Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ziel dieses Projekts war es, solare Direktverdampfung in einem linearen Fresnel-Kollektor bei niedrigen Dr\u00fccken f\u00fcr Prozessdampfanwendungen zu testen, ggf. notwendige Systemkomponenten zu identifizieren und Regelstrategien zu entwickeln. Die bisher verwirklichten Prozessw\u00e4rmekollektoren der PSE AG wurden allesamt zur Druckwassererw\u00e4rmung genutzt. Viele Prozessw\u00e4rmesysteme in der Industrie verwenden jedoch Dampfnetze zur Verteilung der W\u00e4rme von einem zentralen Kessel an die einzelnen Prozessschritte. Die M\u00f6glichkeit solar erzeugten Dampf in ein Dampfnetz einzuspeisen erweitert daher nicht nur die Zahl m\u00f6glicher industrieller Prozessw\u00e4rmeanwendungen f\u00fcr den Fresnelkollektor, sondern senkt gleichzeitig die Investitionsh\u00fcrden f\u00fcr die Nachr\u00fcstung bereits bestehender Prozessdampfanlagen mit Solarkollektoren.
\nZus\u00e4tzlich sollte in diesem Projekt die Kollektortechnologie weiterentwickelt werden. So sollte f\u00fcr die Produktion eine Qualit\u00e4tskontrolle entwickelt werden sowie die Spiegelnachf\u00fchrung sowohl im Antrieb als auch in der Sensorik verbessert werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Laufe des Projekts wurde zun\u00e4chst im Rahmen einer Diplomarbeit die Auslegung einer Testanlage zur solaren Direktverdampfung vorgenommen und m\u00f6gliche Betriebspunkte einer solchen Anlage berechnet. Notwendige Systemkomponenten (Dampfabscheider, Teilentleerung, \u00dcberstr\u00f6mventil, Dampfmassenstrommessung, Verdr\u00e4nger im Absorberrohr, kontinuierliche Einspeisung) wurden identifiziert.
\nAuf Grundlage der daran anschlie\u00dfenden Detailauslegung wurde eine Demoanlage mit einem linearen Fresnelkollektor (Aperturfl\u00e4che 132m\u00b2), die sowohl f\u00fcr Direktverdampfung als auch zur Druckwassererw\u00e4rmung genutzt werden kann, in Freiburg-Hochdorf geplant und aufgebaut.
\nNach Fertigstellung wurden Tests bei unterschiedlichen Betriebsdr\u00fccken bzw. -temperaturen durchgef\u00fchrt und die Ergebnisse interpretiert.<\/p>\n
F\u00fcr die Qualit\u00e4tskontrolle in der Produktion der Prim\u00e4rspiegel wurde ein Pr\u00fcfstand entwickelt und erfolgreich in der Produktion zweier Kollektoren zur stichprobenhaften Qualit\u00e4tskontrolle eingesetzt.
\nSolarsensoren wurden zur \u00dcberpr\u00fcfung der W\u00e4rmebelastung mit Temperatursensoren ausgestattet und damit im Betrieb dauerhaft \u00fcberwacht. Gleichzeitig wurde mit Lichtwellenleitern ein alternatives Sensorkonzept zur Kalibrierung der Antriebe eingebaut.
\nZur Verbesserung des Antriebskonzepts wurde ein Antrieb mit integrierter Neigungsmessung im Betrieb getestet. Die Winkelmessung wurde auf CAN-Bus umgestellt.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die Auslegung der Anlage, die Berechnung der Betriebspunkte sowie die Identifizierung und Detailauslegung der notwendigen Systemkomponenten konnte im F\u00fchrjahr 2009 abgeschlossen werden. Neben einer Dampftrommel mit integriertem Lamellenabscheider und einem Verdr\u00e4nger im Absorberrohr zur Vermeidung kritischer Schichtstr\u00f6mungen wurden ein \u00dcberstr\u00f6mventil zur Einstellung des Betriebsdrucks, ein Magnetventil zur Teilentleerung der Trommel bei einsetzender Verdampfung, ein Messger\u00e4t zur Messung des Dampfmassenstroms, eine Speisepumpe, die mittels FU bei kleinen Volumenstr\u00f6men und gro\u00dfen Druckdifferenzen regelbar ist, sowie zus\u00e4tzliche Temperatur- und Drucksensoren ben\u00f6tigt.
\nNach Verz\u00f6gerungen in der Planung, die insbesondere durch den Ausstieg des Kooperationspartners IMTECH verursacht worden war, wurde der Bau der Anlage im Fr\u00fchjahr und Sommer 2009 vorgenommen, so dass der erste solar erzeugte Dampf im Oktober 2009 gesehen werden konnte. Messungen bei unterschiedlichen Betriebsdr\u00fccken wurden seither durchgef\u00fchrt.
\nDie Solarsensoren, die zur Kalibrierung der Antriebe eingesetzt werden, wurden mit Temperatursensoren ausgestattet, so dass die Temperaturbelastung bei konzentrierter Bestrahlung im Betrieb nachvollzogen werden kann. Gleichzeitig kamen erstmals Lichtwellenleiter als alternatives Sensorkonzept zum Einsatz. Im Antrieb wurde ein Antrieb mit integrierter Winkelmessung getestet und die bisherigen Potentiometer auf CAN-Bus umgestellt.
\nDie Qualit\u00e4t bei der Produktion der Prim\u00e4rspiegel ist entscheidend f\u00fcr die Effizienz des linearen Fresnel-Kollektors. Zur Bestimmung der Qualit\u00e4t wurde ein Pr\u00fcfstand aufgebaut und die Software zur Auswertung der Messung entwickelt. Dieser Pr\u00fcfstand wurde 2009 bei der Produktion zweier Kollektoren stichprobenhaft eingesetzt.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Mit der Direktverdampfung als Alternative zu Druckwasser und Thermo\u00f6l steigt f\u00fcr den Fresnel Prozessw\u00e4rmekollektor die Zahl m\u00f6glicher Anwendungen und damit auch Kunden. Da die Auslegung und Regelung eines solaren Systems zur Direktverdampfung jedoch ungleich komplexer und im Druckbereich unter 30 bar kaum erforscht ist, war es notwendig, eine Demoanlage zu bauen und daran Tests durchzuf\u00fchren.
\nIn diesem Projekt konnten erste wertvolle Erfahrungen im Betrieb mit Direktverdampfung bei niedrigen Dr\u00fccken gesammelt werden. Auch in den Bereichen Antrieb, Sensorik und Produktion konnten deutliche Fortschritte erzielt werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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