Solarkraftwerke sollen dank Speichertechnologie nachts von Solarenergie profitieren
Derzeit ist der Ausbau kleiner und mittelgroßer Anlagen für konzentrierte Sonnenenergie aufgrund der Knappheit maßgeschneiderter Systeme zur Speicherung von Wärmeenergie begrenzt. Die Speicherung von Wärmeenergie spielt eine Schlüsselrolle, wenn es darum geht, Systeme für konzentrierte Sonnenenergie wettbewerbsfähiger als ihre Photovoltaik-Pendants zu machen. Sie ermöglicht die Anpassung des Anlagendesigns und/oder -betriebs an verschiedene mögliche Strategien. Zum Beispiel, um die Verbrauchernachfrage in isolierten Energiesystemen zu decken oder um die Stromerzeugung für Anlagen zu maximieren, die an das Stromverteilungsnetz angeschlossen sind und Strom exportieren können, wodurch Einnahmen gesteigert werden. Das EU-finanzierte Projekt ORC-PLUS ging diese Herausforderung an, indem es die Eignung des Einsatzes von ORC-Systemen (Organic Rankine Cycle) als Wärmekraftmaschinen zur Erzeugung elektrischer Energie in kleinen Anlagen für konzentrierte Sonnenenergie untersuchte. Bei diesen Anwendungen verwendet der ORC die von der Sonne gewonnene Wärmeenergie, um seine hochmolekulare Arbeitsflüssigkeit zu verdampfen und mittels der Ausdehnung des Dampfes in einer mit einem Generator gekoppelten Turbine Elektrizität zu erzeugen. „Diese Systeme sind eine gute technologische Option, da sie sehr zuverlässig sind und an entfernten Standorten eingeführt werden können. Eine wichtige technische Einschränkung ist jedoch die Notwendigkeit einer konstanten Wärmeversorgung“, sagt Projektkoordinator Walter Gaggioli. „Systeme zur Speicherung von Wärmeenergie helfen dabei, dieses Hindernis zu überwinden.“
Strom rund um die Uhr und nach Bedarf
Nach dem Testen von zwei verschiedenen Optionen der Speicherung von Wärmeenergie sowie drei Prototypen entwickelte das Team von ORC-PLUS ein innovatives System zur Speicherung von Wärmeenergie, das für mittelgroße Anlagen für konzentrierte Sonnenenergie optimiert ist. Das System erweitert die Stromerzeugung eines bestehenden solarthermischen Kraftwerks in Marokko, das aus linearen Fresnel-Kollektoren sowie einem 1 MWe ORC-Kraftwerk besteht. Das System zur Speicherung von Wärmeenergie steigert die Energieerzeugung in den Abendstunden (18:00-22:00 Uhr) für die Anlage im Green Energy Park von Ben Guerir um bis zu 4 Stunden und ermöglicht so die Abdeckung der Stromspitzenlasten des lokalen Mittelspannungsnetzes.
Eine verbesserte Stromerzeugung bietet viele Vorteile
ORC-PLUS trägt zur Bewältigung verschiedener Klima- und Energieprobleme bei. „Für kleine und mittlere Anlagen für konzentrierte Sonnenenergie (1-10 MWe) besteht ein großes Potenzial, teure Elektrodieselsysteme in ländlichen netzfernen Anwendungen zu ersetzen und so die Treibhausgasemissionen zu senken“, erklärt Gaggioli. „Die Lieferbarkeit der von ORC-PLUS erzeugten Energie ergänzt die weniger lieferbare Energie, die von anderen erneuerbaren Energiesystemen wie Photovoltaik und Wind erzeugt wird.“ Lieferbarkeit bezieht sich auf die Erzeugung von Strom nach Bedarf. „Dies macht das System zu einer potenziell strategischen Technologie zur Ergänzung anderer erneuerbarer Energien und zur Erzielung eines hohen Prozentsatzes erneuerbarer Energien in der globalen Energieversorgung“, sagt Gaggioli. Das ORC-PLUS-Werk wird Ende 2020 in Betrieb genommen, um Arbeitsplätze zu schaffen und die örtliche Industrie wiederzubeleben. Die entwickelte technische Lösung verbessert den jährlichen Durchschnittswirkungsgrad der Umwandlung von Solarwärme in Strom um bis zu 20 %. Insgesamt reduzierte das Projekt die Amortisationszeit um 30 % auf 8 Jahre und verbesserte so das Marktdurchdringungspotenzial. Die geringeren Investitionen für kleine und mittlere Anlagen für konzentrierte Sonnenenergie dürften bei Marktinvestoren ein erhebliches Interesse wecken. ORC-PLUS verbesserte die Herstellung von Solar-Fresnel-Kollektoren und reduzierte die Investitionskosten für zukünftige Solarkraftwerke um etwa 20 %. „Die entwickelten technischen vorgefertigten Lösungen, die auf diese Anlagen für konzentrierte Sonnenenergie zugeschnitten sind, können in ganz Europa und Afrika weitgehend repliziert werden“, schließt Gaggioli.
Schlüsselbegriffe
ORC-PLUS, Energie, konzentrierte Sonnenenergie, Strom, System zur Wärmespeicherung, Anlagen für konzentrierte Sonnenenergie, Solarenergie, thermische Energiespeicherung, Organic Rankine Cycle
