Portfolio
Die Sonne nutzen: Präzision von Endress+Hauser für solarthermische Kraftwerke (CSP)
Zuverlässige Messung und smarte Lösungen für effiziente, sichere und nachhaltige solarthermische Energie
Einführung
Ein neuer Weg zur Nachhaltigkeit
Die Entwicklung der weltweiten Energielandschaft geht weiter und die Nachfrage nach Energie steigt. Solarthermische Kraftwerke mit Strahlungsbündelung (Concentrated Solar Power, CSP) bieten hier einen vielversprechenden Weg in eine nachhaltigere Zukunft. Ein CSP-Kraftwerk fängt Sonnenenergie ein, wandelt sie in thermische Energie um und ermöglicht so eine saubere Stromerzeugung im großen Maßstab.
Zu den heute am weitesten verbreiteten CSP-Technologien gehören Parabolrinnensysteme, Solartürme und lineare Fresnel-Reflektoren (LFRs). Sie alle nutzen Spiegel, um das Sonnenlicht auf einen Empfänger, den sogenannten Receiver, zu fokussieren. Mit der aufgenommenen Wärme wird Dampf erzeugt, der Dampfturbosätze (Stream Turbine Generators, STGs) für die Stromerzeugung antreibt. Mit Kalt- und Heißspeichertanks für die thermische Energiespeicherung (TES) können CSP-Kraftwerke, die beispielsweise Salzschmelzen als Wärmeträgermedium nutzen, auch nach Sonnenuntergang noch Strom erzeugen.
Schlüsselfaktoren
TES könnte sich bis 2030 verdreifachen
Der weltweite Markt für thermische Energiespeicherung (TES) könnte sich bis 2030 verdreifachen und innerhalb eines Jahrzehnts von Gigawattstunden (GWh) installierter Leistung im Jahr 2019 auf über 800 GWh anwachsen.
Quelle: IRENA
Einblicke
Durchflussmessung von Wärmeträgermedien
Bei der Übertragung von thermischer Energie in CSP-Kraftwerken ist eine genaue Durchflussmessung unerlässlich, denn dieser Prozess ist mit besonderen Herausforderungen verbunden. Das gilt insbesondere für den Umgang mit Wärmeträgermedien (Heat Transfer Fluids, HTFs) wie Thermoöl und Salzschmelzen, die bei extremen Temperaturen arbeiten, bei denen herkömmliche Durchflussmessgeräte nicht mehr zuverlässig sind. Thermoölsysteme erreichen üblicherweise Temperaturen bis zu 400 °C (752 °F), bei Systemen mit Salzschmelzen können sie sogar höher als 550 °C (1.022 °F) sein. Thermoöl weist zudem eine geringe elektrische Leitfähigkeit und mäßige Viskosität auf, während Salzschmelzen, insbesondere Gemische wie Natriumnitrat und Kaliumnitrat, hochgradig korrosiv sind und unter 220 °C (428 °F) zu erstarren beginnen. Wenn die Schmelzen nicht korrekt auf erhöhten Temperaturen gehalten werden, können sie Leitungen verstopfen und Geräteschäden verursachen.
Unsere Kompetenz im Feld
Diese anspruchsvollen Bedingungen stellen hohe Anforderungen an die Messgeräte, da hohe Temperaturen und Temperaturwechsel Werkstoffe zersetzen und die Leistung von Sensoren beeinträchtigen können und außerdem eine spezielle Isolierung erfordern. Hinzu kommt, dass sich bei beiden Medien die Eigenschaften im Lauf der Zeit verändern können, wodurch eine genaue Durchflussmessung noch komplizierter wird. Ultraschall-Durchflussmessgeräte lösen diese Probleme, indem Sie selbst unter rauen Bedingungen eine präzise Messung gewährleisten. Damit verringern sie Energieverluste und verbessern Effizienz der Wärmeübertragung.
- System kann mit vollständiger Wärmeisolierung ausgestattet werden.
- Montage kann ohne Unterbrechung des laufenden Betriebs erfolgen, dabei wird kein Kran benötigt.
