Teilprojekt 1:
Entwicklung eines kostengünstigen Parabolrinnenkollektors und Zusammenschaltung mit Anlagen der dezentralen Strom- und Kälteerzeugung
Teilprojekt 2:
Entwicklung einer thermisch angetriebenen Kälteanlage kleiner bis mittlerer Leistung und mit hohem COP
Verbundforschungsvorhaben: Komponentenentwicklung für eine hocheffiziente dezentrale solarunterstützte Kraft-Wärme-Kopplung
Ziele
Innerhalb des Verbundforschungsvorhabens soll ein Anlagensystem der Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung zur Nutzung solarer Prozesswärme, welche über einen Parabolrinnenkollektor auf einem Temperaturniveau von 250°C bereitgestellt wird, entwickelt werden. Die lastorientierte Abstimmung der Komponenten untereinander in einem integralen Anlagensystem ist die Voraussetzung zur effizienten und wirtschaftlichen Nutzung der Energie. Die zukunftsfähige Technologie steht am Anfang ihrer Entwicklung.
Die einzelnen Anlagenteile sind prinzipiell am Markt verfügbar. Ein integrales System zur solaren Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung in einem für den dezentralen Einsatz geeigneten Leistungsgrößenbereich steht derzeit noch nicht zur Verfügung. Im Unterschied zu den bestehenden Solarthermischen Kraftwerken (>50 MWel) zielt die Entwicklung auf Anlagengrößen von 500 kWel bis 5 MWel und besetzt damit einen Markt, der die Umsetzung dezentraler Versorgungssysteme ermöglicht.
Die Projektpartner TU Braunschweig, Hochschule Ostfalia und Fa. Mithras bearbeiten den Entwicklungsteil der Solarthermie und der solarthermischen Stromerzeugung. Das Institut für Luft- und Kältetechnik und die Fa. Wegra den Entwicklungsteil der hocheffizienten thermischen Kälteerzeugung.
Das Forschungsvorhaben wird als Verbundvorhaben durchgeführt. Dabei ergeben sich die nachfolgend aufgeführten Teilprojekte:
Entwicklung eines kostengünstigen Parabolrinnenkollektors und Zusammenschaltung mit Anlagen der dezentralen Strom- und Kälteerzeugung
Entwicklung einer thermisch angetriebenen Kälteanlage kleiner bis mittlerer Leistung und mit hohem COP
Die Projektkoordination erfolgt über das Institut für Gebäude- und Solartechnik der TU Braunschweig. Direkte Projektpartner sind die TU Braunschweig (IGS) und das ILK Dresden. Unterauftragnehmer der TU Braunschweig für das Teilprojekt 1 "CS-Kollektor für Solar-KWKK" sind die Fa. Mithras Anlagenbau aus Dersum und die Hochschule Ostfalia, Unterauftragnehmer des ILK Dresden für das Teilprojekt 2 "HE-Solar-Kältemaschine" die Fa. Wegra Anlagenbau aus Westenfeld.
Ziel Teilprojekt 1
Im Rahmen des Verbundvorhabens soll im ersten Teilprojekt ein kostengünstiger Solarkollektor zur Prozesswärmeerzeugung (Parabolrinne) entwickelt werden, mit dem Wärme auf höherem Temperaturniveau von etwa 250°C für eine dezentrale Stromerzeugung und eine thermische Kälteerzeugung zur Verfügung gestellt werden kann. Im Bereich der Stromerzeugung wird ein Bereich von 0,5 bis maximal 5 MWel angestrebt. Dabei handelt es sich nicht um solarthermische Großkrafttechnik (> 50 MWel) sondern um dezentrale Versorgungssysteme für den kleinen und mittleren Leistungsbereich.
Eine Prototypenanlage aus 12 Modulen mit einer Gesamtgröße von 138 m² Spiegelfläche soll innerhalb des Vorhabens gebaut und für Messungen auf dem Versuchsstand in Dersum zur Verfügung stehen. Dabei besteht ein Parabolrinnenmodul aus 4 Spiegeln mit einer Gesamtfläche von 11,5 m², wobei ein Spiegel eine Fläche von 2,875 m² aufweisen soll (Höhe 2,3 m, Breite 1,25 m).
Die von der Mithras Anlagenbau GmbH parallel zum Forschungsvorhaben entwickelte Tesla-Turbine wird auf dem Versuchsstand in Dersum gemeinsam mit der entwickelten Kältemaschine aus Teilprojekt 2 installiert und über den Parabolrinnenkollektor in ein Gesamtsystem zur solarthermischen Strom- und Kälteerzeugung eingebunden und vermessen. Diese Untersuchungen dienen zunächst zur Abstimmung des Gesamtsystems hinsichtlich der ergänzenden Stromversorgung. Die anlagentechnische Umsetzung ist im ersten Schritt schwerpunktmäßig für die solare Prozesswärmebereitstellung und Kühlung geplant.
Ziel Teilprojekt 2
Das Ziel besteht in der Entwicklung, dem Bau und der Erprobung einer thermisch angetriebenen Kälteanlage, nach derzeitigem Erkenntnisstand vorzugsweise einer Double Effekt - Absorptionskälteanlage mit dem Arbeitsstoffpaar Wasser-Lithiumbromid, zur hocheffizienten Nutzung von Solarwärme im kleinen Leistungsbereich.
Die Anlage soll einen hohen Umwandlungswirkungsgrad von Heizwärme in Kälteenergie besitzen. Sie soll kompakt gebaut sein und folglich innovative Wärmeübertrager kleiner Baugrößen integrieren. Nach Test und Vermessung der Kälteanlage soll diese innerhalb des Verbundforschungsvorhabens an die solare Kraft-Wärme-Kopplungsanlage angeschlossen werden.
Gesamtziel des Vorhabens
Das Gesamtziel des Vorhabens ist die Entwicklung, Umsetzung und die Erprobung einer Verbundanlage aus den Hochtemperatur-Kollektoren und einer hocheffizienten thermisch angetriebenen Kälteanlage im kleinen Leistungsbereich (ca. 50 kW), vorzugsweise für eine zweistufige Absorptionskältemaschine (Arbeitsstoffpaar H2O / LiBr).
Im Rahmen des Verbundvorhabens sollen die Voraussetzungen zum Aufbau einer modularen, dezentralen Energieverbundanlage zur solarunterstützten Bereitstellung von Wärme, Kälte und Strom im kleinen und mittleren Leistungsbereich geschaffen werden.