Analyse des CellFlux Speicherkonzeptes mit Flüssigsalz als Wärmetransfermedium

Kurzfassung

In Rahmen dieser Arbeit wurde eine Analyse des CellFlux-Speicherkonzeptes mit dem Flüssigsalz Hitec HTS als Wärmetransfermedium (WTM) durchgeführt. Der niedrige Kristallisationspunkt im Vergleich zu anderen Salzen vereinfacht sicherheitstechnische Einrichtungen und wirkt damit kostensenkend. Gerade für die Anwendung in solarthermischen Kraftwerken ist Hitec HTS damit interessant. Allerdings führt die Korrosivität des flüssigen Salzes bei höheren Temperaturen dazu, dass hochwertige und damit teure Materialien eingesetzt werden müssen. Dennoch ist das CellFlux-Speichersystem im Vergleich zu bisher eingesetzten Zweitank-Flüssigsalzspeichern mit Solarsalt als WTM, wie bei dem solarthermischen Kraftwerk Andarsol 1, kostengünstiger. Ebenfalls zeigen durchgeführte Investitionsrechnungen, dass Zweitank-Flüssigsalzspeicher, die Hitech HTS als Speichermedium nutzen, im Vergleich zu den anderen in dieser Arbeit betrachteten Speichersystemen zu teuer für eine wirtschaftliche Umsetzung sind. Die Berechnungen für das Kernstück des CellFlux-Speichersystems, dem berippten Rohr-Bündelwärmeübertrager sind mit dem Matlab-Programm aus einer vorherigen Arbeit erfolgt. Es wurde um die Stoffwerte von Hitec HTS erweitert und liefert aussagekräftige Ergebnisse. So ließen sich Erwartungen bestätigten, dass größere treibende Temperaturdifferenzen zwischen den beiden Seiten des Wärmeübertragers zu einer Bauteilverkleinerung und damit zu geringeren Kosten für das Bauteil führen, bei sich verringerndem Wirkungsgrad des Wärmeübertragers. Es konnte gezeigt werden, dass bei vergleichsweise gleichem Wirkungsgrad ein Wärmeübertrager der Hitec HTS als WTM verwendet nicht mehr Material benötigt als einer bei dem Thermoöl VP-1, im gleichen Temperaturbereich, eingesetzt werden kann. Letztlich konnte die Vermutung bestätigt werden, dass die maximale Erhöhung der Temperaturdifferenz zwischen Ein- und Auslass des Wärmeübertragers zu einem höheren Materialbedarf und einer Zunahme des Wirkungsgrads des Wärmeübertragers führt. Auf Basis dieser Berechnungen lassen sich die erwarteten Investitionen solide darstellen. Durch Schätzung auf zwei verschiedenen Arten, zum einen mit einem Materialkennwert des Herstellers, zum anderen auf Basis eigener Schätzungen anhand des Materialbedarfs und der Verarbeitung, konnten die Ergebnisse der Berechnung einer Plausibilitätsüberprüfung unterzogen und mit geringen Abweichungen überprüft/validiert werden. Die Berechnung der übrigen Komponenten und Bestandteile des CellFlux-Speichersystems beruht auf zwei Annahmen, zum einen den Kosten für das Speichermaterial, zum anderen den sonstigen Kosten. Diese müssen zukünftig genauer untersucht werden, da sie im Wesentlichen von der technischen Ausgestaltung und den Materialkosten vor Ort abhängig sind. Für eine erste Schätzung lassen sie sich dennoch verwenden und sind untereinander vergleichbar. Eine abschließende und allgemeingültige Aussage, welches CellFlux-Speichersystem das Wirtschaftlichste ist, lässt sich nicht treffen, da die vielen Randbedingungen der Energiewirtschaft, wie z.B. Fördermechanismen, Standortvorteile, verschiedene Kraftwerkstypen sowie deren Parameter etc., nur mit erheblichem Aufwand abgebildet werden können. Es ist jedoch gelungen eine Datengrundlage zu schaffen, auf die gut aufgebaut werden kann. Dazu sollten weitere Medien auf der Gasseite des Wärmeübertragers auf deren Eignung untersucht werden. Ein Vergleich der Ergebnisse mit den Resultaten aus dem Vorfeld dieser Arbeit und weiteren Abhandlungen könnte für eine abschließende Beurteilung der einsetzbaren Medien und der Wirtschaftlichkeit von Nutzen sein.