Energiekonferenz_2010

PARABOLRINNEN-TECHNOLOGIE MIT DIREKTER DAMPFPRODUKTION– NEUE MÖGLICHKEITEN FÜR SOLARTHERMIE –

Moritz von Plate, Geschäftsführer Solarlite GmbH - 7. September 2010, Berliner Energiekonferenz -

– NEUE MÖGLICHKEITEN FÜR SOLARTHERMIE –

EINLEITUNGEINLEITUNG

CONCENTRATED SOLAR POWER - TECHNOLOGIENCONCENTRATED SOLAR POWER - TECHNOLOGIEN

HEAT TRANSFER FLUIDS - WÄRMETRÄGERHEAT TRANSFER FLUIDS - WÄRMETRÄGER

INHALTSVERZEICHNIS

- 1 -www.solarlite.de


SOLARLITE DIREKTVERDAMPFUNG SOLARLITE DIREKTVERDAMPFUNG

ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICKZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK

Moritz von Plate

• Diplom-Agrar-Ingenieur von der Universität Bonn

• MBA von der Georgetown University

• Sieben Jahre bei The Boston Consulting Group in Berlin und Warschau, davon mehr als vier Jahre als Projektmanager

• Leitung von Projekten in mehreren ost- wie westeuropäischen Ländern sowie Nordamerika mit Fokus auf Beratung von Industriegüterunternehmen und Finanzdienstleistern

• Seit Anfang 2008 CFO und Geschäftsführer der Solarlite GmbH

KURZE VORSTELLUNG


• Seit Anfang 2008 CFO und Geschäftsführer der Solarlite GmbH

EINLEITUNG

SOLARLITE GMBHSOLARLITE GMBH

• Kompetenz: Entwicklung und Bau dezentraler solarthermischer Parabolrinnenanlagen (CSP) zur Energieerzeugung

• Kraftwerksgrößen: von 0,5 bis mehr als 30 MWe

• Innovationen: Direktverdampfung, Parabolspiegel aus GFK-

• Kompetenz: Entwicklung und Bau dezentraler solarthermischer Parabolrinnenanlagen (CSP) zur Energieerzeugung

• Kraftwerksgrößen: von 0,5 bis mehr als 30 MWe

• Innovationen: Direktverdampfung, Parabolspiegel aus GFK-


• Innovationen: Direktverdampfung, Parabolspiegel aus GFK-Kompositmaterial, Erweiterung durch Kraft-Wärme-Kopplung

• Produkt: SL 4600 – ein präzise geformter Parabolrinnenkollektor für den Betrieb bis zu 400 °C, der sich für Massenproduktion eignet.

• Nutzen: CO²-freie Energieproduktion, niedrigere Gesamtinvestitionskosten, Steigerung des Gesamtwirkungsgrades, modulare Bauweise, einfache Wartung und Reparatur

• Forschungspartner u.a.: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), School of Renewable Energy Technology, Naresuan University Phitsanulok, Thailand (SERT)

• Innovationen: Direktverdampfung, Parabolspiegel aus GFK-Kompositmaterial, Erweiterung durch Kraft-Wärme-Kopplung

• Produkt: SL 4600 – ein präzise geformter Parabolrinnenkollektor für den Betrieb bis zu 400 °C, der sich für Massenproduktion eignet.

• Nutzen: CO²-freie Energieproduktion, niedrigere Gesamtinvestitionskosten, Steigerung des Gesamtwirkungsgrades, modulare Bauweise, einfache Wartung und Reparatur

• Forschungspartner u.a.: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), School of Renewable Energy Technology, Naresuan University Phitsanulok, Thailand (SERT)

EINLEITUNG

SOLARLITE GMBHSOLARLITE GMBH

MEILENSTEINE

• Aus der Idee leichtere Parabolrinnen zu bauen ist 2007 die Solarlite GmbH entstanden.

• Drei Pilot- und Testanlagen sind in Deutschland und Thailand gebaut worden und in Betrieb gegangen.