- Proline Prosonic P 500 HT ermöglicht eine eingriffsfreie Montage an Rohrleitungen aus Metall von DN 50 bis 600 (2"... 24"), dies minimiert Risiken in korrosiven Umgebungen mit hohen Temperaturen.
- Frühzeitige Erkennung von Qualitätsverlusten beim Wärmeträgermedium durch Überwachung anhand der Schallgeschwindigkeit verbessert Sicherheit und Zuverlässigkeit.
- Echtzeitdiagnose verbessert Zuverlässigkeit und Betriebszeit
- Kein Druckabfall dank kurzer Ein- und Auslaufstrecken
Einblicke
Temperaturmessung in Tanks
Die Temperaturmessung in Salzschmelze-Tanks ist unerlässlich für den sicheren und effizienten Betrieb eines CSP-Kraftwerks. Unterschiedliche Tankgrößen, hohe Temperaturen von mehr als 550 °C (1.022 °F) und korrosive Bedingungen erfordern langlebige Thermoelemente in flexiblen Ausführungen. Oft werden mehrere Sensoren in verschiedenen Höhen angebracht, um Schichtenbildung zu überwachen. Begleitheizungen und Isolierung verhindern das Erstarren der Schmelze und sorgen für eine zuverlässige Langzeitleistung.
Unsere Kompetenz im Feld
Endress+Hauser liefert ein umfassendes System, mit dem Temperaturen an drei kritischen Punkten gleichzeitig überwacht werden können: an den Innenwänden des Tanks, am Tankboden und im Salzschmelze-Medium in den Wärmespeicherbehältern. Dies sorgt für maximale Betriebssicherheit und -zuverlässigkeit über den gesamten Energieumwandlungsprozess.
- iTHERM MultiSens Flex TMS01 gewährleistet die genaue Erfassung von Temperaturprofilen entlang der Innenfläche/Wand des Tanks, um die Tankstruktur zu schützen, ein Erstarren des Salzes zu vermeiden und die Wärmeübertragung zu kontrollieren. Das Multipoint-Thermometer ermöglicht außerdem eine zuverlässige Temperaturüberwachung in den engen Räumen des Unterbaus, um mechanische Schäden wie z. B. Risse im Beton zu überwachen.
- iTHERM MultiSens Bundle TMS31 liefert präzise Temperaturmessungen in der Salzschmelze durch Überwachung der Temperatur auf unterschiedlichen Höhen im Tank. Anhand dieser Messungen kann der Energiegehalt und der Beladungszustand ermittelt werden, außerdem ermöglichen sie die Prozesssteuerung für das Salzspeichersystem.
Einblicke
Füllstandsmessung in CSP-Kraftwerken
Die Füllstandsmessung in Salzschmelze-Systemen ist aufgrund der extremen Temperatur, der korrosiven Eigenschaften und des Risiko des Erstarrens der Schmelze technisch äußerst anspruchsvoll. Mit einer robusten Ausführung und fortschrittlichen Technologien lässt sich die unverzichtbare Überwachung in den heißen Salztanks und Sammelleistungssystemen jedoch zuverlässig realisieren. Die Aufrechterhaltung der korrekten Füllstände ist ein kritischer Faktor für die Betriebssicherheit und Energiespeicherkapazität in CSP-Kraftwerken, in denen sich die Salzschmelze im Receiver unter dem gebündelten Sonnenlicht rasch erhitzt. Die Echtzeit-Füllstandsmessung am Einlass und Auslass der Puffertanks verhindert, dass Receiver überhitzen oder ausbrennen, gleichzeitig sorgt die Überwachung der Wärmespeichertanks und HTF-Ölbehälter für die Stabilität des Gesamtprozesses.
Unsere Kompetenz im Feld
Mit berührungslosem Radar liefert Endress+Hauser genaue, verlässige Füllstandsmessungen in Salzschmelze-Tanks und HTF-Ölbehältern. Damit können Sie die Betriebssicherheit gewährleisten, die Energiespeicherkapazität optimieren sowie Effizienz und Zuverlässigkeit in der gesamten Anlage sicherstellen.
