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Projektinfos  – Energieforschung konkret

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© Anna Durst, BINE Informationsdienst
Direkte Prozessdampferzeugung mit Parabolrinnenkollektoren
Projektinfo 11/2011
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Die Sonnenseiten des Sattdampfes

Der Anteil solar produzierter Prozesswärme ist noch gering; das Potenzial allerdings hoch. Chemische Bäder erhitzen, solare Kälte erzeugen und Heißluft im Trockenofen nutzen: Dies sind klassische Beispiele für Prozessanwendungen. Ein Metallveredelungsbetrieb bei Wuppertal hat weltweit erstmals an das eigene Dampfnetz Parabolrinnenkollektoren angeschlossen, in denen direkt im Absorberrohr Dampf erzeugt wird. Die einfache Anlagentechnik macht Thermoöl als Wärmeträger überflüssig und spart fossil erzeugte Energie.

In Deutschland benötigt die Industrie mehr als 40% des Energiebedarfs; ein Viertel davon wird für Prozesswärme verwendet. Zumeist werden fossile Brennstoffe eingesetzt, in einigen Anlagen zusätzlich Flach- oder Vakuumröhrenkollektoren, die die Wärme für Industrieprozesse oder für das Beheizen von Werkhallen erzeugen. Häufig wird Sattdampf als Transportmedium eingesetzt, um die Wärme von einem zentralen Erzeuger an verschiedene Verbraucher eines Betriebes zu verteilen. Die im Markt verbreiteten thermischen Solarkollektoren sind vor allem für die Erwärmung von Wasser im Temperaturbereich unter 100 °C geeignet. In industriellen Prozesswärmeanwendungen werden sie meist möglichst direkt mit ausgewählten Prozessen gekoppelt, die Wärme auf einem entsprechend niedrigen Temperaturniveau benötigen. Für höhere Temperaturen werden konzentrierende Kollektoren, beispielsweise Parabolrinnen, eingesetzt.

Die „Pilotanlage zur solaren Prozesswärmeerzeugung mit Parabolrinnenkollektoren“ (P3) wurde bei der Alanod Aluminium-Veredelung GmbH & Co. KG in Ennepetal nahe Wuppertal direkt im Betrieb erprobt. Alanod produziert unter anderem Aluminiumbänder mit selektiven Absorptionsschichten, die die Solarbranche für unterschiedliche Kollektortypen nutzt. In diese Produktionsanlage wurde im Rahmen des P3-Projektes ein solarer Dampferzeuger integriert. Wissenschaftler des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), des Solar-Instituts Jülich (SIJ) der FH Aachen und des Instituts für Thermodynamik und Wärmetechnik der Universität Stuttgart (ITW) haben gemeinsam mit den Industriepartnern Alanod und dem Kollektorhersteller Solitem die Versuchsanlage konzipiert.

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Erstmals wird direkt in den Absorbern der Parabolrinnenkollektoren Prozessdampf erzeugt. In der Industrie wird Sattdampf bis 200 °C häufig für Produktionsprozesse gebraucht, daher wählten die Forscher auch für die Pilotanlage Dampf als Wärmetransportmedium, um ihn ohne Umwege einzuspeisen. Sattdampf ist Dampf bei Sättigungstemperatur. Mit Thermoöl als Transportmedium entstehen höhere Wärmeverluste als bei Dampf, da es über einen Wärmeübertrager geschickt werden muss und höhere Temperaturen im Kollektorfeld entstehen. Der Sattdampf kann sofort zum Prozess geleitet werden und spart so fossile Energie beim zentralen Dampferzeuger ein.

Um das eingesetzte Rohaluminium widerstandsfähiger zu machen, wird es bei der Veredelung mit einer Oxidschicht versehen (Eloxierung) – dabei entsteht eine poröse Oxidschicht. Im 95 °C heißen Sealingbad schließen sich die Poren der Aluminiumoxidschicht oberflächlich. Dieser Prozess benötigt Sattdampf von rund 140 °C und 4 bar. Sattdampf ist notwendig, um die Bäder schnell auf die benötigten Temperaturen zu erhitzen. Die in der Produktion vorhandene 9-bar-Trockner-Dampfschiene zum Betrieb der Bandtrockner eignet sich nicht für den solar erzeugten Dampf, da die Sonneneinstrahlung in Ennepetal nicht intensiv genug ist. Es würde länger dauern, bis Druck und Temperatur ausreichen; dies würde zu höheren Anlagekosten führen und bedeutet größere Verluste. Daher bietet sich die 4-bar-Dampfschiene an. An ihr sind sieben parallel verschaltete Bäder angeschlossen, durch die die Endlosbahn läuft. Das Aluminium durchläuft folgende Prozessschritte: Entfettung, Beize, Glanzbad, Abziehbad (Zwischenreinigung), Eloxalbad (Oxidschicht), Farbbad und Sealingbad. Die Bäder sind zwischen 10 und 20 m³ groß und benötigen Temperaturen zwischen 60 und 110 °C. Über Rohrleitungen wird die Wärme in Wärmetauschern und Rohrschlangen übertragen und diese erhitzen so die Bäder.

Merkzettel

Adressen

Pilotanlage und Reflektorbeschichtung
ALANOD GmbH & Co. KG

Kollektorentwicklung
SOLITEM GmbH

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.