• 2009 beginnt die Planung für das erste Solarlite Kraftwerk mit 5 MWe Leistung in Kanchanaburi/ Thailand. Es ist das erste kommerzielle Kraftwerk auf der Welt auf der Basis der Direktverdampfung und geht Anfang 2011 in Betrieb.

MEILENSTEINE

• Aus der Idee leichtere Parabolrinnen zu bauen ist 2007 die Solarlite GmbH entstanden.

• Drei Pilot- und Testanlagen sind in Deutschland und Thailand gebaut worden und in Betrieb gegangen.

• 2009 beginnt die Planung für das erste Solarlite Kraftwerk mit 5 MWe Leistung in Kanchanaburi/ Thailand. Es ist das erste kommerzielle Kraftwerk auf der Welt auf der Basis der Direktverdampfung und geht Anfang 2011 in Betrieb.


kommerzielle Kraftwerk auf der Welt auf der Basis der Direktverdampfung und geht Anfang 2011 in Betrieb.

• Abschluss der Produktentwicklung für Solarlite SL 4600

• Aufbau der Produktionskapazitäten in Thailand

• EPC-Contract für 9 MWe Kraftwerk in Suphanburi/ Thailand

• Memorandum of Understanding für weitere Anlagen mit einer Gesamtleistung von >200 MWe

kommerzielle Kraftwerk auf der Welt auf der Basis der Direktverdampfung und geht Anfang 2011 in Betrieb.

• Abschluss der Produktentwicklung für Solarlite SL 4600

• Aufbau der Produktionskapazitäten in Thailand

• EPC-Contract für 9 MWe Kraftwerk in Suphanburi/ Thailand

• Memorandum of Understanding für weitere Anlagen mit einer Gesamtleistung von >200 MWe

ZUKUNFT

• Ausbau der Marktpräsenz in Asien, Europa, EMEA

• Forschung und Entwicklung mit dem Ziel einer weiteren Senkung der Gesamtinvestitionskosten

• Optimierung des Produktionsprozesses

ZUKUNFT

• Ausbau der Marktpräsenz in Asien, Europa, EMEA

• Forschung und Entwicklung mit dem Ziel einer weiteren Senkung der Gesamtinvestitionskosten

• Optimierung des Produktionsprozesses




INHALTSVERZEICHNIS





VIER TECHNISCHE ALTERNATIVEN, PARABOLRINNE DOMINIERT, SOLARTURM („CENTRAL RECEIVER“) STABILE NUMMER ZWEI


DIE PARABOLRINNE IST DIE ÄLTESTE UND AM MEISTEN AUSGEREIFTE TECHNOLOGIE

PARABOLRINNEN TECHNOLOGIE PARABOLRINNEN TECHNOLOGIE

• Linienfokussierend

• Vergleich: Dampfkessel mit horizontalem Rohrbündel und auf


• Vergleich: Dampfkessel mit horizontalem Rohrbündel und auf


Rohrbündel und auf Fläche verteilt

• Guter optischer Wirkungsgrad aufgrund der Nachführung um eine Achse

• Eingesetzte Wärmeträgermedien: Thermalöl, Wasser, Salz, (Luft)

Rohrbündel und auf Fläche verteilt

• Guter optischer Wirkungsgrad aufgrund der Nachführung um eine Achse

• Eingesetzte Wärmeträgermedien: Thermalöl, Wasser, Salz, (Luft)

