Silikonöl als Wärmeträger Gut geschmiertes Spiegelkraftwerk

Um die Effizienz von solaren Parabolrinnenkraftwerken szu steigern, arbeitet ein Konsortium aus Forschung und Industrie unter Leitung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) derzeit an der Verbesserung der Wärmeträgeröle, die in den Absorberrohren zum Einsatz kommen. Derzeit testen die Forscher ein von Wacker Chemie entwickeltes Silikonöl unter Kraftwerksbedingungen mit Temperaturen von bis zu 425 °C.

Sonne in der Röhre

Parabolrinnenkraftwerke verwenden gekrümmte Spiegel, die in Kollektoren angeordnet sind und der Sonne nachgeführt werden. In der Brennlinie eines Kollektors befinden sich die Absorberrohre mit dem Wärmeträgeröl. Mit der gewonnenen Wärmeenergie wird Dampf für die Stromgewinnung erzeugt, oder sie wird zur späteren Nutzung gespeichert.

Neuer Wärmeträger im Stresstest

Im Rahmen des Projektes SITEF (Silicon Fluid Test Facility) betreiben Wissenschaftler des DLR-Instituts für Solarforschung die Prometeo-Testanlage auf der Plataforma Solar de Almería (PSA) nun erstmals mit dem Wärmeträgeröl Helisol 5A. Dabei wird das Silikonöl wird über einen Zeitraum von mehreren Monaten, im Zusammenspiel mit den verschiedenen Komponenten eines Parabolrinnenkraftwerks, unter realistischen Bedingungen getestet.

Im unteren Temperaturbereich zeichnet sich der neue Wärmeträger durch eine höhere Flexibilität aus. Durch den niedrigen Erstarrungspunkt von etwa -55 °C braucht es keine Heizanlagen, die die Wärmeträgerflüssigkeit vor Kälte schützen. Auch in Bezug auf die Alterung des Öls und den unerwünschten Nebeneffekt der Wasserstoffbildung weist silikonbasiertes Wärmeträgeröl Vorteile gegenüber dem organischen BP/DPO-Gemisch auf. Zudem spalten Wärmeträgeröle auf Silikonbasis keine kritischen Stoffe wie Benzol ab, was zu einem nachhaltigen und sichereren Betrieb solcher Anlagen beiträgt.

Deshalb braucht es spezielle Öle

Wasser verdampft bei Umgebungsdruck bereits bei rund 100 °C. Daher muss es im erhitzten Zustand unter Druck stehen, um nicht zu verdampfen. Bei dem Einsatz von Wasser als Wärmeträger in Absorberrohren muss deshalb, im Vergleich zu Ölen oder Salzschmelzen, mit besonders hohen Drücken gearbeitet werden, was einen gesteigerten technischen Aufwand erfordert. Aus diesem Grund kommen in der Regel spezielle thermische Öle oder zukünftig auch Salzschmelzen zum Einsatz.

Hohe Ansprüche an verwendetes Öl

Die Anforderungen an die Wärmeträger sind hoch. Sie müssen hohe Temperaturen aushalten können, ohne sich chemisch zu zersetzen. Zudem ist es sehr vorteilhaft, wenn sie auch bei niedrigen Temperaturen flüssig bleiben. Letzteres ist besonders in sonnenreichen Regionen der Erde vorteilhaft, in denen die Umgebungstemperaturen im Laufe des Tages und Jahres stark variieren und oft auch unter dem Gefrierpunkt von Wasser liegen können.

Sicherheitsrisiken durch erstarrte Wärmeträger

Das zurzeit gängige Wärmeträgeröl in Parabolrinnenkraftwerken ist eine Mischung aus Biphenyl und Diphenyloxid (BP/DPO) und weist die höchste thermische Beständigkeit organischer Wärmeträger auf. Dieses Ölgemisch kann bis zu 400 °C verwendet werden, erstarrt aber bereits bei Temperaturen unterhalb von 12 °C. Das temperaturbedingte Erstarren des Wärmeträgers kann im Kraftwerksbetrieb besonders schwerwiegende Folgen haben, da das erstarrte Öl Rohrleitungen blockieren oder sogar beschädigen kann.

Um das Öl weiterhin in einem geschlossenen Kreislauf durch die Kilometer langen Rohrleitungen pumpen zu können, müssen aufwändige und im Betrieb teure Heizsysteme installiert werden. Im Regelbetrieb wird das Öl solar auf etwa 400 °C erhitzt, die Parabolrinnenkollektoren könnten jedoch deutlich höhere Temperaturen erzielen, was für Speicherung und Verstromung günstig ist, weil damit der Gesamtwirkungsgrad und die Energieausbeute der Anlage steigen.