Wasserstoff, der im Betrieb entsteht, mindert die Effizienz für solarthermische Kraftwerke erheblich. Das haben Forscher vom National Renewable Energy Laboratory (NREL) der USA herausgefunden. Bei dem Problem dreht es sich um das Wärmeträgermedium, das in den Absorberrohren von Parabolrinnenkollektoren zirkuliert, die in den meisten Kraftwerken, die die Solarkraft konzentrieren, vorkommen.

Wie das NREL mitteiilte, komme es bei der Abgabe der Wärme an die stromerzeugende Dampfturbine zu thermischen Verlusten. Die rühren daher, dass beim Übergang Wasserstoff vergast. Die Vergasung sei zwar geringfügig, habe aber schwerwiegende Auswirkungen. Denn sie verursache Wärmeverluste, die den Gesamtwirkungsgrad der Anlage um 15 Prozent senken könnten. Bei mehr als 80 weltweit betriebenen CSP-Parabolrinnen-Kraftwerken summiere sich das auf geschätzte 750 Megawatt verlorene Erzeugungskapazität. Monetär betrachtet sorge das zudem für Einnahmeausfälle von etwa 250 Millionen Dollar. CSP steht für concentrated solar power. Sie bieten noch einige Möglichkeiten zur Effizienzsteigerung.

Wasserstoff entweicht über Stahlrohre

Das Problem sei zwar nicht neu, doch vielversprechende Lösungen seien bisher gescheitert. Nun habe das NREL mit Unterstützung des Energieministeriums gemeinsam mit dem Unternehmen Acciona Solar Power einen Prozess entwickelt, um den Wasserstoff in den Wärmereceivern permanent zu kontrollieren. Die Forscher fanden bei Untersuchungen von CSP-Anlagen in der kalifornischen Wüste unerwartet hohe Glasoberflächentemperaturen. Sie erkannten, dass Wärmeübertragungsflüssigkeiten Wasserstoff ausgasen. Wasserstoff könne dann durch Stahlrohre entweichen und so Wärme nach außen übertragen.

NREL-Forscher Gref Glatzmaier habe dann eine dreistufige Lösung gefunden. Zunächst habe er ein Rechenmodell zur Bestimmung der Wasserstoff-Extraktionsrate erstellt. Diese sei zur Aufrechterhaltung akzeptabler Wasserstoffkonzentrationen in der zirkulierenden Wärmeübertragungsflüssigkeit erforderlich. Als nächstes habe er einen Wasserstoffsensor entwickelt, der alle ein bis zwei Minuten Gaskonzentrationsmessungen durchführe.

Im dritten Schritt ging es dann um eine einfache Methode zur Extraktion des Wasserstoffs. Dafür kam eine Membran aus Palladium zum Einsatz, über die Vakuumpumpen das Gas abführen und oxidieren lassen. Im Anschluss wird daberi entstehende Wasserdampf abgeleitet. Die letzte Aufgabe bestand schließlich darin, die Wasserstoffextraktion in einen Prototyp zu integrieren, der als Modell für ein Modul in einer CSP-Anlage dienen könne.

Dieser Prototyp bestätigte im Labor seine Fähigkeit, das Problem von Wasserstoff für solarthermische Kraftwerke erfolgreich zu lösen. Acciona habe diesen in ihrer CSP-Anlage Nevada Solar One eingesetzt. Bei Nevada Solar One habe sich die Investition in die Module von 500.000 Dollar in nur zwei Monaten amortisiert. Zusätzlich sei es möglich, die Installation ohne kostspielige Unterbrechungen der Erzeugungskapazität der Anlage durchzuführen.

16.10.2020 | Quelle: NREL | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH