TY - THES

T1 - Simulation/Jahresertragsanalyse eines solarthermischen Kraftwerks mit Latentwärmespeicher

AU - Udvary, Raimund Matthias

N1 - gesperrt bis null

PY - 2014

Y1 - 2014

N2 - Eine wichtige Herausforderung in der Zukunft wird die nachhaltige Bereitstellung von Nutzenergie sein. Eine Möglichkeit hierzu bieten solarthermische Kraftwerke, mit denen die Primärenergie der Sonne in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Solarthermische Kraftwerke haben gegenüber anderen erneuerbaren Technologien den Vorteil, dass sich thermische Energiespeichersysteme integrieren lassen, die in Bedarfszeiten entladen werden können. Im INNOLAT – Projekt des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) wird an einem Konzept eines Latentwärmespeichers gearbeitet, welches in Verbindung mit Wasser(dampf) für den Einsatz in solarthermischen Kraftwerken geeignet ist. Die Innovation des Konzepts ist der Schneckenwärmeübertrager. Mit diesem ist es möglich das Phasenwechselspeichermaterial während des Phasenwechsels zu fördern. Durch den Einsatz des Schneckenwärmeübertragers kann die Wärmeübertragerfläche von der Speicherkapazität entkoppelt werden (d.h. eine Vergrößerung des thermischen Speichers führt zu keiner vergrößerten Wärmeübertragerfläche). Um die Wirtschaftlichkeit dieses neuen Konzepts am freien Markt zu bewerten, wird in dieser Arbeit eine detaillierte Kostenstruktur eines direktverdampfenden solarthermischen Kraftwerks mit einem Latenwärmespeichersystem aufgestellt, wobei ein besonderes Augenmerk auf dem Speicher liegt. Parallel dazu werden zwei verschiedene Speicherkonfigurationen untersucht: Eine mit Drei Speichertanks, die andere mit Zwei – Tanks und einem fossil gefeuerten Zusatzbrenner. Für die beiden Konfigurationen werden Exergieanalysen durchgeführt und die Prozessbedingungen festgelegt. Anschließend erfolgt in der Simulationsumgebung ColSim der Aufbau eines Systemsimulationsmodells für ein direktverdampfendes solarthermisches Kraftwerk mit den beiden Speichersystemen. Anhand von Jahressimulationen kann damit der elektrische Ertrag eines Jahres errechnet werden. Aus dem elektrischen Ertrag und der Kostenstruktur ist es in Zukunft möglich, die Stromgestehungskosten eines direktverdampfenden Kraftwerks mit einem Latentwärmespeicher zu bestimmen und mit anderen, bestehenden Technologien zu vergleichen.

AB - Eine wichtige Herausforderung in der Zukunft wird die nachhaltige Bereitstellung von Nutzenergie sein. Eine Möglichkeit hierzu bieten solarthermische Kraftwerke, mit denen die Primärenergie der Sonne in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Solarthermische Kraftwerke haben gegenüber anderen erneuerbaren Technologien den Vorteil, dass sich thermische Energiespeichersysteme integrieren lassen, die in Bedarfszeiten entladen werden können. Im INNOLAT – Projekt des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) wird an einem Konzept eines Latentwärmespeichers gearbeitet, welches in Verbindung mit Wasser(dampf) für den Einsatz in solarthermischen Kraftwerken geeignet ist. Die Innovation des Konzepts ist der Schneckenwärmeübertrager. Mit diesem ist es möglich das Phasenwechselspeichermaterial während des Phasenwechsels zu fördern. Durch den Einsatz des Schneckenwärmeübertragers kann die Wärmeübertragerfläche von der Speicherkapazität entkoppelt werden (d.h. eine Vergrößerung des thermischen Speichers führt zu keiner vergrößerten Wärmeübertragerfläche). Um die Wirtschaftlichkeit dieses neuen Konzepts am freien Markt zu bewerten, wird in dieser Arbeit eine detaillierte Kostenstruktur eines direktverdampfenden solarthermischen Kraftwerks mit einem Latenwärmespeichersystem aufgestellt, wobei ein besonderes Augenmerk auf dem Speicher liegt. Parallel dazu werden zwei verschiedene Speicherkonfigurationen untersucht: Eine mit Drei Speichertanks, die andere mit Zwei – Tanks und einem fossil gefeuerten Zusatzbrenner. Für die beiden Konfigurationen werden Exergieanalysen durchgeführt und die Prozessbedingungen festgelegt. Anschließend erfolgt in der Simulationsumgebung ColSim der Aufbau eines Systemsimulationsmodells für ein direktverdampfendes solarthermisches Kraftwerk mit den beiden Speichersystemen. Anhand von Jahressimulationen kann damit der elektrische Ertrag eines Jahres errechnet werden. Aus dem elektrischen Ertrag und der Kostenstruktur ist es in Zukunft möglich, die Stromgestehungskosten eines direktverdampfenden Kraftwerks mit einem Latentwärmespeicher zu bestimmen und mit anderen, bestehenden Technologien zu vergleichen.

KW - Thermische Speichersysteme

KW - Simulation

KW - Solarthermische Kraftwerke

KW - Erneuerbare Energie

KW - Investitionskosten

KW - Simulation

KW - renewable energies

KW - concentrating solar power

KW - thermal energy storage

KW - latent heat storage

M3 - Masterarbeit

ER -