Heiße Waschtrommel als Sonnenkraftwerk

In einem neuartigen Strahlungsempfänger, der für Solarturm-Kraftwerke entwickelt wurde, lassen sich zirka ein Millimeter große Keramikpartikel bis auf tausend Grad aufheizen. In dem sich drehenden Receiver werden die Partikel durch die Zentrifugalkraft so lange in der Trommel gehalten, bis sie heiß genug sind, um zum Beispiel die Dampfturbine eines Kraftwerks anzutreiben. Einen erster Receiver-Prototyp haben Forscher am Institut für Solarforschung am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Stuttgart entwickelt.

In einem Solarturm-Kraftwerk konzentrieren viele bewegliche Spiegel, sogenannte Heliostate, die Sonnenstrahlen und reflektieren sie zur Spitze des Turms, wo der Receiver die Strahlung auffängt und in Wärme umwandelt. Bei dem neuartigen Konzept „CentRec“ werden die Keramikpartikel direkt im Receiver bestrahlt, absorbieren die Sonnenstrahlen und wandeln sie in Wärme um. Die heißen Partikel purzeln dann nach und nach aus dem schräg nach unten geneigten waschtrommelartigen Receiver in wärmeisolierte Behälter. Dort kann die solare Wärmeenergie direkt genutzt und zur Stromproduktion in den Kraftwerksprozess eingekoppelt werden. Ein weiterer Vorteil des Konzepts ist, dass sich die aufgeheizten Keramikpartikel auch als Speichermedium nutzen lassen, in dem man sie in drucklosen, isolierten Behältern lagert. Mit der so gespeicherten Wärmeenergie ist ein Kraftwerk auch nach Sonnenuntergang in der Lage, Strom ins Netz einzuspeisen.

Einen wichtigen Vorteil des CentRec Konzepts sieht Reiner Buck, Abteilungsleiter für Punktfokussierende Systeme am DLR-Institut für Solarforschung auch in seiner großen Flexibilität: „Durch die Umdrehungsgeschwindigkeit der Trommel lässt sich die Verweildauer der Partikel im Receiver und damit ihre Temperatur beim Austritt bestimmen – je nachdem, für welchen Prozess die Wärmeenergie einsetzt werden soll.“ Neben der Nutzung im Kraftwerksprozess lässt sich die in den Keramikpartikeln gespeicherte Wärmeenergie auch als Hochtemperatur-Prozesswärme im Industriebereich einsetzen. Für einen solchen Einsatz lassen sich die aufgeheizten Partikel, die eine sehr hohe Energiedichte aufweisen, ohne großen Aufwand zu ihrem Einsatzort transportieren.

Mit bis zu 1000 Grad Celsius sind die Keramikpartikel deutlich heißer als das bislang in Kraftwerken als Wärmeübertrager eingesetzte Salzfluid, das nur 565 Grad Celsius erreichen kann. „Mit den Keramikpartikeln können die Kraftwerksbetreiber mit höheren Prozesstemperaturen zwischen 600 und 800 Grad Celsius arbeiten und einen höheren Wirkungsgrad im Kraftwerksprozess erreichen“, beschreibt Buck. Geringere Stromgestehungskosten erwarten die Forscher auch durch die relativ niedrigen Komponentenkosten des Systems, insbesondere des Receivers und der Keramikpartikel.

Der Receiver-Prototyp mit einer Leistung von zehn Kilowatt wurde im DLR-Hochleistungsstrahler am Sonnenofen in Köln erfolgreich getestet. Im kommenden Jahr erproben die DLR-Forscher das CentRec-Konzept am DLR-Solarturm in Jülich mit einem größeren Zentrifugalreceiver mit einer Leistung von 500 Kilowatt.

DLR / DE