Solarthermische Kraftwerke zählen zu den konzentrierten Solarenergiesystemen und werden bevorzugt in sonnenreichen Ländern errichtet. Es gibt sie in verschiedenen Ausführungen, deren Funktionsweise sich ähnelt. Die Anlagen konzentrieren mithilfe von Spiegeln Sonnenlicht und erzeugen so Wärme, die zur Dampfproduktion genutzt wird. Dieser Dampf treibt eine Turbine an, die wiederum mit einem Generator verbunden ist, der die Bewegungsenergie schließlich in elektrischen Strom umwandelt.
Eine zentrale Komponente in solarthermischen Kraftwerken ist der Wärmespeicher. Darin konservieren flüssige Trägermedien die thermische Energie so lange, bis sie entweder über einen Wärmetauscher oder direkt in einen Dampferzeuger geleitet wird. Als Speichermedium kommt in der Regel Flüssigsalz zum Einsatz. Damit die Wärmespeicherung bzw. -übertragung reibungslos funktioniert, muss der Zustand der Salzschmelze kontinuierlich überwacht werden. Das Flüssigsalz erstarrt nämlich unterhalb von 270°C langsam und verwandelt sich ab einer Temperatur von weniger als 250°C in Keramikblöcke, die den Kraftwerkskreislauf stoppen.
Überwachung der Salzschmelze
Für die ständige Kontrolle der Salzschmelze eignen sich besonders die Hochtemperatur-Drucksensoren KE SIL2 von Gefran. Die Schmelzedruckmessumformer der Serie K messen Mediendrücke an der Membran bei Temperaturen bis 538°C. Ihr Funktionsprinzip basiert auf hydraulischer Druck- sowie mechanischer Spannungsübertragung.
Die Erfassung des Drucks erfolgt über ein hydraulisches System, das aus einer Kapillare mit einem Innendurchmesser von 0,1mm besteht. In dieser Kapillare befindet sich eine nicht-komprimierbare Übertragungsflüssigkeit (Natrium/Kalium, NaK), die den Druck der heißen Salzschmelze auf eine Messmembran überträgt. Ein an dieser Membran befestigter Dehnungsmessstreifen (DMS) wandelt den Druck in ein elektrisches Signal um. Dieses wird dann an ein Datenerfassungssystem gesendet.
Signalschwankungen werden kompensiert
Damit der Messumformer auch Drücke in Übertragungsflüssigkeiten mit einer Temperatur von bis zu 538°C messen kann, bietet Gefran den Sensor mit einer Membran aus Inconel 718 mit GTP+-Beschichtung an. Für die Messung von Drücken in Flüssigkeiten mit Temperaturen bis 400 bzw. 300°C stehen Membranen aus 15-5 PH mit GTP+-Beschichtung und aus Hastelloy C276 zur Verfügung.
Der Hochtemperatur-Druckmessumformer KE SIL2 besitzt nicht nur eine Autozero-Funktion, mit der sämtliche im drucklosen Zustand erfassten Offset-Signale eliminiert werden können. Mit Hilfe einer automatischen internen Kompensation ist er auch in der Lage die durch die Änderung der Massetemperatur verursachte Schwankung des Drucksignals zu neutralisieren. Sollte sich also die Temperatur der im Kraftwerkskreislauf zirkulierenden Salzschmelze ändern und damit auch die Temperatur des Füllmediums NaK im Sensor, hat dies keinen Einfluss auf die Messgenauigkeit, mit der der Sensor den in der Salzschmelze herrschenden Druck erfasst.
Für solarthermische Kraftwerke geeignet
Die Massedruckmessumformer KE SIL2 sind langzeitstabil und eignen sich aufgrund der SIL2-Zertifizierung (IEC62061 / IEC61508) auch für Anwendungen mit hohen Anforderungen an die Funktionale Sicherheit. Die Hochtemperatur-Drucksensoren gibt es mit Messbereichen von 0-17 bis 0-1.000bar bzw. 0-250 bis 0-15.000psi. Sie weisen ein geringes Signalrauschen von unter 0,025 Prozent vom Endwert auf und besitzen einen Stromausgang mit 4-20mA. Zudem verfügen sie über einen Verpolungs- und Kurzschlussschutz sowie einen kompensierten Temperaturbereich von 0 bis +85°C. Als Zubehör ist ein Prozessflanschadapter erhältlich, über den die Sensoren auch an Anwendungen in der Kunststoffindustrie angeschlossen werden können. Die Massedruckmessumformer sind sowohl mit analogem Ausgang als auch mit digitaler HART-Schnittstelle lieferbar.
Mit den Geräten der KE-SIL2-Serie lassen sich solarthermische Kraftwerke also sicher und effizient betreiben. Diese Anlagen sind zwar bislang noch nicht sehr weit verbreitet, könnten aber in sonnenreichen Ländern beim Umstieg von fossilen auf regenerative Energiesysteme künftig eine wichtige Rolle spielen. Da Deutschland zur Erreichung seiner Klimaziele auf den Import von Strom aus erneuerbaren Quellen angewiesen ist, wird man sich sicher auch hierzulande noch intensiver mit dem regelbare Solarstrom aus solarthermischen Kraftwerken beschäftigen.
