Solarunterstützte dezentrale Kraft Wärme Kälte Kopplung mit Parabolrinnenkollektoren

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1 Institut für Gebäude und Solartechnik Prof. Dr. Ing. M. Norbert Fisch Mühlenpfordtstraße 23 D Braunschweig bs.de Solarunterstützte dezentrale Kraft Wärme Kälte Kopplung mit Parabolrinnenkollektoren Dipl. Ing. Mathias Schlosser Bauhaus.SOLAR Technologie Design Umwelt Dezentrale Energieversorgung und Netze II 4. Internationaler Kongress Mittwoch, den 09. November 2011, Messe Erfurt

2 Verbundforschungsvorhaben Komponentenentwicklung für eine hocheffiziente dezentrale solarunterstützte tüt t Kraft Wärme Kälte Kält Kopplung Teilprojekt 1 Entwicklung eines kostengünstigen Parabolrinnenkollektors und Zusammenschaltung mit Anlagen der dezentralen Strom und Kälteerzeugung Projektpartner: 1. TU Braunschweig, Institut für Gebäude und Solartechnik 2. Ostfalia Hochschule Fakultät Versorgungstechnik 3. Mithras Holding GmbH & Co. KG (Dersum, Emsland) Solarunterstützte dezentrale KWKK mit Parabolrinnenkollektoren 10. November 2011 Dipl. Ing. Mathias Schlosser Solarunterstützte dezentrale KWKK mit Parabolrinnenkollektoren Seite 2/ 18 bs.de

3 Verbundforschungsvorhaben Komponentenentwicklung für eine hocheffiziente dezentrale solarunterstützte tüt t Kraft Wärme Kälte Kält Kopplung Solarunterstützte dezentrale KWKK mit Parabolrinnenkollektoren Teilprojekt 2 Entwicklung einer thermisch angetriebenen Kälteanlage kleiner bis mittlerer Leistung und mit hohem COP Projektpartner: 1. ILK Institut für Luft und Kältetechnik (Dresden) 2. Wegra Anlagenbau GmbH (Westenfeld, Thüringen) Quelle: ILK Dresden Quelle: WEGRA Anlagenbau Quelle: ILK Dresden 10. November 2011 Dipl. Ing. Mathias Schlosser Solarunterstützte dezentrale KWKK mit Parabolrinnenkollektoren Seite 3/ 18 bs.de

4 Projektlaufzeit Laufzeit 2,5 Jahre (07/2010 bis 12/2012) verlängert bis 10/2013 Fördergeber Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) Zuwendung von ca. 1,07 Mio. (FKZ A und B) Teilprojekt 1 Forschungsgegenstand Entwicklung eines kostengünstigen Solarkollektors zur Prozesswärmeerzeugung (dezentrale Strom und thermische Kälteerzeugung) Bau einer Prototypenanlage aus 12 Modulen mit einer Gesamtgröße von 138 m² Spiegelfläche auf dem Versuchsstand in Dersum Zusammenschaltung Parabolrinne mit Turbine und thermischer Kältemaschine zu einem KWKK System Solarunterstützte dezentrale KWKK mit Parabolrinnenkollektoren 10. November 2011 Dipl. Ing. Mathias Schlosser Solarunterstützte dezentrale KWKK mit Parabolrinnenkollektoren Seite 4/ 18 bs.de

5 Teilprojekt 2 Forschungsgegenstand Entwicklung und Erprobung einer thermisch angetriebenen ib Kälteanlage l zur hocheffizienten h i Nutzung von Solarwärme nach ersten Vergleichen unterschiedlicher thermischer Kälteerzeugungsverfahren Bevorzugung einer Double Effekt Absorptionskälteanlage (DE AKA) mit dem Arbeitsstoffpaar Wasser Lithiumbromid Einsatz in warmen Standortgebieten (z.b. Mittelmeerraum, etc. ) Bau einer Prototypenanlage Til Teilprojekt jkt2 Dt Daten Prototypenanlage t Kälteleistung 50 kw Kälteträgertemperatur von 12 C thermischer Antriebsenergie im Bereich um 145 C Wärmeverhältnis der thermischen Kälteerzeugung > 1,2 trockene Rückkühlung (Rückkühltemperatur > 40 C) vorerst Auslegung für Eintritt 34 C und Austritt 39 C (Kühlwassertemperatur) Quelle: WEGRA Anlagenbau Quelle: ILK Dresden 10. November 2011 Dipl. Ing. Mathias Schlosser Solarunterstützte dezentrale KWKK mit Parabolrinnenkollektoren Seite 5/ 18 bs.de