ES GIBT EINIGE PILOTANLAGEN MIT SOLARTURM – KOMMERZIELL STEHT DIE TECHNOLOGIE AM ANFANG

SOLARTURM TECHNOLOGIE SOLARTURM TECHNOLOGIE

• Punktfokussierend

• Fresnel-System, daher etwas schlechterer optischer Wirkungsgrad


• Fresnel-System, daher etwas schlechterer optischer Wirkungsgrad


Quelle: SolarPaces

optischer Wirkungsgrad

• Hohe Temperatur am Receiver ermöglicht Einsatz effizienterer Turbinen

• Eingesetzte Wärmeträgermedien: Thermalöl, Wasser, Salz, Luft

optischer Wirkungsgrad

• Hohe Temperatur am Receiver ermöglicht Einsatz effizienterer Turbinen

• Eingesetzte Wärmeträgermedien: Thermalöl, Wasser, Salz, Luft

DISH MIT THEORETISCH HERVORRAGENDEM OPTISCHEN WIRKUNGSGRAD, ABER TECHNISCHE BARRIEREN VERHINDERN MARKTEINTRITT

DISH STIRLING TECHNOLOGIE DISH STIRLING TECHNOLOGIE


• Bestmöglicher optischer Wirkungsgrad aufgrund der Nachführung um zwei


• Bestmöglicher optischer Wirkungsgrad aufgrund der Nachführung um zwei


Quelle: SolarPaces

der Nachführung um zwei Achsen

• Hohe Temperaturen am Receiver geeignet für Einsatz von Stirling-Motoren

• Begrenzte Größe der Einzelsysteme

• Viele technische Hürden zu überwinden

der Nachführung um zwei Achsen

• Hohe Temperaturen am Receiver geeignet für Einsatz von Stirling-Motoren

• Begrenzte Größe der Einzelsysteme

• Viele technische Hürden zu überwinden

FRESNEL IST EBENFALLS NOCH NICHT AM MARKT ETABLIERT, WIRD ABER VON EIN PAAR FIRMEN STARK ANGETRIEBEN

SOLAR FRESNEL TECHNOLOGIE SOLAR FRESNEL TECHNOLOGIE


• Durch Spiegelung in einer Ebene im Vergleich zur Parabolrinne schlechterer


• Durch Spiegelung in einer Ebene im Vergleich zur Parabolrinne schlechterer


Quelle: SolarPaces

Parabolrinne schlechterer optischer Wirkungsgrad

• Ähnliche Temperaturen wie Parabolrinne erzielbar

• Vorteile erhofft man sich von niedrigeren Investitionskosten

• Eingesetzte Wärmeträgermedien: Thermalöl, Wasser, (Salz), (Luft)

Parabolrinne schlechterer optischer Wirkungsgrad

• Ähnliche Temperaturen wie Parabolrinne erzielbar

• Vorteile erhofft man sich von niedrigeren Investitionskosten

• Eingesetzte Wärmeträgermedien: Thermalöl, Wasser, (Salz), (Luft)




INHALTSVERZEICHNIS





THERMALÖL IST DER MOMENTAN GÄNGIGSTE TRÄGER IN DER BRANCHE

THERMALÖL THERMALÖL

• Etabliert, daher Anlagen mit Thermalöl bei Banken gut finanzierbar

• Etabliert, daher Anlagen mit Thermalöl bei Banken gut finanzierbar

• Umwelt- und Feuerrisiko

• Temperaturbegrenzung auf 394°C

• Umwelt- und Feuerrisiko


Vorteile Nachteile


Banken gut finanzierbar

• Betriebskonzept weniger aufwendig im Engineering für das Solarfeld

• Geringer Betriebsdruck führt zu niedrigeren Risikoklassen und weniger Materialaufwand bei Rohren und Instrumenten

Banken gut finanzierbar

• Betriebskonzept weniger aufwendig im Engineering für das Solarfeld

• Geringer Betriebsdruck führt zu niedrigeren Risikoklassen und weniger Materialaufwand bei Rohren und Instrumenten


• Gesamtanlage komplexer aufgrund von Heizungen für Öl, Wärmetauscher und zwei Stoffkreisläufen

• Kosten für das Thermalöl und v.a. den Wärmetauscher


• Gesamtanlage komplexer aufgrund von Heizungen für Öl, Wärmetauscher und zwei Stoffkreisläufen

• Kosten für das Thermalöl und v.a. den Wärmetauscher

FLÜSSIGSALZ WIRD VON VIELEN ALS ALTERNATIVE DER NÄCHSTEN GENERATION NEBEN DIREKTVERDAMPFUNG GESEHEN

FLÜSSIGSALZFLÜSSIGSALZ

• Salz mit hoher Wärmekapazität

• Wärmespeicher ist leichter in das

• Salz mit hoher Wärmekapazität

• Wärmespeicher ist leichter in das

• Bislang wurde nur eine Anlage gebaut und 2010 in Betrieb genommen – akzeptieren

