayton – oder Rankine-Prozess-Motoren), welche anhängig von den Arbeits- und Temperaturbedingungen war. Dies führte zu einer Systemanalyse von CO2 als Wärmeträger.
Neben diesen Aktivitäten wurden wichtige Kollaborationen mit Partnern aus Forschung, Politik und Industrie geschlossen, um praktische Lösungen für die Realisierung von CSP vor allem in Lateinamerika zu liefern. In diesem Zusammenhang richteten sich die Forschungsaktivitäten am IASS, gemeinsam mit der UN-Wirtschaftskommission für Lateinamerika und die Karibik (CEPAL)und anderen Institutionen, auf die Forschung des Potenzials von CSP in Chile (samt des Aufbaus eines Zentrums für Sonnenergie-Forschung). Dabei konnten konkrete Ergebnisse für die Ausarbeitung der Chilenischen Erneuerbaren Energienstrategie erzielt werden. Eines der wichtigsten Ergebnisse war dabei die Ausschreibung für die Konstruktion von mindestens zehn MW CSP-Anlagen im Norden Chiles, welche durch chilenische und internationale Institutionen finanziell gefördert werden.
Projektpartner:
- Technische Universität Madrid (UPM)
- United Nations Economic Commission for Latin America and the Caribbean (ECLAC)
Ausgewählte Publikationen:
- Rationale for a Latin American Solar Energy Research Center (CELES) : Bericht erstellt vom "Latin American Solar Task Force" des IASS zum Thema Potenzial von CSP in Lateinamerika, 2012.
- Muñoz-Antón, J., Rubbia, C., Rovira, A., Martínez-Val, J. M. (2015): Performance study of solar power plants with CO2 as working fluid. A promising design window. - Energy Conversion and Management, 92, p. 36-46.
- Montes, M. J., Rubbia, C., Abbas, R., Martínez-Val, J. M. (2014): A comparative analysis of configurations of linear Fresnel collectors for concentrating solar power. - Energy, 73, p. 192-203.
- Rovira, A., Rubbia, C., Valdés, M., Martínez-Val, J. M. (2014): Thermodynamic cycles optimised for medium enthalpy units of concentrating solar power. - Energy, 67, p. 176-185.