6 Teilprojekt 1 Randbedingungen Temperaturniveau Parabolrinne bis etwa 250 C Spannweite zwischen 2,0 und 2,5 m Stromerzeugung im Bereich von 500 kw el. bis maximal 5 MW el. keine solarthermische Großkrafttechnik (> 50 MW el. ), sondern dezentrale Versorgungssysteme für den kleinen und mittleren Leistungsbereich (Prozesswärmeherstellung) Quelle: Solarmillennium Quelle: Solarmillennium Quelle: Solarmillennium 10. November 2011 Dipl. Ing. Mathias Schlosser Solarunterstützte dezentrale KWKK mit Parabolrinnenkollektoren Seite 6/ 18 bs.de

7 Gegenwärtige Marktsituation verschiedene Versionen von Rinnenkollektoren kt auf dem Markt verfügbar (Solithem, Solarlite, SOLERA Sunpower, etc. ) keine hocheffizienten thermischen Kälteerzeugungsanlagen g g im mittleren und kleinen Kälteleistungsbereich Quelle: Solithem Techniken der thermischen Stromerzeugung auf niedrigem Temperaturniveau verfügbar (Turbinen, Hubkolbenmotoren, Schraubenmotoren, angepasste Scroll und Zentrifugalkompressortechniken, ORC Prozess, etc. ) Quelle: Solarlite Defizite am Markt keine Betriebserfahrungen im dezentralen solaren KWKK Einsatzbereich! ki kein abgestimmtes modulares System zur solaren KWKK! Quelle: SOLERA Sunpower 10. November 2011 Dipl. Ing. Mathias Schlosser Solarunterstützte dezentrale KWKK mit Parabolrinnenkollektoren Seite 7/ 18 bs.de

8 Industriepartner Teilprojekt 1 Mithras Holding GmbH bh& Co. KG (Dersum, Emsland) Gründung des Unternehmens in 2008 Geschäftsfelder dezentrale solare Strom, Wärme und Kälteerzeugung solare Meerwasserentsalzung solarthermische Parabolrinnen Kraftwerke in Modulbauweise Hauptinvestorenkreis Hero Glas Unternehmensgruppe Kanne Group Dersum 10. November 2011 Dipl. Ing. Mathias Schlosser Solarunterstützte dezentrale KWKK mit Parabolrinnenkollektoren Seite 8/ 18 bs.de

9 Industriepartner Teilprojekt 2 Wegra Anlagenbau GmbH bh(westenfeld, Thüringen) Gründung des Unternehmens Gründung des Tochterunternehmens EAW Energieanlagenbau GmbH Westenfeld Westenfeld Geschäftsfelder Stahlbau, Melktechnik, Elektroanlagenbau Heizungs, Lüftungs und Sanitärtechnik Energieanlagenbau Fertigung von Blockheizkraftwerken 10 bis 170 kw el. Fertigung von Wasser Lithiumbromid Absorptionskälteanlagen im Leistungsbereich 15 bis 200 kw Kälte Absorptionskälteanlagen zur Kälteproduktion auf Schiffen Forschung Entwicklung von Sorptionskälteanlagen zur solaren Kühlung (5 kw Kälteleistung) sowie zur Getränkeund Milchkühlung (0 C) Quelle: WEGRA Anlagenbau 10. November 2011 Dipl. Ing. Mathias Schlosser Solarunterstützte dezentrale KWKK mit Parabolrinnenkollektoren Seite 9/ 18 bs.de

10 Teilprojekt 1 Entwicklungsziel Parabolspiegel und statische Konstruktion Gewichtsreduktion (geringere Frachtkosten, einfache Montage) deutliche Verbesserung der Rfl Reflexion des Spiegels (Reduktion der Restwelligkeit) i deutliche Kostenreduktion der Spiegel Material und Gestaltungsmöglichkeiten Erarbeitung von vier verschiedenen Konstruktionsmöglichkeiten 1. Metallspiegel aus Aluminium und einer Aluminium Kupfer Beschichtung inkl. Lackversiegelung 2. Metallspiegel aus Eisen (Edelstahl oder verzinktem Blech) und einer Aluminiumfolie von 3M 3. Glasspiegel aus kaltgebogenem Sicherheitsglas sowie Aluminiumfolie 4. GFK Sandwich Konstruktion mit mehrschichtiger Aluminiumfolie 10. November 2011 Dipl. Ing. Mathias Schlosser Solarunterstützte dezentrale KWKK mit Parabolrinnenkollektoren Seite 10 / 18 bs.de

11 Teilprojekt 1 Entwicklungsziel Receiverrohr und Wärmeträger erster Prototyp des Receiverrohrs ohne Glashülle (Fa. Mithras) Wärmeträger Wasser (bzw. überhitzter Dampf) oder Thermoöl Einsatz eines Receiverrohrs ohne Glashülle Rohre mit spezieller selektiver Beschichtung Kleinere und leichtere Konstruktion des Receiverrohrs verbesserte Wirtschaftlichkeit gegenüber evakuiertem Receiverrohr (z.b. von Schott) höhere Robustheit im Vergleich zum Vakuumrohr (Montage, Transport, Lebensdauer) er) 10. November 2011 Dipl. Ing. Mathias Schlosser Solarunterstützte dezentrale KWKK mit Parabolrinnenkollektoren Seite 11 / 18 bs.de

