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entdeckt_02_2013

Titel// Das Forschungsmagazin aus dem HZDR WWW.Hzdr.DE 04 05 von mehr als einem halben Kilometer liefern die gebündelten Sonnenstrahlen Energie in die Flüssigkeit, die jetzt aber nicht mehr die Temperatur erhöht, sondern immer mehr Flüssigkeit in Wasserdampf verwandelt. Erst nach rund einem dreiviertel Kilometer ist das Wasser vollständig verdampft. Die restlichen gut 200 Meter heizen die Sonnenstrahlen diesen Dampf dann weiter auf. Je höher nämlich die Temperatur ist, umso effizien- ter arbeitet die Turbine, umso höher ist der Wirkungsgrad und damit die Ausbeute an Elektrizität. Die Tücke aber steckt im mittleren halben Kilometer, in dem aus einer Mischung von Wasser und Dampf zunehmend mehr Dampf entsteht. „In dieser Strömung aus zwei Phasen können aus verschiedenen Gründen Instabilitäten auftreten“, erklärt Alexander Hoffmann. Im einfachsten Fall passiert das, wenn nach längerer Zeit die Sonne wieder durch die Wolken dringt. Dadurch erreicht mehr gebündelte Sonnenenergie das Rohr, verdampft mehr Wasser und verkürzt so die Strecke, auf der beide Phasen unterwegs sind. Die Ingenieure können sich noch eine ganze Reihe von Möglichkeiten vorstellen, wie solche Instabilitäten entstehen, die das Material belasten und damit seine Haltbarkeit verkürzen können. Schlimmer noch: Möglicherweise entstehen Instabilitäten, die bisher noch gar nicht beobachtet wurden. Kerntechnisches Know-how für Sonnenkraftwerke Um die Vorgänge besser zu verstehen, kann man die Strö- mungsverhältnisse in der Mischung aus Wasser und Dampf im Computer simulieren. Dafür eine Software zu entwickeln, würde den Rahmen einer Doktorarbeit allerdings bei weitem sprengen. Die Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit GRS in Garching bei München hat jedoch eine Simulations- software für ein ganz anderes, aber sehr ähnliches Problem bereits entwickelt und erfolgreich angewendet. Strömungen aus den beiden Phasen Wasser und Dampf können nämlich auch im Kühlkreislauf eines Kernkraftwerkes zirkulieren. Auf diese GRS-Software ATHLET greifen die HZDR-Ingenieure zu- rück. Sie kennen schließlich sowohl die Simulationsprogram- me wie auch die Abläufe in Kernkraftwerken sehr gut. Genau auf diesen Know-how-Transfer gründet Alexander Hoffmann seine Forschung. Dabei will er allerdings nicht nur herausbekommen, ob es noch nicht beobachtete Instabilitäten gibt. Vor allem möch- te er untersuchen, in welchen Bereichen ein zuverlässiger Betrieb möglich ist. Darüber hinaus könnte man die Software auch nutzen, um das gesamte Sonnenkraftwerk besser zu re- geln. Mit diesem Wissen, das Forscher am DLR zum Teil auch noch in praktischen Experimenten testen, sollten sich dann Parabolrinnen-Kraftwerke nicht nur besser, sondern auch preiswerter betreiben lassen. Kontakt _Institut für Ressourcenökologie im HZDR Alexander Hoffmann alexander.hoffmann@hzdr.de _Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Institut für Solarforschung Dr.-Ing. Tobias Hirsch tobias.hirsch@dlr.de KRAFTWERK MAL ANDERS: Bei Parabolrinnen-Kraftwerken wird die Sonnenstrahlung auf ein Absorber-Rohr im Fokus des Spiegels konzentriert. Die Wärmeenergie im Rohr wird wei- tergeleitet, mit ihrer Hilfe wird Wasserdampf zum Antrieb einer Turbine erzeugt. Foto: DLR

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