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Holistic energy flow analysis of a solar driven thermo-chemical reactor set-up for sustainable hydrogen production

Menz, Steffen und Lampe, Jörg und Krause, Johann und Seeger, Thomas und Fend, Thomas (2022) Holistic energy flow analysis of a solar driven thermo-chemical reactor set-up for sustainable hydrogen production. Renewable Energy. Elsevier. doi: 10.1016/j.renene.2022.03.033. ISSN 0960-1481.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Kurzfassung

In this contribution, a holistic energy flow analysis of a solar driven pilot plant for green hydrogen production using two-step thermochemical cerium-based redox cycles is carried out. The plant consists of a heliostat field, a large-scale inert gas reactor, an efficient fluid heat recovery system and an electrical vaporizer for steam generation. The system behaviour is physically described, and energy flows are quantified using a complex simulation model considering material and geometric properties of the complete system design. The system energy flow and corresponding impact on plant efficiency is thoroughly analysed with emphasis on plant design, operational strategy, and influence of the crucial control parameters. Influences of a heat recovery system and the size of various types of heat losses are investigated, potential efficiency improvements are revealed and useful possibilities for plant design and material modifications are discussed. The transient system behaviour is investigated by varying temperatures and mass flow rates in a broad practicable range to gain more insight in efficient reactor design and plant control. Two temperature swing strategies are investigated in more detail, which are by far more efficient than any near-isothermal or isothermal strategy for this application.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/190389/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Holistic energy flow analysis of a solar driven thermo-chemical reactor set-up for sustainable hydrogen production
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Menz, Steffenmenz (at) rfh-koeln.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lampe, Jörgjoerg.lampe (at) rfh-koeln.dehttps://orcid.org/0000-0002-0789-0371NICHT SPEZIFIZIERT
Krause, JohannRFHNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Seeger, ThomasInstitute of Engineering Thermodynamics, University of Siegen, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fend, ThomasThomas.Fend (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3556-9083NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:10 März 2022
Erschienen in:Renewable Energy
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1016/j.renene.2022.03.033
Verlag:Elsevier
ISSN:0960-1481
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Solar fuels, Concentrated solar power, Hydrogen, Redox cycling, Physical modelling
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Chemische Energieträger
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SW - Solar- und Windenergie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Solare Brennstoffe
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Future Fuels
Hinterlegt von: Fend, Dr.-Ing. Thomas
Hinterlegt am:02 Dez 2022 09:41
Letzte Änderung:20 Okt 2023 07:26

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