Förderprojekt SolarFuelNow

  Urheberrecht: © DLR

Effiziente Regelung solarer Kraftstoffproduktion mit DNI Nowcasts

 

Motivation

Die Technologieforschung zur Nutzung solarer Energie fokussiert sich hauptsächliche auf die Bereiche Elektrizität und Wärme. Die Sonne kann jedoch auch genutzt werden, um Brennstoffe wie Wasserstoff auf direktem Wege zu erzeugen. Bei der Erreichung der Klimaschutzziele wird Wasserstoff eine Schlüsselrolle zugesprochen, die mit der Wasserstoff-Roadmap des Landes NRW besonders gewürdigt wird. Durch den Einsatz der Brennstoffzelle und mit wasserstoffbasierten Anlagen zur Erzeugung industrieller Produkte soll die Mobilität und die Industrie in den kommenden Jahren klimafreundlich erneuert werden. Mit der Sonne als größter Energiequelle der Erde bildet die solare Wasserstofferzeugung somit einen wichtigen Grundpfeiler für die Erreichung dieser Ziele und ein zukunftsträchtiges Forschungsfeld.

 

Projektziele und Methoden

Die Solarturmanlage, in der der Wasserstoff erzeugt wird, steht in Jülich beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). In mehreren Reaktorkammern wird Wasserstoff in einem solarchemischen Kreisprozess bei bis zu 1400 °C generiert. Die dazu benötigte hohe Energiedichte liefert die Sonnenstrahlung, die durch ein Heliostatenfeld konzentriert und in die Reaktorkammern reflektiert wird.

Im Rahmen des Verbundforschungsprojekts SolarFuelNow wird am Institut für Regelungstechnik eine modellbasierte prädiktive Regelung entwickelt, die eine optimale Prozessführung und -regelung durch Aufteilung der Sonnenleistung auf die Reaktorkammern sicherstellt. Ein Unterschreiten der sehr hohen Zieltemperaturen in den jeweiligen Kammern kann zu erheblichen Wirkungsgradeinbußen führen und den Prozess damit unwirtschaftlich machen. Herausforderungen stellen dabei transiente Wolkendurchzüge dar, die zu Leistungseinbrüchen oder lokalen Übertemperaturen führen können. Die Regelung soll zudem Vorhersagen der Sonnenstrahlung auf das Heliostatfeld berücksichtigen (Nowcasting-System), die durch ein Wolkenkamerasystem erstellt werden. Dieses Wolkenkamerasystem und der Algorithmus zur Vorhersage der Wolkendurchzüge werden ebenfalls im Rahmen des Projekts weiterentwickelt.

 

Innovationen und Perspektiven

Durch eine erfolgreiche Bearbeitung des Forschungsprojekts können neue regenerative Verfahren zur Herstellung von grünem Wasserstoff erforscht und somit ein wichtiger Beitrag zur weiteren industriellen Nutzung geleistet werden. Die im Rahmen des Projekts entwickelten Algorithmen zur Modellierung und Regelung werden grundsätzlich modular aufgebaut sein, sodass eine Übertragung auf ähnlich aufgebaute Anlagen gewährleistet ist.

Somit steht zum Schluss des Projekts ein verbessertes Nowcasting-System für Solarturmsysteme und eine modellprädiktive Regelung eines Multikammersystems unter Einbeziehung von Wolkenvorhersagen zur Verfügung, das für eine hochskalierte Brennstofferzeugungsanalage eingesetzt werden kann

 

Projektpartner
DLR – Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt Institut für Solarforschung S&V - Stausberg & Vosding GmbH CSPS - CSP Services GmbH