• Bislang wurde nur eine Anlage gebaut und 2010 in Betrieb genommen – akzeptieren

Vorteile Nachteile


• Wärmespeicher ist leichter in das Anlagenkonzept integrierbar

• Höhere Betriebstemperaturen über 400°C sind möglich, so dass effizientere Turbinen eingesetzt werden können

• Geringe Umweltgefährdung im Fall von Leckagen

• Wärmespeicher ist leichter in das Anlagenkonzept integrierbar

• Höhere Betriebstemperaturen über 400°C sind möglich, so dass effizientere Turbinen eingesetzt werden können

• Geringe Umweltgefährdung im Fall von Leckagen

2010 in Betrieb genommen – akzeptieren Banken das Risiko?

• Salz ist korrosiv, daher können nur hochwertige Materialien eingesetzt werden – Kosten

• Ständige Gefahr des Einfrierens bei gut 230°C

• Gesamtanlage komplexer aufgrund von Heizungen für Salz, Wärmetauscher und zwei Stoffkreisläufen

2010 in Betrieb genommen – akzeptieren Banken das Risiko?

• Salz ist korrosiv, daher können nur hochwertige Materialien eingesetzt werden – Kosten

• Ständige Gefahr des Einfrierens bei gut 230°C

• Gesamtanlage komplexer aufgrund von Heizungen für Salz, Wärmetauscher und zwei Stoffkreisläufen

DIREKTVERDAMPFUNG WURDE IM LETZTEN JAHRZEHNT ENTWICKELT UND WIRD NUN IN THAILAND ERSTMAILG KOMMERZIELL EINGESETZT

WASSER / DAMPF WASSER / DAMPF

• Höhere Temperaturen erhöhen die Effizienz des Power Block

• Höhere Temperaturen erhöhen die Effizienz des Power Block

• Komplexerer Betrieb des Solarfeldes

• Höherer Betriebsdruck im Solarfeld, daher

• Komplexerer Betrieb des Solarfeldes

• Höherer Betriebsdruck im Solarfeld, daher

Vorteile Nachteile


des Power Block

• Höhere Peak- und Gesamteffizienz der Anlage

• Gesamtanlage weniger komplex

• Geringere Stromgestehungskosten

• Keine Umwelt- und Feuergefahr

• Erste Anlage in Thailand bankfinanziert, daher erster Schritt Richtung „bankability“ erreicht

des Power Block

• Höhere Peak- und Gesamteffizienz der Anlage

• Gesamtanlage weniger komplex

• Geringere Stromgestehungskosten

• Keine Umwelt- und Feuergefahr

• Erste Anlage in Thailand bankfinanziert, daher erster Schritt Richtung „bankability“ erreicht

• Höherer Betriebsdruck im Solarfeld, daher strengere Risikoeinstufung

• Durch höheren Betriebsdruck auch mehr Materialaufwand bei Rohren und Instrumenten

• Kommerziell weniger etabliert als Thermalöl

• Höherer Betriebsdruck im Solarfeld, daher strengere Risikoeinstufung

• Durch höheren Betriebsdruck auch mehr Materialaufwand bei Rohren und Instrumenten

• Kommerziell weniger etabliert als Thermalöl




INHALTSVERZEICHNIS





DREI GRUNDKONZEPTE, UM DIE SCHWIERIGKEITEN BEI DER DIREKTVERDAMPFUNG IN DEN GRIFF ZU BEKOMMEN

DIREKTVERDAMPFUNGDIREKTVERDAMPFUNG

• Herausforderung ist das Wandern des Verdampfungspunktes bei unterschiedlicher Strahlung – Dampfschläge und Materialbelastung sind die Folge

• Herausforderung ist das Wandern des Verdampfungspunktes bei unterschiedlicher Strahlung – Dampfschläge und Materialbelastung sind die Folge


Materialbelastung sind die Folge

• Ledinegg-Instability: einseitig beschienenes Rohr mit unterschiedlichen Phasen unten versus oben sowie Problemen im Strömungsverhalten

• Ziele sind……Verdampfungspunkt an einem Ort fixieren…Strömung aufrecht erhalten…Temperatur und Druck des Dampfes stabilisieren

