Die Stromerzeugung mit Solarthermischen Kraftwerken bringen wesentliche Vorteile für die Energiespeicherung

Keramische Partikel werden als Wärmespeicherung eingesetzt und der Wirkungsgrad für die Stromerzeugung lässt sich ermitteln, über eine berührungslose Schichtdickenmessung

Solarthermische Kraftwerke (CSP plants = Concentrating Solar Power plants) sind bisher eine eher exotische Technik, um hohe Engergiedichten zu erzeugen. Sie repräsentieren eine noch wenig verbreitete Technologie, deren Bedeutung für den klimaneutralen Umbau des weltweiten Energiesystems häufig unterschätzt wird. (Artikel: „Neuer DLR-Solarturm„)

Problem: Schwankungen der Energieausbeute bei Windgeneratoren und Photovoltaik

Für die Schwankungen der Energieausbeute bei Windgeneratoren und Photovoltaik gib es derzeit noch keine effizienten Lösungen für die Speicherung großer Strommengen, um diese Schwankungen auszugleichen.

Neuer Lösungsansatz: Solarthermische Kraftwerke als Ergänzung

Solarthermische Kraftwerke speichern Wärme statt Strom. Dieser Lösungsansatz hat den Vorteil, dass die Kosten 80 bis 90 Prozent günstiger werden, da diese Kraftwerke auch dann Solarstrom erzeugen können, wenn keine Sonne scheint.

Wachsende Anteile schwankender Einspeisung aus erneuerbaren Energiequellen wie Photovoltaik und Wind in die Stromnetze machen eine Ergänzung durch regelbare Kraftwerke erforderlich, damit genau die aktuell nachgefragte Strommenge bereitgestellt werden kann.

In sonnenreichen Ländern sind solarthermische Kraftwerke geeignet, die Lücke der Windflauten oder Dunkelheit zu füllen, da sie mit ihrem Wärmespeicher jederzeit Strom produzieren können. Solarthermische Kraftwerke können fossile Kraftwerke in ihrer Rolle als Grundlast- und Spitzenlastkraftwerke ablösen. Zum Beispiel zur direkten Stromversorgung von Industriegebieten können kleinere CSP-Anlagen wirtschaftlich interessant sein, wenn die Industriekunden neben Strom, auch Prozesswärme abnehmen, wie z.B. aus der Stahlproduktion und Chemischen Industrie. .

Vorteile Solarthermischer Kraftwerke in der Stromerzeugung

Auf den ersten Blick erscheint im Vergleich zur Stromerzeugung mit Solarzellen, die Umwandlung der Solarstrahlung zunächst in Wärmeenergie und dann erst in elektrische Energie etwas umständlich. Die Erzeugung der Wärmeenergie ist genau der Vorteil von solarthermischen Kraftwerken:

  • Wärme lässt sich einfacher und kostengünstiger speichern als Strom
  • Mit dieser in der Wärme gespeicherten Sonnenenergie, kann auch in der Dunkelheit noch Strom erzeugt werden.

Wie funktioniert das Prinzip von Solarthermischen Kraftwerken?

Ein solarthermisches funktioniert ähnlich einem konventionellen Dampfkraftwerk, bei dem als Brennstoff konzentrierte Solarstrahlung eingesetzt wird. Um die hohen Temperaturen für die Dampferzeugung zu erreichen, muss die Solarstrahlung konzentriert werden. Zur Bündelung des Sonnenlichts werden in der Nähe aufgestellte Spiegel eingesetzt. Ein Wärmespeicher erlaubt die den Ausgleich der Energieschwankungen über den Tagesverlauf. Als Medium, das die Wärmeenergie aufnimmt, wurde bisher z.B. flüssiges Salz genutzt. Dieser Prozess hat aber bestimmte Nachteile, was den Wirkungsgrad der Wärmespeicherfähigkeit betrifft.

Innovativer Einsatz keramischer Partikel zur Wärmespeicherung

Anstatt flüssiges Salz, werden als Wärmeträger keramische Partikel eingesetzt, in der Herstellung preiswert sind und eine hohe Wärmespeicherfähigkeit aufweisen.

Die keramischen Partikel können bis zu 600 °C höhere Temperaturen aufnehmen, als es bisher in solarthermischen Kraftwerken möglich ist. Das steigert den Wirkungsgrad der Umwandlung von Solarstrahlung zu Strom. Das Kraftwerk kann damit bei gleicher Kollektorfläche mehr Strom erzeugen, wird also effizienter.

