Thermische Solarkraftwerke: Besserer Betrieb mit digitaler Technik

Ein Beispiel für digitale Technik im solarthermischen Kraftwerk ist die Vermessung des Spiegelfelds aus der Luft durch Flugdrohnen. Sie erstellen Luftaufnahmen des kompletten Solarfelds innerhalb von Tagen – eine Arbeit, die vom Boden aus mehrere Monate in Anspruch nimmt. Die Flugdrohne sendet die Daten an eine Auswertungssoftware, die Schwächen in der Qualität und Ausrichtung der Spiegel sowie Beschädigungen erkennt. Anhand der Auswertungen kann der Kraftwerksbetreiber geeignete Verbesserungsmaßnahmen einleiten, die den Wirkungsgrad der Anlage erhöhen. Die Zeit bis zur Inbetriebnahme eines Kraftwerkes kann erheblich verkürzt werden. Ein weiterer Vorteil der Vermessung aus der Luft ist, dass Flugdrohnen ein Kraftwerk während des laufenden Betriebs überfliegen können ohne den Betrieb signfikant zu stören.
Update von Qfly ab nächstes Jahr
Basierend auf seinen Forschungsergebnissen und der Erprobung im spanischen Parabolrinnen-Solarkraftwerk „Andasol 3“ entwickelte das DLR-Institut für Solarforschung für Dienstleister und Kraftwerksbetreiber die Messmethode „Qfly“. Das System kann in Lizenz erworben werden und ist bereits bei einem Dienstleistungsunternehmen im Einsatz. Die Lizenznehmer erwerben dabei die Rechte für den Einsatz der Software, die unabhängig von einer spezfischen UAV-Hardware verwendet werden kann. Auf dem Sonnenkolloquium gab Dr. Marc Röger aus dem Institut für Solarforschung einen Einblick in die Weiterentwicklung des Systems für Solarturmkraftwerke, das ab dem nächsten Jahr verfügbar sein soll.
Neues Komplettsystem
Ein weiteres Beispiel für neue digitale Regelungstechniken im Kraftwerk ist das Konzept eines integrierten Regelungs- und Betriebsführungssystems für solare Turmkraftwerke. Dr. Daniel Maldonado Quinto aus dem Institut für Solarforschung stellte es auf dem Sonnenkolloquium erstmalig vor.
Das System nutzt Daten von Messmethoden die ebenfalls am DLR entwickelt wurden: Deflektometrie, Wolken-Nowcasting, Flussdichte-Messsystem und zusätzliche Informationen aus dem laufenden Kraftwerksbetrieb. Die Regeleinrichtung wertet die Daten aus, um einen sicheren Betrieb des Solarkraftwerks zu gewährleisten. Dafür berechnet ein numerisches Modell eine Vorhersage der erwarteten Temperaturen und Massenströme.
Solarturmkraftwerke sind extrem dynamische Systeme und die Anforderungen an das Regelungssystem sind hoch. Strenge Grenzen für im Receiver auftretende Temperaturen sowie zeitliche Temperaturgradienten müssen eingehalten werden um Schäden zu vermeiden. Dem Regelungssystem ist ein Betriebsführungssystem übergeordnet, dass eine ertragsoptimierte Betriebsweise berechnet. Eine typische Aufgabe ist die Bestimmung der optimalen Ausrichtung der Spiegel im Solarfeld zur Sonne. Weitere Aufgaben sind die Überwachung der Lebensdauer der einzelnen Komponenten sowie die Vorgabe von Wartungsintervallen für die solarthermischen Komponenten.
Erstmalige Datenvereinigung
Erstmals werden die aus verschiedenen DLR-Messmethoden stammenden Online-Daten und erforschten Regel- und Optimierungsalgorithmen vereint, um die Wirtschaftlichkeit von Solarkraftwerken weiter zu verbessern. Das Konzept soll im nächsten Jahr im solarthermischen Versuchskraftwerk des DLR in Jülich in der Praxis getestet werden. Das DLR ist bereits in Verhandlung mit Industriepartnern, die das System in ihren Kraftwerken einsetzen möchten.
Das Kölner