Verbundvorhaben STERN: STeigerung der KostenEffizienz von FlüssigsalzReceiverN

Abstract

Eine der großen Herausforderungen für Solarturmkraftwerke sind die hohen Investitionskosten. Das Receiversystem macht dabei bis zu 20% der Investitionskosten des Kraftwerkes aus. In diesem Forschungsvorhaben wurde dazu zunächst das innovative STERN-Receiverkonzept weiterentwickelt, da erste Studien eine Reduzierung der Absorberfläche um mindestens 40% gegenüber dem Stand der Technik bei gleichzeitiger moderater Erhöhung des Wirkungsgrades des Heliostatenfeld-Receiver-Systems versprachen. Im Projektverlauf hat sich allerdings herausgestellt, dass bei einer Hochskalierung auf übliche kommerzielle Receivergrößen dieses Konzept keinen wirtschaftlichen Vorteil bietet. Deshalb wurde im weiteren Projektverlauf das externe Receiverkonzept optimiert und ein entsprechender Prototyp des Receivers gefertigt. Zudem konnte anknüpfend an das Forschungsvorhaben HPMS-II der Receiver unter solaren Bedingungen am Solarturm in Jülich erprobt werden. Heutige Solarreceiver verwenden für die Absorberrohre Nickelbasis-Legierungen. Diese sind bisweilen um bis zu einem Faktor 10 teurer als die deutlich besser verfügbaren hochlegierten Edelstähle. Zudem belegen einige Korrosionsstudien, dass die Nickelbasis-Legierungen nicht grundsätzlich korrosionstabiler sind als austenitische Edelstähle. Rostfreie, Al-legierte und darum Al2O3-bildende Edelstähle, weisen im Gegensatz zu bisher üblichen Cr2O3-bildenden Nickelbasislegierungen potentiell ausreichende Beständigkeit gegenüber Korrosion in NaNO3-KNO3-(sog. "Solar Salt") – Schmelzen bei weitaus niedrigeren Kosten auf. Kommerziell sind derartige Legierungen bisher, aufgrund mangelnder mechanischer Festigkeit, nicht für Strukturanwendungen verfügbar. Die Entwicklung Al2O3-bildender, ferritischer und austenitischer Edelstähle mit hoher mechanischer Festigkeit, vor allem Ermüdungsbeständigkeit, im Rahmen des Projekts bietet aus diesem Grunde das Potential kosteneffizienter Strukturwerkstofflösungen für den gesamten Temperaturbereich. Zudem werden potenziell auftretende Gesundheits- und Entsorgungsrisiken durch im Langzeitbetrieb in der Salzschmelze in Lösung gehende Chromverbindungen, wie sie bei Verwendung Cr2O3-bildender Werkstoffe entstehen, deutlich reduziert.