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Die äußere Dämmebene besteht aus einem Gewebe oder Keramikblech auf Basis von Keramikfasern, die inneren Isolierungsschichten aus unterschiedlichen Kombinationen von Hochtemperaturwolle.
© DLR
Rohrreceiver im Solarturm-Kraftwerk
07.12.2017

Beispielhafte schematische Darstellung von Receiver und Kraftwerksteil in einem Solarturm
© Solarinstitut Jülich

Die getestete Cavity-Dämmung besteht aus vier unterschiedlichen Materialkombinationen.
© DLR

Die Segmente der Dämmung wurden einzeln auf die Ebene auf 60 Metern Höhe befördert. Mithilfe von Seilzügen und einem Portalkran konnten diese dann im Testraum bewegt und montiert werden.
© DLR

Bessere Isolierung sorgt für zuverlässigeren Betrieb

Ist die Receiverdämmung beschädigt, sinkt der Wirkungsgrad eines Solarturm-Kraftwerks. Reparatur oder Austausch der Isolierung kosten Zeit und Geld. Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt entwickelten gemeinsam mit Industriepartnern eine Cavity-Dämmung, in der neue Materialkombinationen zum Einsatz kommen. Tests zeigen, dass die marktreife Isolierung robuster ist als bisherige Modelle.

Cavity-Dämmungen isolieren Receiver, die sich in einem Hohlraum in der Spitze eines Solarturms befinden. Die Sonnenstrahlung dringt durch eine kleine Öffnung im Hohlraum zum Receiver. Dadurch verteilt sich die Strahlung gleichmäßiger im Raum und die Verluste infolge von thermischer Abstrahlung und Konvektion verringern sich.

Die Dämmung eines Solarturm-Receivers muss hohen Belastungen standhalten. Es können Temperaturen über 1.000 °C auftreten. Hinzu kommen Wind, Regen sowie teilweise starke Temperaturschwankungen. Bisherige Isolierungen haben häufig nach kurzer Betriebszeit Schäden, wie etwa Lücken zwischen einzelnen Dämmsegmenten oder eine geringere Stabilität. Wirken sich die Schäden auf sicherheitsrelevante Bereiche wie die Receiveraufhängung oder Druckleitungen aus, kann dies dazu führen, dass die komplette Anlage ausfällt.

Vier Segmente mit neuen Materialkombinationen

Die neue Dämmung besteht aus mehreren Segmenten, die bei der Installation im Solarturm zusammengebaut werden. Dazu Johannes Hertel, Leiter des Forschungsprojektes ISOL beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR): „Der Aufbau in Segmenten ist insbesondere für größere Dämmungen notwendig, da dies sowohl bei der Fertigung als auch bei Transport und Montage Vorteile hat. Handling und Montage dieser segmentierten Lösung wurde in Versuchen von uns getestet. Dabei war zum Beispiel wichtig, dass wir eine Größe wählten, die in den Aufzug des Solarturms passt.“

Die neue Isolierung ist in mehreren Schichten aufgebaut. Die äußere, bestrahlte Ebene besteht aus einem Gewebe oder Keramikblech auf Basis von Keramikfasern. Die inneren Isolierungsschichten setzen sich aus unterschiedlichen Kombinationen von Hochtemperaturwolle, etwa auf Basis von  polykristallinen Fasern, zusammen. Die Dämmmatten sind quer zur Cavitywand angeordnet. Da die vorderen Schichten höheren Temperaturen ausgesetzt sind, bestehen sie aus hochwertigerem Material als die hinteren. Diese bestehen aus einem mikroporösen Material, welches eine deutlich höhere Dämmwirkung hat, jedoch nicht hochtemperaturbeständig ist.

100 Stunden bei über 1.000 °C im Solarturm

Die Wissenschaftler testeten die Cavity im Versuchsturmkraftwerk der Plataforma Solar de Almería in Spanien unter solarer Belastung: 47 Stunden bei 1.000 bis 1.100 °C und 52 Stunden bei 1.100 bis 1.200 °C. Dabei wurden zum Beispiel Thermoelemente in unterschiedlichen Materialtiefen auf der Oberfläche verteilt und eine radiometrische Bestimmung der auftreffenden Flussdichte vorgenommen. Weitere Untersuchungen fanden mit der  Infrarotkamera statt. So erfassten die Forscher zum ersten Mal hochaufgelöst die reale Belastung einer solar bestrahlten Cavity. „Während der Testzeit sind keine Schäden an der Versuchscavity aufgetreten. Auch an hochbelasteten Stellen kam es zu keinem Materialversagen. Die vorgesehenen Fugen und Überlappungen haben schrumpfende Materialflächen und unterschiedliche thermische Dehnungen erfolgreich konstruktiv ausgeglichen“, fasst Hertel die Versuchsergebnisse zusammen.

Die neue Dämmung ist ab sofort bei der Firma Eugen Arnold GmbH verfügbar.

(bs)

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