Wasserverbrauch und Wassereinsparung bei solarthermischen Kraftwerken. J. Dersch, C. Richter, DLR

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Horst Heintze
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1 Wasserverbrauch und Wassereinsparung bei solarthermischen Kraftwerken J. Dersch, C. Richter, DLR

2 Inhalt Grundlagen Kühlung Typen von Kühlanlagen Meteorologische Daten der Standorte Erweiterte Ergebnisse Zusammenfassung Folie 2 > Sokoll 21

3 Physikalische Zusammenhänge Solarthermische Kraftwerke arbeiten in der Regel nach dem Clausius- Rankine Kreisprozess h Die Leistung der Turbine ist umso größer, je niedriger der Kondensationsdruck ist 2 h Turbine Der Kondensationsdruck wiederum hängt von der Temperatur ab kp 3 h Kondensator Eine Wärmesenke mit möglichst niedriger Temperatur verbessert den Wirkungsgrad 1 s Folie 3 > Sokoll 21

4 Kühloptionen 1: Turbine Turbine Dampf Dampf Fluss Oberflächenkondensator Kondensat Kühlturm Kondensat Durchlaufkühlung Nasskühlturm Folie 4 > Sokoll 21

5 Kühloptionen 2: Trockenkühlung Turbine Dampf Turbine Dampf Kondensat Kühlturm Mischkondensator Kondensat Luftgekühlter Kondensator Heller Kühlsystem Folie 5 > Sokoll 21

Typischer Wasserverbrauch eines solarthermischen

Dampfkreislauf 6.1% Spiegelreinigung 2.% Trinkwasser.

Dampfkreislauf verbraucht Wasser für Abschlämmung,

6 Typischer Wasserverbrauch eines solarthermischen Kraftwerks mit Nasskühlturm Spez. Wasserverbrauch der SEGS-Anlagen ca. 38 l/mwh (bezogen auf die Netto- Stromerzeugung) Dampfkreislauf 6.1% Spiegelreinigung 2.% Trinkwasser.1% Der größte Anteil entfällt auf die Kühlung Der Dampfkreislauf verbraucht Wasser für Abschlämmung, Entgasung, Stopfbuchsendampf Die Spiegelreinigung macht nur etwa 76 l/mwh aus. (27 l/m²a) Kühlturm 91.8% Folie 6 > Sokoll 21

Wärmeübertragungsflächen Brutto-Wirkungsgrad Höherer

7 Übergang auf Trockenkühlung Quelle: SPX Wasserverbrauch Geschlossenes Kühlsystem Investitionskosten Größere Wärmeübertragungsflächen Brutto-Wirkungsgrad Höherer Kondensatordruck Eigenverbrauch Höhere Antriebsleistung Quelle: GEA Folie 7 > Sokoll 21

8 Das Projekt EFCOOL Jahressimulationen für unterschiedliche Standorte mit einem stationären Modell Kennlinien-Modelle für die unterschiedlichen Kühlsysteme Es wurden Jahresertrags-Simulationen mit stündlicher Auflösung durchgeführt Für jede Anlage und jeden Standort wurde jeweils die Solarfeldgröße optimiert Referenzsystem: Parabolrinnenkraftwerk 5 MW mit Nasskühlturm Vergleich Jahresertrag an Elektrizität, LEC und Wasserverbrauch Förderung durch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (FKZ: 16UM77) Zwei zusätzliche Standorte Folie 8 > Sokoll 21

9 Die optimale Solarfeldgröße LEC LCOE in /kwh in /kwh optimale Solarfeldgröße aperture Apertur in area m² in m² Folie 9 > Sokoll 21

10 Tabellarischer Vergleich der Standorte Breitengrad mittlere Umgebungstemperatur in C mittlere relative Luftfeuchte in % mittlere Umgebungstemperatur bei DNI > 25 W/m² in C mittlere relative Luftfeuchte bei DNI > 25 W/m² in % mittlere Feuchtkugeltemperatur bei DNI > 25 W/m² in C Jahressumme Direktstrahlung in kwh/m2 Standort Spanien Kalifornien Marokko Ver. Arabische Emirate Folie 1 > Sokoll 21

11 Temperaturen Spanien, T m : 24.2 C, DNI Jahressumme 2128 kwh/m² Kalifornien, T m : 24.3 C, DNI Jahressumme 2791 kwh/m² Temperatur in C Temperatur in C Marokko, T m : 2.7 C, DNI Jahressumme 1945 kwh/m² Ver. Arabische Emirate, T m : 34.1 C, DNI Jahressumme 2128 kwh/m² Temperatur in C Temperatur in C Folie 11 > Sokoll 21

12 Feuchtkugel-Temperaturen Spanien, DNI Jahressumme 2128 kwh/m² Kalifornien, DNI Jahressumme 2791 kwh/m² Feuchtkugel-Temperatur in C Feuchtkugel-Temperatur in C Marokko, DNI Jahressumme 1945 kwh/m² Ver. Arabische Emirate, DNI Jahressumme 2128 kwh/m² Feuchtkugel-Temperatur in C Feuchtkugel-Temperatur in C Folie 12 > Sokoll 21

13 Ergebnisse der Jahresrechnungen Solarfeldgröße Jahres-Elektrizitätserzeugung LEC Gesamt-Investitionskosten Wassereinsparung Referenzwert (1.) ist eine Anlage mit Nasskühlturm am jeweiligen Standort 1.5 relativer Wert ACC Kalifornien ACC Spanien ACC Marokko ACC UAE Folie 13 > Sokoll 21

14 Zusammenfassung Der Übergang von nasser Rückkühlung auf Trockenkühlung erhöht die Investitionskosten und verringert den Wirkungsgrad von (solarthermischen) Kraftwerken Die Stromgestehungskosten steigen um ca. 3-1% Die Wassereinsparung beträgt mehr als 9% Der Einfluss der Umgebungsbedingungen am einzelnen Standort ist dominant, so dass quantitative Aussagen nur für den Einzelfall gelten Eine standortspezifische Auslegung und Optimierung ist unverzichtbar Folie 14 > Sokoll 21

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