Materialbelastung sind die Folge

• Ledinegg-Instability: einseitig beschienenes Rohr mit unterschiedlichen Phasen unten versus oben sowie Problemen im Strömungsverhalten

• Ziele sind……Verdampfungspunkt an einem Ort fixieren…Strömung aufrecht erhalten…Temperatur und Druck des Dampfes stabilisieren

DAS DURCHLAUFKONZEPT FUNKTIONIERT INSBESONDERE MIT EINSATZ VON BLENDEN, IST ABER LETZTLICH ZU KRUDE, UM ALS LÖSUNG ZU DIENEN

DURCHLAUFKONZEPTDURCHLAUFKONZEPT

STÄRKEN SCHWÄCHEN

Geringe Kosten Aufwendige Prozesskontrolle

• Klassisches Boiler-Design (nur eben horizontal und auf Fläche verteilt)

• Entweder Akzeptanz des

• Klassisches Boiler-Design (nur eben horizontal und auf Fläche verteilt)

• Entweder Akzeptanz des


Geringe Kosten Aufwendige Prozesskontrolle

Einfache KonstruktionBetriebsbedingungen für die

Receiver

• Entweder Akzeptanz des wandernden Dampfpunktes oder Regelung durch Massenfluss (Trägheiten im System zu beachten)

• Bislang nicht erfolgreich gebaut

• Entweder Akzeptanz des wandernden Dampfpunktes oder Regelung durch Massenfluss (Trägheiten im System zu beachten)

• Bislang nicht erfolgreich gebaut

DAS REZIRKULATIONSKONZEPT IST DIE AM BESTEN GEEIGNETE LÖSUNG, DASIE AUFWAND UND NUTZEN AM BESTEN ABWÄGT

REZIRKULATIONSKONZEPTREZIRKULATIONSKONZEPT

STÄRKEN SCHWÄCHEN

ProzesskontrolleHöhere Kosten

(Rezirkulationspumpe,

• Im Verdampfungsteil des Solarfeldes wird „zu viel“ Wasser im Kreis gepumpt; Dampf-Wasser-Gemisch

• Im Verdampfungsteil des Solarfeldes wird „zu viel“ Wasser im Kreis gepumpt; Dampf-Wasser-Gemisch


Prozesskontrolle (Rezirkulationspumpe, Dampfturbine)

Receiver-Kühlung durch Rezirkulation

Hohe Anforderungen an das System-Design

Dampf-Wasser-Gemisch wird in Dampftrommel getrennt; das Wasser wird rezirkuliert, der Dampf im Überhitzerteil konditioniert

• Erfolgreich entwickelt und getestet

• Kombinationsmöglich-keiten mit den anderen Ansätzen (Gleittemperatur, Einspritzungen)

Dampf-Wasser-Gemisch wird in Dampftrommel getrennt; das Wasser wird rezirkuliert, der Dampf im Überhitzerteil konditioniert

• Erfolgreich entwickelt und getestet

• Kombinationsmöglich-keiten mit den anderen Ansätzen (Gleittemperatur, Einspritzungen)

DAS EINSPRITZSYSTEM IST THEORETISCH IDEAL, ABER PRAKTISCH IN SEINER REINFORM KAUM UMSETZBAR

EINSPRITZKONZEPTEINSPRITZKONZEPT

STÄRKEN SCHWÄCHEN

Verbesserte ProzesskontrolleHohe Kosten

(Einspritzsystem und Messgeräte)

• Präzise Messung des Zustandes des Wassers (Temperatur, Druck)

• Im Solarfeld verteilt

• Präzise Messung des Zustandes des Wassers (Temperatur, Druck)

• Im Solarfeld verteilt


Verbesserte Prozesskontrolle(Einspritzsystem und Messgeräte)

Hohe Anforderungen an das System-Design

• Im Solarfeld verteilt Einspritzung von Wasser über Düsen

• Im Solarfeld verteilt Einspritzung von Wasser über Düsen

DIE UMSETZUNG DER DIREKTVERDAMPFUNG IM PROJEKT KANJANABURI IN THAILAND

SOLARLITE KONZEPTSOLARLITE KONZEPT

• Rezirkulation mit Einspritzung, außerdem gewisse Toleranz bei Temperatur und Druck (definiert von Turbine)

