SiBopS - Simulationsunterstützte Betriebsoptimierung für Solarturmkraftwerke

Ziele

Ziel des Projekts SiBopS ist eine Effizienzsteigerung von Solarturmkraftwerken durch softwareseitige 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 Methoden werden so konzipiert, dass sie auch für andere Turmkraftwerkskonzepte anwendbar sind. Die Forschungsinfrastruktur am Solarturmkraftwerk Jülich wird durch Installation eines Testreceivers auf der Forschungsplattform, Implementierung der entwickelten Verfahren und ein partiell verbessertes Heliostatfeld qualitativ deutlich aufgewertet.
Das Projekt Gliedert sich in die Arbeitspakete:

  1. Heliostatfeldnachführung
  2. Zielpunktoptimierung
  3. Betriebsassistenzsystem
  4. Testinfrastruktur

Insbesondere im Arbeitspaket 3 stellt das Projekt eine konsequente Fortführung der Aktivitäten des virtuellen Instituts für Solarturmkraftwerke (vICERP) dar, an dem das IRT bereits mitgewirkt hat

Das IRT ist in Arbeitspaket 3 am Projekt SiBopS beteiligt. In diesem Arbeitspaket wird ein Betriebsassistenzsystem entwickelt, das den Anlagenfahrer bei der Festlegung von Stellgrößen unterstützt. Das geschieht durch Vorschläge die auf der Lösung eines Optimierungsproblems basieren. Dieses Optimierungsproblem basiert auf einem Anlagenmodell.

Technologie des STJ

Die Solarstrahlung wird mittels der Sonne nachgeführten Heliostaten (2150 Spiegel) auf den volumetrischen Receiver am oberen Ende des Turms konzentriert. Gleichzeitig saugen die Gebläse Umgebungsluft durch den Receiver hindurch. Die Luft erhitzt sich dabei auf eine Temperatur von bis zu 700 °C. Die angesaugte Luft gelangt in den Dampferzeuger, kühlt bei Wärmeabgabe an den Dampfkreislauf auf 120 °C ab und wird vor dem Receiver ausgeblasen, um im höchstmöglichen Maß wieder angesaugt werden zu können. Diese Rezirkulierung der Luft erhöht dabei den Wirkungsgrad des Kraftwerks, da die Temperaturdifferenz zwischen Umgebungsluft und rezirkulierter Lufttemperatur (120 °C) nicht mehr von der Sonnenenergie aufgebracht werden muss. Je höher der Rezirkulierungsgrad, desto höher der Kraftwerkwirkungsgrad. Gleichzeitig wir die Rezirkulierungsluft zur Kühlung des Receivers genutzt. Dabei wird die ausströmende Luft an den zu kühlenden Receiverkomponenten entlang geleitet. Im Dampferzeuger wird überhitzter Dampf mit einem Druck von ca. 26 bar und einer Temperatur von rund 480 °C erzeugt. Dieser Dampf wird in einer Turbine entspannt, gelangt zum Kondensator und schließt den Wasser-Dampfkreislauf indem es wieder in den Dampferzeuger gepumpt wird.

Bei hoher Sonneneinstrahlung kann ein Teil der Wärmeenergie in einen Speicher eingelagert und bei Bedarf wieder entnommen werden. Die Steuerung des Luftstromwegs wird mittels Luftklappen und der Leistungsregulierung beider Gebläse vorgenommen. Grundsätzlich sind parallele Betriebsvarianten, wie beispielsweise die gleichzeitige Speicherbeladung und Dampfproduktion möglich.

Das Projekt SiBopS wird finanziert durch das EFRE ko-finanzierte Operationelle Programm für NRW im Ziel "Regionale Wettbewerbsfähigkeit und Beschäftigung".


Die Beteiligten Projektpartner sind