- Der 80GHz-Radarsensor Micropilot FMR62B ist mit einer Hochtemperaturoption (bis zu 450 °C (842 °F), mit thermisch isoliertem Abstandhalter auch höher) ausgestattet und unempfindlich gegenüber Druck- und Temperaturschwankungen.
- Die 80GHz-Technologie bietet einen schmalen Abstrahlwinkel, der Störungen durch Hindernisse und Einbauten im Tank minimiert.
- Diese nach IEC 61508 entwickelten Lösungen gewährleisten ein Höchstmaß an Sicherheit.
Einblicke
Temperaturmessung an Receivern
Die Systeme der Wärmeträgermedien (Heat Transfer Fluid, HTF) bilden das Rückgrat von CSP-Kraftwerken, denn sie übertragen die Wärme von den Sonnenkollektoren zum Dampferzeugungssystem (Steam Generation System, SGS). Die kontinuierliche Temperaturüberwachung ist dabei sehr wichtig, um einerseits einen optimalen Wärmeaustausch sicherzustellen und andererseits eine Überhitzung zu vermeiden, durch die Anlagenkomponenten beschädigt und der Wirkungsgrad verringert werden könnte. In Solarturmkraftwerken können durch die konzentrierte Strahlung die Temperaturen an der Receiver-Oberfläche auf etwa 1.000 °C (1.832 °F) ansteigen, wobei die tatsächlichen Grenzen vom verwendeten HTF-Medium abhängen. Unabhängig von der CSP-Technologie ist die genaue Temperaturmessung an der Receiver-Oberfläche und innerhalb des HTF – beispielsweise Thermoöl oder Salzschmelze in den Receiver-Rohren – entscheidend für Effizienz und Betriebssicherheit des Systems.
Unsere Kompetenz im Feld
Endress+Hauser bietet hochgenaue, zuverlässige und in der Anwendung bewährte Temperaturmesslösungen für Wärmeträgermedien in CSP-Kraftwerken, die einen stabilen Wärmeaustausch gewährleisten, Überhitzung verhindern sowie Verfügbarkeit und Wirkungsgrad des Kraftwerks maximieren.
- iTHERM CableLine TSC310 bietet eine robuste und präzise Temperaturmessung an der Receiver-Oberfläche, die eine genaue Überwachung unter extremer Hitze für optimale Energieabsorption und Systemsicherheit gewährleistet.
- iTHERM ModuLine TM111 liefert äußerst zuverlässige Temperaturmessungen im HTF am Rohr des Receivers und ermöglicht so einen stabilen Betrieb, eine effiziente Wärmeübertragung sowie Schutz vor Überhitzung unter anspruchsvollen CSP-Bedingungen.
Zusammenfassung
Unser Angebot
Endress+Hauser unterstützt die Umstellung auf solare Energieerzeugung im großen Maßstab mit zuverlässigen Messgeräten und maßgeschneiderten Lösungen für die spezifischen Herausforderungen von CSP-Kraftwerken. Vom Kollektorfeld bis zur Speicherung der thermischen Energie sorgen unsere Messgeräte für einen sicheren, effizienten und stabilen Betrieb – und leistet so einen Beitrag zum langfristigen Erfolg von Solarenergie-Initiativen.
- Optimale Messgeräte und Know-how aus einer Hand zur Unterstützung einer dezentralen Energieversorgung und der Energieerzeugung aus erneuerbaren Quellen
- Bewährte Technologie und Lösungen für CSP zur Gewährleistung von Sicherheit, Zuverlässigkeit und Effizienz
- Umfassendes Know-how für genaue und verlässliche Messungen unter extremen Bedingungen
- Steigern Sie die Systemleistung bei gleichzeitiger Senkung der Betriebskosten mit Heartbeat Technology. Diese liefert eine kontinuierliche Selbstüberwachung und informiert Benutzer, wenn ein Eingriff erforderlich ist.
Endnoten
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