Das Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR) entwickelt und testet Komponenten und Prozesse für den Einsatz geeigneter neuer Wärmeträger- und Speichermedien zusammen mit verschiedenen Industriepartnern.
Die DLR https://www.dlr.de/de setzt den Q6-Laserscanner ein von QuellTech, um damit die Wärme-trägerschichtdicke in der sich drehenden Trommel zu messen. Dabei wird in einem separaten Messvorgang die leere Trommel als 3 D Punktwolke erfasst. Diese Punktewolke wird dann mit der Punktwolke des befülltem keramischen Trägermaterials verglichen.

Als Ergebnis kann eine Schichtdicken-Punktwolke ausgewertet werden. Mit dieser Vorgehensweise wird eine gleichmäßige Befüllung und Schichtdicke der keramischen Partikel in der Trommel erreicht.

Siehe auch: Oberflächenprüfung & Schichtdickenmessung

Vermessung der Trommeln in der Praxis mit dem berührungslosen 3D- Laserscanner Messystem von QuellTech

Die Trommel dreht sich mit hoher Geschwindigkeit, um eine Zentrifugalkraft auf die keramischen Partikel auszuüben und die verhindert, dass die Partikel von der Trommeloberfläche fallen. Mit dem QuellTech Q6 Laserscanner und der verfügbaren Bildverarbeitungssoftware, wird ein ein „Area of Interest Tracking Mode“ aktiviert, um die Oberfläche besser vermessen zu können.

Die keramischen Partikel sind relativ dunkel, was eine gewisse Belichtungszeit erfordert, um diese sichtbar zu machen. Trotz dieser Herausforderungen wurden fast 2kHz (Profile pro Sekunde) an Geschwindigkeit erreicht.

QuellTech hat die Laserscanner Einstellungen für den Messaufbau der DLR optimiert und ein Softwareprogramm implementiert, welches schnell an die Benutzeranforderungen angepasst werden konnte, indem wir unsere bewährte Bildverarbeitungsplattform nutzen. Durch diese Vorgehensweise können die Projekte wesentlich schneller implementiert werden.  In diesem Projekt wurden zum Beispiel unsere bewährten Algorithmen eingesetzt, um zwei verschiedene 3D-Punktwolken zu vergleichen und horizontale 3D-Punktwolkenstreifen miteinander zu verbinden.

Um eine leere Trommel mit einer Trommel mit Partikeln zu vergleichen und den Einfluss der Partikel auf die Dicke zu erkennen, ist es wichtig, beim Vergleich von zwei verschiedenen Punktwolkendaten die gleichen Anfänge und Enden zu haben. Wir haben dabei ein Signal von Drehgebern verwendet, wenn jede Drehung beendet ist. Dieses Signal hat geholfen, die Grenzen einer einzelnen Drehung zu definieren und zwei Punktwolken genau zu vergleichen.

Vorteile der QuellTech Lösung

3D-Darstellung bietet Überblick über die gesamte Trommel

  • Der Q6 Laserscanner kann im Prinzip nur einen bestimmten Teil der Trommel erfassen. Über einen 360°-Streifen war es jedoch möglich, horizontal eine Verbindung herzustellen, um einen Überblick über die gesamte Trommel zu erhalten.

Stetige Prüfung der erforderlichen Kreisförmigkeit im Messprozess

  • Mit den QuellTech- Q6 Laserscannern kann die DLR in diesem Energie Projekt zusätzlich die Kreisförmigkeit der Trommelrotation analysieren.

Qualitätssicherung durch frühzeitigen Alarm

  • Bei Unregelmäßigkeiten der Kreisförmigkeit, werden diese als Wellen auf den Punktwolkendaten sichtbar, die dann mit feinmechanischen Anpassungen kompensiert werden können.

Können QuellTech Laser Scanner Ihre Messaufgabe lösen?

Wir möchten Ihnen helfen, Ihre spezifische Messaufgabe zu evaluieren.
Durch eine kostenlose erste Testmessung Ihrer Anwendung, können wir bereits frühzeitig eine Einschätzung zur Machbarkeit geben. Zögern Sie nicht, uns zu kontaktieren, um weitere Informationen zu erhalten, oder einen Termin für eine Beratung zu vereinbaren.
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Stefan Ringwald
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