• Rezirkulation mit Einspritzung, außerdem gewisse Toleranz bei Temperatur und Druck (definiert von Turbine)


von Turbine)

• Evaporatorfeld macht >90% des Solarfeldes aus

• Überhitzung nach Durchlauf durch Dampftrommel nahe Power Block

• Auslegung an Landverfügbarkeit angepasst, Erweiterungsmöglich-keiten nach Norden

von Turbine)

• Evaporatorfeld macht >90% des Solarfeldes aus

• Überhitzung nach Durchlauf durch Dampftrommel nahe Power Block

• Auslegung an Landverfügbarkeit angepasst, Erweiterungsmöglich-keiten nach Norden




INHALTSVERZEICHNIS





ZUSAMMENFASSUNG

• Die Diskussion des Wärmemediums hängt vom System ab

• Linienfokussierende Systeme (Rinne, Fresnel) müssen mit der Verteilung des Wärmemediums in der Fläche funktionieren

• Punktfokussierende Systeme haben diese Flächenverteilung nicht und sind daher im Vergleich weniger anfällig – dafür mit anderen Herausforderungen konfrontiert

• Die Diskussion des Wärmemediums hängt vom System ab

• Linienfokussierende Systeme (Rinne, Fresnel) müssen mit der Verteilung des Wärmemediums in der Fläche funktionieren

• Punktfokussierende Systeme haben diese Flächenverteilung nicht und sind daher im Vergleich weniger anfällig – dafür mit anderen Herausforderungen konfrontiert


• Das klassische Wärmemedium ist Thermalöl, das aber technisch und kommerziell limitiert ist

• Flüssigsalz und Wasser konkurrieren um die Führerschaft als Medium der nächsten Generation

• Beide mit deutlichen Vor- und Nachteilen; die Fachwelt ist sich uneins, ob Salz oder Wasser gewinnen wird (oder beide?)

• Mehrere technische Lösungen bei der Direktverdampfung in Diskussion

• Solarlite hat sich für Direktverdampfung entschieden

• Eignung für Kleinanlagen im ländlichen Raum (keine Feuergefahr und Umweltgefährdung)

• Technisch ausgereifter

• Das klassische Wärmemedium ist Thermalöl, das aber technisch und kommerziell limitiert ist

• Flüssigsalz und Wasser konkurrieren um die Führerschaft als Medium der nächsten Generation

• Beide mit deutlichen Vor- und Nachteilen; die Fachwelt ist sich uneins, ob Salz oder Wasser gewinnen wird (oder beide?)

• Mehrere technische Lösungen bei der Direktverdampfung in Diskussion

• Solarlite hat sich für Direktverdampfung entschieden

• Eignung für Kleinanlagen im ländlichen Raum (keine Feuergefahr und Umweltgefährdung)

• Technisch ausgereifter

AUSBLICK

• Ziel ist es, die Direktverdampfung weiter am Markt zu etablieren

• 9 MWe für 2011 unter Vertrag

• Weitere Anlagen konkret in Verhandlung

• Zudem wird weiter an der Technologie geforscht

• Prozessverbesserungen beim Verdampfungskonzept

• Ziel ist es, die Direktverdampfung weiter am Markt zu etablieren

• 9 MWe für 2011 unter Vertrag

• Weitere Anlagen konkret in Verhandlung

• Zudem wird weiter an der Technologie geforscht




• Weiterentwicklung von Wärmespeichern für den Einsatz bei der Direktverdampfung, v.a. mit dem Ziel der Kostensenkung


• Weiterentwicklung von Wärmespeichern für den Einsatz bei der Direktverdampfung, v.a. mit dem Ziel der Kostensenkung

plugged to the sunplugged to the sun

Solarlite GmbHSchloss Duckwitz17179 DuckwitzGermany

Tel.: +49-39972 / 56 97 - 0Fax: +49-39972 / 56 97 - 10E-Mail: [email protected]: www.solarlite.de

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