Förderprojekt DynaSalt II

 

Motivation

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Die Salzreceivertechnologie gehört neben den offenen volumetrischen Luftreceivern zu den Turmtechnologien der sog. zweiten Generation, die seit Anfang der 1990er Jahre entwickelt werden. Salzschmelzen haben neben sehr guten Wärmeübertragungseigenschaften und moderaten Kosten den Vorteil, dass sie gut speicherbar sind und so eine Entkopplung von Erzeugung und Nutzung solar erzeugter thermischer Energie ermöglichen.

Solarthermische Kraftwerke, und insbesondere Solarreceiver, werden stets unter transienten Randbedingungen betrieben und befinden sich daher praktisch nie in einem stationären Zustand. Zum einen verursacht der sich stetig ändernde Sonnenstand eine Variation der Einstrahlung auf der Receiveroberfläche und zum anderen können Wolken zu kurzfristigen Schwankung der lokalen Einstrahlung auf dem Receiver führen. Aufgabe einer Receiver-Regelung ist es daher, unter den beschriebenen kurzfristigen und langfristigen Schwankungen eine möglichst konstante Temperatur des heißen Salzes zu gewährleisten. Neben der Anforderung einer möglichst hohen Produktion soll die Regelung Veränderungen möglichst schonend durchführen, um die Lebensdauer des Receivers und weiterer Komponenten zu erhalten.

Die Herausforderung bei der Receiver-Regelung ist die Einhaltung zulässiger Grenztemperaturen der Salzschmelze am Austritt des Receivers, um einen kontinuierlichen Energiestrom zu gewährleisten. Gleichzeitig dürfen enge materialbedingte Betriebsgrenzen des Receivers selbst nicht überschritten werden. Diese Konstellation ist insbesondere im dynamischen Betrieb, d.h. bei wechselnder Strahlungsleistung, kritisch. Während des zügigen Anstiegs der Strahlungsleistung werden zulässige Temperaturgradienten leicht überschritten, was zur Beschädigung oder zur Zerstörung des Receivers führen kann. Ein Beispiel für einen solchen Betriebsfalls sind Wolkendurchgänge. Diese führen zunächst zu einem schnellen Abfall und einem anschließenden steilen Wiederanstieg der Strahlungsleistung. Bisher werden hierbei Energiepotentiale nicht ausgeschöpft, da aus Sicherheitsgründen häufig frühzeitig die Anlage in einen Art Stand-By-Modus versetzt wird. Die in diesem Teilprojekt zu entwickelnde Regelung wird genau dieses Potential besser ausnutzen, indem sie auch während Wolkendurchgängen den Anlagenbetrieb ermöglicht.

 

Projektziele und Methoden

Ziel dieses Teilprojekts ist es, eine modellbasierte Regelung für den transienten, einphasigen Betrieb von Salzschmelze-Receivern zu entwickeln und in der Simulation zu erproben. Das übergeordnete Ziel einer solchen Regelung ist die Effizienzsteigerung beim Betrieb von Salzschmelzreceivern, indem die Abschaltzeiten reduziert werden. Auf diese Art lassen sich die Stromgestehungskosten ebenfalls reduzieren.

Dazu wird zunächst ein reduziertes Modell erstellt, welches die für die Regelung relevante Dynamik enthält und eine Beobachtung der nicht messbaren Zustände und Störgrößen – wie die Sonneneinstrahlung – ermöglicht. Im zweiten Schritt kommen Methoden aus der nichtlinearen modellprädiktiven Regelung zum Einsatz, um eine möglichst hohe Receiver-Ausgangstemperatur bei gleichzeitiger Einhaltung aller Betriebsgrenzen zu erreichen.

 

Projektpartner	Assoziierte Partner
DLR - Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt SIJ - Solarinstitut Jülich der FH Aachen LeiKon GmbH	General Electric (Switzerland) GmbH