Verbundvorhaben: SolarFuelNow - Effiziente Regelung solarer Kraftstoffproduktion mit DNI Nowcasts; Teilvorhaben: Modellierung einer Multikammeranlage zur Brennstofferezugung bei Wolkendurchzug und Demonstration ihrer modellbasierten Regelung am Multifokusturm Jülich
Zeitraum
2020-09-01 – 2023-12-31
Bewilligte Summe
702.406,00 EUR
Ausführende Stelle
Förderkennzeichen
03EE5042A
Leistungsplansystematik
Sonstige Technologien [EB2180]
Verbundvorhaben
01213674/1 – SolarFuelNow - Effiziente und sichere Produktion solarer Brennstoffe unter Einbeziehung von DNI-Vorhersagen
Zuwendungsgeber
Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK.IIB5)
Projektträger
Forschungszentrum Jülich GmbH (PT-J.ESE5)
Förderprogramm
Energie
Mit solarchemischen Hochtemperaturprozessen können u.a. Brennstoffe nachhaltig erzeugt werden, z.B. Kerosin für den Flugverkehr oder Wasserstoff. In einem möglichen Verfahren wird ein Redoxmaterial zunächst mit konzentrierter Solarenergie reduziert. Dann wird es wieder von Wasserdampf, Kohlendioxid oder einer Mischung dieser Gase oxidiert, wobei jeweils Wasserstoff, Kohlenmonoxid oder Synthesegas entsteht. Das Synthesegas dient als Grundstoff von Kerosin und anderen flüssigen Kraftstoffen. Die chemischen Prozesse haben bestimmte Anforderungen an konzentrierende Solarsysteme: Die vom Heliostatfeld zur Verfügung gestellte Leistung muss entsprechend der gewünschten Reaktionsführung geregelt werden. Eine hochskalierte Anlage wird aus mehreren Reaktoren bestehen, in denen jeweils Teilprozesse ablaufen. Ein Unterschreiten der oft sehr hohen Zieltemperaturen in den jeweiligen Kammern kann aufgrund der Nichtlinearität der chemischen Reaktionen zu erheblichen Wirkungsgradeinbußen führen und den Prozess damit unwirtschaftlich machen. Hier soll nun eine neuartige modellprädiktive Mehrgrößenregelung (MPR) entwickelt werden, die in das Heliostatfeldleitsystem in Jülich integriert wird. Die Heliostatzielpunktzuordnung zu den jeweiligen Kammern und die Massenströme sollen optimiert werden, um eine sichere und hohe Brennstoffproduktion zu erreichen. Die Regelung soll Vorhersagen der Direktstrahlung auf das Heliostatfeld berücksichtigen, die durch ein Wolkenkamerasystem erstellt werden. Dieses wurde in den BMWi-Projekten Wobas und Wobas A entwickelt, muss jedoch für die MPR solarchemischer Prozesse im Hinblick auf zeitliche Auflösung, Genauigkeit und Spezifikation der Unsicherheit verbessert werden. Abschließend soll das gesamte System anhand einer Kombination aus einer realen Reaktorkammer und mehreren günstigen Reaktorattrappen in Jülich erprobt und die Erhöhung der Wasserstoffproduktion durch die Einbeziehung der MPR und des Wolkenkamerasystems quantifiziert werden.