Wasserstoffkontrolle im Wärmeträger von Parabolrinnen-Kraftwerken

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "Wasserstoffkontrolle im Wärmeträger von Parabolrinnen-Kraftwerken"

Gerda Esser
vor 5 Jahren
Abrufe

1 Wasserstoffkontrolle im Wärmeträger von Parabolrinnen-Kraftwerken

2 DLR.de Folie 2 Primärer Wärmeträger in Parabolrinnen-Kraftwerken Übliche Mischung (eutektisch): 25-28% BP, 72-75% DPO (Handelsnamen: Diphyl, Dowtherm A, Therminol VP1, ) Schmelzpunkt 12 ºC, Siedepunkt 257 ºC, Maximaltemperatur 400 ºC Einsatz in > 70 Anlagen mit 4600 MW

3 DLR.de Folie 3 Thermische Alterung des HTF bedingt H 2 -Bildung

4 DLR.de Folie 4 Wirkung von H 2 im evakuierten Ringspalt von Receivern H 2 Getter nach Burkholder et al., SolarPACES 2011 Getter zum Binden von H 2 und Barriereschichten auf Stahlrohr für langsamere Diffusion als Gegenmaßnahmen H 2 -Ansammlung im Hüllrohr der Receiver würde Isolierungseffekt zerstören

DLR.de Folie 5 H 2 -Bildungskinetik im Laborversuch frisch SEGS V HTF nach thermischer Lagerung Alterung von Ölproben in Glasampullen (geringe Gasverluste)

5 DLR.de Folie 5 H 2 -Bildungskinetik im Laborversuch frisch SEGS V HTF nach thermischer Lagerung Alterung von Ölproben in Glasampullen (geringe Gasverluste) Lagerung der Proben in Spezialofen mit präziser Temperatur (± 0,5 K) Entnahme von Proben zu unterschiedlichen Zeitpunkten und Analyse bspw. der gebildeten Gase

6 DLR.de Folie 6 H 2 -Bildung von Wärmeträgern im Laborversuch Punkte: gemessen; Linie: simuliert Gebrauchtes DPO/BP aus SEGS V bildet deutlich mehr H 2 als frisches Die Bildungsgeschwindigkeit nimmt jeweils mit der Zeit stetig zu

DLR.de Folie 7 Temperaturabhängigkeit der H 2 -Bildung Strichlinie: HTF aus SEGS V; durchgezogen: frisches DPO/BP Berechnung der H 2 -Bildung aus Kinetik

7 DLR.de Folie 7 Temperaturabhängigkeit der H 2 -Bildung Strichlinie: HTF aus SEGS V; durchgezogen: frisches DPO/BP Berechnung der H 2 -Bildung aus Kinetik (Daten: h bei C) Interpolation zwischen C und Zeiten bis 1000h mit sehr geringer Unsicherheit; Extrapolation zeigt Trends auf (nicht quantitativ)

8 DLR.de Folie 8 Schätzung der H 2 -Bildung im Kraftwerk Hochsiederabscheidung Speicher Wärmeübertrager Kraftwerksblock Abgasreinigung (N 2, H 2 ) Filter Leichtsiederabscheidung Expansionsbehälter N 2 Zufuhr HTF Vorrat Modellkraftwerk: Volumen Rücklauf: 550m³; Gesamtmenge HTF: 1400t

9 DLR.de Folie 9 Schätzung der H 2 -Bildung mit frischem DPO/BP

10 DLR.de Folie 10 Schätzung der H 2 -Bildung mit SEGS V Fluid

l) HTF, kalt Probenentnahme mit Stahlzylindern (direkt am Loop, unter Druck & heiß) Analyse aller

11 DLR.de Folie 11 Ermittlung der tatsächlichen H 2 -Konzentration H 2 in Gasphase Abkühlen n H 2 ( g) n H 2 ( g ) p H p p H ges 2 x 2 H 2 m ( Vges RT x H 2 HTF HTF ) via GC n H 2 ( ges) HTF, heiß n H 2 ( l) HTF, kalt Probenentnahme mit Stahlzylindern (direkt am Loop, unter Druck & heiß) Analyse aller Inhaltsstoffe offline (im Labor) H 2 in Flüssigkeit p n H H 2 2 ( l) n n H 2 ( l) HTF p H n 2 H H 2 H HTF 2

12 DLR.de Folie 12 Messungen in der SEGS V Anlage (2008) c H2 = 47,5 µmol/kg (+/- 4,4 %) c H2 = 47,4 µmol/kg (+/- 3,0 %) Kein signifikanter Unterschied zwischen Zu- und Rücklauf des Solarfelds Temperatur in SEGS V < 350 C (niedrig im Vergleich zu aktuellen Anlagen!)

13 DLR.de Folie 13 Angabe des Wasserstoffgehalts im Wärmeträger Konzentration Stoffmenge pro Masse (Molalität) Stoffmengenanteil Stoffmenge pro Volumen (Molarität) Volumenanteil b H2 (µmol/kg) x H2 c H2 (µmol/l) s H2 (ppm) Druck Partialdruck gemäß Henry s Gesetz p H2 = H H2 (T) * x H2 (Henry Koeffizient zu ermitteln durch Bestimmen der Gaslöslichkeit)

14 DLR.de Folie 14 Analysenergebnisse aus 2012 Wasserstoffbelastungen liegen fach oberhalb empfohlenem Limit: Schott Solar CSP: max. 0,3 mbar H 2 für PTR 70

15 DLR.de Folie 15 Mögliche Maßnahmen gegen H 2 -Ansammlungen Minderung der H 2 -Bildung: Erhaltung des HTF-Zustands / Abtrennen relevanter Verunreinigungen Senkung der Betriebstemperatur Alternative Wärmeträger mit geringerer H 2 -Bildung

16 DLR.de Folie 16 Mögliche Maßnahmen gegen H 2 -Ansammlungen H 2 aus dem Wärmeträger entfernen N 2 -Austausch Anpassung Abgasreinigungsleistung Mehrbedarf Flüssigstickstoff Konditionierungsaufwand HTF-Dampf / Gas (N 2 ) - Mischung Selektiver H 2 -Austrag Identifikation passender Techniken! Regelmäßige Kontrolle der H 2 -Konzentration!

17 DLR.de Folie 17 Zusammenfassung H 2 -Bildung beim Betrieb von DPO/BP Nicht grundsätzlich vermeidbar Abhängig vom Zustand des Wärmeträgers & Betriebstemperatur Bildungsgeschwindigkeit im Laborexperiment quantifizierbar Relevanz H 2 Dringt in Vakuumisolierung der Receiver ein Kann deren Lebensdauer herabsetzen, wenn Diffusionsrate zu hoch ist Diffusionsrate abhängig von H 2 -Konzentration und Temperatur H 2 -Konzentration Resultiert aus dem Verhältnis von Bildungs- und Eliminierungsrate Kann gemessen werden In untersuchten Anlagen fach höher als empfohlener Grenzwert Maßnahmen gegen H 2 -Ansammlungen sollten eingeführt werden!

18 DLR.de Folie 18 Danke für Ihre Aufmerksamkeit!

Ähnliche Dokumente

Bestimmung der Wasserstoffkonzentration im organischen Wärmeträger von Parabolrinnenkraftwerken. Folie 1

Bestimmung der Wasserstoffkonzentration im organischen Wärmeträger von Parabolrinnenkraftwerken Folie 1 Gliederung Einleitung Gaschromatographie Methodenentwicklung Ergebnisse von Feldmessungen Zusammenfassung