Einsatz von Partikeln bei hohen Temperaturen zur Wärme- und Brennstofferzeugung
DeParT
Solarturm-Forschungsanlage des DLR-Instituts für Solarforschung in Jülich
DLR-Solartürme in Jülich für Forschungszwecke und Komponententests auf Basis der punktfokussierten Solartechnologie. Der linke Turm stellt den Solarturm mit der solaren Luftreceivertechnik dar, darunter befindet sich die modifizierbare Forschungsebene, die derzeit mit einem solaren thermochemischen Reaktor zur Wasserstofferzeugung ausgestattet ist. Rechts befindet sich der Multifokusturm (MFT) mit drei Forschungsebenen – Flüssigsalz, Synhelion und Partikelforschungsanlage mit dem CentRec®-Partikelreceiver.
Die Forschungsschwerpunkte im Projekt DeParT sind Partikelsysteme und dazugehörige Komponenten für solarthermische –Turmkraftwerke. Das vorrangige Projektziel ist, den im DLR entwickelten Partikel-Zentrifugalreceiver CentRec® weiter zu verbessern. Außerdem sollen grundlegende Forschungsfragen zum Bau und Betrieb des Receivers im kommerziellen Maßstab untersucht werden, um einen schnellen und zuverlässigen Technologietransfer in die Industrie zu gewährleisten. Darüber hinaus untersucht DeParT die Eignung von CentRec® und alternativer Receiver-Konzepte für solar-chemische Prozesse. Ein weiterer Schwerpunkt ist die konzeptionelle Analyse von elektrischen Partikel-Heizer-Systemen zur Umwandlung von Strom in Wärme in sogenannten Power-2-Heat-Anwendungen, zum Beispiel für Industrieprozesse.
Solarer Zentrifugal-Partikel-Receiver CentRec®
Im Rahmen des EU Projekts PEGASUS kombinierten die Forschenden die Solarwärme aus dem Partikelreceiver CentRec® mit der indirekten thermochemischen Speicherung von Solarenergie in festem Schwefel. Das Bild zeigt den Solarreceiver CentRec®300S mit einer thermischen Ausgangsleistung von 300 Kilowatt im Sonnensimulator Synlight® in Jülich. Der Receiver wurde dort bei hohen Flussdichten getestet und diente zur Validierung der numerischen Modelle.
Der CentRec®-Receiver wandelt mit kleinen keramischen Partikeln konzentrierte Solarstrahlung in Hochtemperaturwärme um. Sein Herzstück ist eine schräg montierte rotierende Trommel mit einer zum Solarfeld hin geneigten Öffnung. Die Partikel fließen von oben in die Trommel hinein. Die durch die Rotation auftretenden Zentrifugalkräfte bewirken, dass sie an die Innenwand der Trommel gepresst werden. Während des Solarbetriebs reflektieren die Solarspiegel das gebündelte Sonnenlicht in den Innenraum der Trommel und erhitzen die Partikel. Je nach Drehgeschwindigkeit rutschen sie schneller oder langsamer nach unten in Richtung Partikelauslass.
Im Projekt DeParT entwickeln die Forschenden einen digitalen Zwilling des Receivers, der es ermöglicht, seinen Betrieb in einem größeren Maßstab zu simulieren. Damit lassen sich thermische Verluste genau bestimmen und mögliche Materialverformungen als Folge von Partikelaufprall und Hitzeeinwirkungen bestimmen. Untersucht wird auch, in welchem Umfang der Einfluss von Wind die konvektiven Wärmeverluste erhöht und die Receiver-Effizienz beeinträchtigt. Das Ziel ist, konkrete Verbesserungsmöglichkeiten zu identifizieren.
Das DLR ist im Bereich der Partikelsysteme weltweit eine der führenden Forschungseinrichtungen. Das Projekt DeParT mit den beteiligten DLR-Instituten für Solarforschung, Future Fuels und Werkstoffforschung besitzt Kompetenzen von der Materialforschung über solare Verfahrenstechniken bis hin zur Komponentenentwicklung und will diese Führungsrolle weiter ausbauen.
Projekt DeParT – Einsatz von Partikeln bei hohen Temperaturen zur Wärme- und Brennstofferzeugung