12 Teilprojekt 1 Entwicklungsstand der Parabolrinne (Variante 1) Solarunterstützte dezentrale KWKK mit Parabolrinnenkollektoren Konstruktion einer Parabolrinne mit Metallspiegel laus Aluminium i Aluminium Kupfer Beschichtung inkl. Lackversiegelung Abmessungen Spiegelfläche: Höhe 2,3 m, Breite 1,25 m, Fläche 2,875 m² Abmessungen Modul: Blechdicke im Bereich von 1,8 2,0 mm Hagelschutz auf der Rückseite (optional) Höhe 2,3 m, Breite 5,20 m, Fläche 11,5 m² (bestehend aus 4 Spiegeln) LUMEN 2.3 PARABOLIC TROUGH Mithras Holding GmbH & Co. KG 10. November 2011 Dipl. Ing. Mathias Schlosser Solarunterstützte dezentrale KWKK mit Parabolrinnenkollektoren Seite 12 / 18 bs.de

13 Versuchsstand in Dersum Umsetzung von 6 Modulen mit 69 m² Spiegelfläche im Frühjahr 2011 mit Receiverrohr ohne Glashülle thermische Leistung ca. 48 kw Test des Gesamtsystem zu Projektende 10. November 2011 Dipl. Ing. Mathias Schlosser Solarunterstützte dezentrale KWKK mit Parabolrinnenkollektoren Seite 13 / 18 bs.de

14 Parallele Arbeiten des Kollektorherstellers Mithras Solarunterstützte dezentrale KWKK mit Parabolrinnenkollektoren Einführung der Serienproduktion i der großen Parabolrinne (Spannweite 6,0 m) in 2011 optische und thermische Zertifizierung durch DLR im September 2011 Auslieferung der ersten Parabolrinnen nach Australien, etc. steht unmittelbar bevor erster Prototyp des Parabolrinnenkollektor mit 6,0 m Spannweite (Fa. Mithras) 10. November 2011 Dipl. Ing. Mathias Schlosser Solarunterstützte dezentrale KWKK mit Parabolrinnenkollektoren Seite 14 / 18 bs.de

15 Teilprojekt 1 Betriebserfahrungen Parabolrinne mit Metallspiegel aus Aluminium (Variante 1) Anwendung einer Lackierung / Beschichtung für das Receiverrohr erfolgreiche Tests im Labor (Hitzeofen) Auflösungserscheinungen der Beschichtung im Betrieb (nicht hitzebeständig ) günstiges Receiverrohr derzeit hinter den Erwartungen keine Probleme beim Metallspiegel Aktuelle Untersuchungen Einsatz einer Nanobeschichtung ng auf fbasis von Aluminium m Vergleich von Rohren mit und ohne Rippen Solarunterstützte dezentrale KWKK mit Parabolrinnenkollektoren 10. November 2011 Dipl. Ing. Mathias Schlosser Solarunterstützte dezentrale KWKK mit Parabolrinnenkollektoren Seite 15 / 18 bs.de

16 Teilprojekt 1 Entwicklungsstand der Parabolrinne (Variante 2) Glasspiegel l aus kaltgebogenem kl Sicherheitsglas h i sowie Aluminiumfolie Reduktion der Glasdicke von 3,1 auf 2,1 mm Verwendung einer Aluminiumspiegelfolie mit zwei Beschichtungen (Lackierungen) Solarunterstützte dezentrale KWKK mit Parabolrinnenkollektoren Vorteile der kaltgebogenen Spiegelkonstruktion bessere Restwelligkeit Gewichtsreduktion verbesserte Biegefähigkeit Verbesserung der Reflexion Interceptfaktor steigt von 93% auf 97% 10. November 2011 Dipl. Ing. Mathias Schlosser Solarunterstützte dezentrale KWKK mit Parabolrinnenkollektoren Seite 16 / 18 bs.de

17 Weitere Schritte Untersuchung der Varianten 2 und 4 2.) Metallspiegel aus Eisen und einer Aluminiumfolie von 3M 4.) GFK Sandwich Konstruktion mit mehrschichtiger Alu Folie Gebäude und Anlagensimulation mit Verbundeinheit Wirtschaftliche Bewertung der Parabolrinnenkonzeptionen inkl. Materialeinsatz und Herstellungsverfahren Zusammenschaltung der Einzelkomponenten auf dem Versuchsstand in Dersum (absommer 2012 mit thermischer Kältemaschine) 10. November 2011 Dipl. Ing. Mathias Schlosser Solarunterstützte dezentrale KWKK mit Parabolrinnenkollektoren Seite 17 / 18 bs.de

18 Die Zukunft beginnt hier Weitere Informationen unter bs.de ag.de 10. November 2011 Dipl. Ing. Mathias Schlosser Solarunterstützte dezentrale KWKK mit Parabolrinnenkollektoren Seite 18 / 18 bs.de