19. April 2022

In Parabolrinnenkraftwerken richten sich gebogene Spiegel nach der Sonne aus. Flexible Rohrverbindungen machen dies möglich. Für die Bauteile gibt es bisher keine einheitlichen Prüfstandards. Das Wissenschaftsteam im Forschungsprojekt REPA arbeitet daran.

Parabolrinnenkraftwerke  produzieren in sonnenreichen Ländern und Regionen wie Spanien, Marokko, Kalifornien, Südafrika oder in der Golfregion Strom aus Solarenergie. Damit die "Sonnen-Ernte" möglichst hoch ausfällt, müssen sich die konzentrierenden Solarkollektoren während des Tages kontinuierlich am Sonnenstand ausrichten. Flexible Rohrverbindungen, engl. Rotation and Expansion Performing Assemblies, kurz: REPA, verbinden die Rohrleitungen für das heiße Wärmeträger-Fluid mit den Absorbern in der Brennlinie der Spiegel. Treten an diesen Verbindungen Lecks auf, führt das in der Regel zum Stillstand des Kraftwerksbetriebs. Das ist für die Betreiber nicht nur wegen der Instandsetzungskosten teuer, sondern vor allem wegen der ausfallenden Stromeinnahmen.

"Einheitliche Testkriterien von zertifizierten Prüfeinrichtungen garantieren für verschiedenste Produkte rund um den Globus Sicherheit, Lebensdauer und Wettbewerb", erläutert Dr. Eckhard Lüpfert vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Für die flexiblen Rohrverbinder hatten Hersteller bisher nur individuelle Prüfungen, so der Projektleiter weiter. "Mit dem Projekt REPA werden wir dies ändern. Wir gehen notwendige Schritte, um die Tests und Prüfabläufe zu etablieren, und sie später bis zu einer internationalen Norm für diese wichtigen Komponenten eines Parabolrinnenkraftwerks voranzubringen."

Guideline als Basis für eine internationale Norm

Konkret kommen die unterschiedlichen Testprofile und -verfahren innerhalb des Forschungsprojekts auf den Prüfstand. Dafür haben Expertinnen und Experten des DLR gemeinsam mit dem industriellen Forschungspartner Senior Flexonics die Erfahrungen der REPA-Teststände verschiedener Anbieter mit ihren unterschiedlichen Prüfverfahren analysiert. Die Ergebnisse sind in einer sogenannten Guideline, einer eigenen Richtlinie, dokumentiert. Sie dient als Arbeitsgrundlage, um künftig die standardisierten Prüfverfahren auf den Weg zu einer internationalen Norm zu bringen. Die Norm verbessert das Vertrauen in die Zuverlässigkeit der entsprechenden Produkte.

Die REPA-Testanlage in Spanien bildet die Bewegungen von Parabolrinnenkollektoren nach.
© Plataforma Solar de Almeria (Eigentümer Ciemat)

Die REPA-Testanlage in Spanien bildet die Bewegungen von Parabolrinnenkollektoren nach.

Bauteile sind durch hohe Temperaturen und mechanische Bewegungen belastet

Die flexiblen Rohrverbindungen sind durch die dauernde Nachführung, die Wettereinflüsse und intensive Sonnenstrahlung sowie durch die nur tagsüber hohe Temperatur des Wärmeträgerfluids starken Belastungen ausgesetzt. Die Folge: Bauteile ermüden oder werden undicht. In der Folge kann das Wärmeträgermedium austreten und möglicherweise Schaden verursachen.

Daher erarbeiten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im REPA-Projekt derzeit einen umfangreichen Prüfzyklus. Dieser wird auf der Plataforma Solar de Almería in Spanien getestet. Mit dem Betreiber CIEMAT hat das DLR einen Kooperationsvertrag. Auf dem dortigen Teststand lassen sich Temperaturen, Drücke, Massenströme und zyklische mechanische Bewegungen in Parabolrinnenkraftwerken zeitlich komprimiert abbilden.

Dabei gilt: "Die Bauteile müssen sowohl unter Dauerlast als auch in der Start-Stopp-Bewegung getestet werden", erklärt Eckhard Lüpfert. Im Nachgang vergleicht das Forschungsteam dann, wie die Komponenten im Teststand sowie im Feld versagen. "Es ist ein komplexes Zusammenspiel aus verschiedensten Einflüssen, das zum Versagen der Bauteile führen kann", resümiert Lüpfert. Durch den standardisierten Prüfzyklus sollen die flexiblen Rohrverbindungen umweltverträglicher ausgelegt sein und länger halten — und damit die Betriebs- und Wartungskosten reduzieren. (it)

REPA-Guideline

För­der­kenn­zei­chen: 03EE5051A-B

Projektlaufzeit
01.09.2020 31.08.2022 Heute ab­ge­schlos­sen

The­men

Solarthermische Kraftwerke

För­der­sum­me: 806.439 Euro

Kontakt

Dr.-Ing. Eckhard Lüpfert
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR)
Institut für Solarforschung


www.dlr.de/sf