LOBSTeR - Verbundvorhaben Lebensdaueroptimierter Betrieb von Salzturmreceivern

Abstract

Rohrreceiver mit Salzschmelze sind derzeit die kommerziell am häufigsten eingesetzte Receivertechnologie. Die Rohre werden mit Temperaturen über 600 °C und Strahlungsflussdichten bis über 1000 kW/m² sehr hoch belastet. Die tägliche zyklische Belastung und die starken Temperaturgradienten während des transienten Betriebs, z.B. bei einem Wolkendurchzug, begrenzen die Lebensdauer der metallischen Receiverbauteile. Stark belastete metallische Bauteile werden betriebsfest, also für eine bestimmte Zyklenbelastung ausgelegt. Sie werden üblicherweise regelmäßig inspiziert und ausgetauscht. Dafür muss die Lebensdauer der Komponenten ausreichend genau vorhersagbar sein. Da die realen Belastungen messtechnisch normalerweise nicht zugänglich sind, werden aus Sicherheitsgründen enge Grenzen für die erlaubten Betriebsparameter (Strahlungsflussdichte, Salztemperatur, Massenstrom) vorgegeben. Diese Betriebsweise steht im Konflikt mit dem Ziel, die thermische Leistung zu maximieren. Ein Austausch von Komponenten deutlich vor Erreichen der tatsächlichen technischen Lebensdauer hat wirtschaftliche Nachteile. Ein Schadensfall aufgrund von Fehleinschätzung der tatsächlichen Restlebensdauer kann andererseits noch deutlich gravierendere Folgen haben. In diesem Projekt wurde ein Regelungssystem erarbeitet, das aus einem modellprädiktiven Regler und einem Lebensdauer-Monitoringsystem besteht. Diese Art von Regler ermöglicht auf Basis von Daten-Prädiktionen und Beschränkungen von Prozessparametern einen besseren Kompromiss zwischen optimaler Energieausbeute und transienter Anlagenbelastung im Vergleich zu klassischen PID-Reglern. Durch das Monitoringsystem können zudem verschiedene Betriebszustände in Bezug auf den Lebensdauerverbrauch direkt miteinander verglichen werden. Das Regelungssystem wurde am Solarturm in Jülich erfolgreich getestet.