„nachhaltige technologien 4|2016"

In CSP-Anlagen werden drei verschiedene Kühlsysteme eingesetzt: Trockenkühlung, die eine niedrigere Effizienz im Rankine-Prozess zur Folge hat, je höher die Umgebungstemperatur ist, Durchflusskühlsysteme, die große Mengen gepumpten Wassers (generell Meerwasser) erforderlich machen und Verdunstungskühlung, die die niedrigste Temperatur erreicht, aber eine konstante Frischwasserzufuhr zum Kühlturm erfordert. In jedem Fall wird Energie mit niedriger Temperatur an die Umgebung abgegeben, die für thermische Ent- salzungsprozesse wie Mehrstufendestillation (Multi- Effect-Distillation - MED) verwendet werden kann. Das Kühlsystem des Stromprozesses kann durch eine Destillationsgruppe ersetzt werden, die die gesamte Abwärme der Turbine nutzt (siehe Schema b)). Da die optimale Temperatur für den Betrieb der MED-Anlage bei 70°C liegt, wird der Dampf in diesem System nicht auf die Minimaltemperatur expandiert (abhängig von Kühlsystem- und Umgebungstemperatur), auf Kosten der Stromproduktion. Eine alternative Konfiguration, die es erlaubt die Abwärme auf die minimal mögliche Temperatur zu expandieren, ist die Integration der MED-Gruppe in den Stromerzeugungsprozess, indem Dampf mit höherer Enthalpie von der Turbine abgezogen und in einem thermischen Dampfkompressor eingesetzt wird, der die Abwärme der Turbine auf das für den MED- Prozess erforderliche Niveau anhebt (siehe Schema c)). In diesem Fall wird die Effizienz der Stromproduktion durch den Entzug von Dampf verringert. Ein Teil des Kühlbedarfs wird durch die MED-Einheit abgedeckt. Zuletzt kann auch eine TVC (Thermal Vapour Compression)-MED-Einheit mit höherer Leistung ver- wendet werden, die Dampf von der Turbine verwendet. Diese verursacht zwar eine Effizienzeinbuße in der Stromproduktion, verringert aber auch den Kühlbe- darf der Turbine (siehe Schema d)). Die Wahl der passendsten Konfiguration für die Kom- bination von Stromerzeugung mittels CSP und Entsal- zung kann aufgrund der technisch-wirtschaftlichen Effizienz getroffen werden, unter Berücksichtigung der Energieeffizienz der Entsalzungsanlage aber auch der Wahl des Kühlsystems und der Umgebungs- bedingungen, die die Abnahme der Stromproduktion bestimmen. Auch der Strombedarf der Entsalzungs- anlage, der im Fall von Umkehr-Osmose von den Eigenschaften des Meerwassers abhängig ist, ist für die Beurteilung wesentlich. Die Analyse erfordert kombinierte Modelle von Strom- prozess und Entsalzungsanlage. Die Forschungsinfra- struktur von PSA hat eine 14-Stufen-MED-Pilotanlage zur Verfügung - eine der effizientesten thermischen Entsalzungsanlagen, die derzeit betrieben werden und für die Evaluation der Modelle in den Analysen entwickelt wurde. Außerdem werden Simulationen mit vielfältigen Randbedingungen durchgeführt. Ein Beispiel der Ergebnisse der Simulationen zeigt die Abbildung, in der die Annuitäten für Wasser (leve- lized cost of water – LCOW) und Strom (levelized cost of electricity – LCOE) für eine kombinierte CSP und Entsalzungsanlage in Abu Dhabi berechnet wurden. Die Schemata zeigen mögliche Varianten der Kombination von CSP (concentrated solar power) mit Entsalzung. a) Direkte Kombination mit Umkehr-Osmose b) Mehrstufen-Destillation (MED), wobei die Destillationsanlage direkt im Kühlkreis eingebaut wird c) Mehrstufen-Destillation mit TVC (Thermal vapour compression) unter Verwendung von Abwärme; ein Teil des Dampfes wird bei höherer Enthalpie aus dem Stromprozess ausgekoppelt d) TVC-MED; Auskopplung des Dampfes aus der Turbine c) Kombination mit CSP (Concentrated Solar Power) d) a) b) RO plant … Umkehrosmoseanlage Cooling system … Kühlturm MED plant … Mehrstufendestillations- anlage TVC-MED plant … Thermische Dampf- kompression- Mehrstufen- destillationsanlage TS … Dampftemperatur