Messung der Feuchtigkeit in der Wärmeträgerflüssigkeit von solarthermischen Kraftwerken

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Solarthermische Kraftwerke nutzen die von der Sonne erzeugte Wärme zum Antrieb von Turbinen. Für die Sicherheit ist es wichtig, dass sich keine Feuchtigkeit im Wärmeträgerrohr befindet.

Eine neue Methode der Stromerzeugung zeichnet sich ab: Sie nutzt die Sonnenenergie nicht für Photovoltaikzellen, sondern für den indirekten Antrieb von Turbinen.

Dies funktioniert durch den Einsatz von Arrays aus Hohlspiegeln, die die Sonnenenergie auf ein Rohr reflektieren, das im Brennpunkt des Spiegelarrays zentriert ist. Die Röhre besteht aus zwei Glasschichten, einer abgedunkelten inneren Röhre zur Absorption der Wärme, umgeben von einer klaren Glasröhre, die für eine gleichmäßige Verteilung der Wärme über den gesamten Umfang des Wärmeträgerrohrs sorgt. Das zentrale Rohr ist mit einer Mischung aus Biphenyl/Diphenyloxid gefüllt. Diese Flüssigkeit ähnelt in Viskosität, Aussehen, Wärmekapazität und anderen Eigenschaften dem Wasser, abgesehen von ihrem Gefrierpunkt, der bei etwa 20 °C liegt, und, was für den Verwendungszweck noch kritischer ist, einem Siedepunkt von annähernd 300 °C. Dies verleiht ihr ideale Eigenschaften, um die von den Solaranlagen erzeugte Wärme zu übertragen, vorausgesetzt, dass die Flüssigkeit in kühlen Nächten nicht gefrieren darf. So wird die Flüssigkeit nachts auf einer Temperatur von ca. 60°C gehalten.

Die Spiegelanordnungen sind so konzipiert, dass sie die Wärme, die von den Solarzellen erzeugt wird, übertragen.

Die Spiegelfelder sind in Reihen angeordnet, und die Übertragungsflüssigkeit fließt in einer Schleife um sie herum zu einem Kraftwerk in der Mitte des Geländes. Die Stromerzeugung erfolgt über eine konventionelle Dampfturbine, der Dampf wird über Wärmetauscher erzeugt, während weitere Wärmetauscher, die in Salzsole-Tanks eingetaucht sind, tagsüber überschüssige Wärme auffangen, um die Stromerzeugung nachts fortzusetzen und gleichzeitig die Schleifentemperatur über dem Gefrierpunkt der Flüssigkeit zu halten. Durch die unmittelbare Nähe zum Wasser an zwei Stellen des Prozesses besteht ein erhebliches Potenzial für das Eindringen von Feuchtigkeit in den Flüssigkeitskreislauf.

Der Zweck der Feuchtemessung ist es, das Risiko von Dampftaschen im Zirkulationskreislauf zu vermeiden, die durch eine hohe Konzentration an gelöster Feuchtigkeit im Biphenyl/Diphenyloxid-Gemisch entstehen. Die Überlegung dahinter ist, dass, wenn bei den 60°C-Nachttemperaturen eine Feuchtigkeitssättigung in der Flüssigkeit auftritt, das abgetrennte flüssige Wasser verdampfen würde, wenn die Temperatur für den Tagesbetrieb ansteigt, wodurch unter Druck stehende Dampftaschen entstehen. Die Gefahr besteht darin, dass das Auftreten solcher Dampftaschen einen erheblichen Druckanstieg innerhalb des Flüssigkeitskreislaufs verursachen kann, was zu Leckagen und dauerhaften Schäden führt. Im eigentlichen Anlagenbetrieb wird die Feuchtigkeit im Fluid beim Durchlaufen eines Dampfabscheiders abgekocht. Der dabei entstehende Dampf wird an Kondensatoren weitergeleitet.

Um jedoch die Effizienz des Dampfabscheiders zu gewährleisten und sicherzustellen, dass der Feuchtigkeitsgehalt des Fluids keine Werte erreicht, die zu Schäden führen könnten, ist es entscheidend, den Feuchtigkeitsgehalt des Wärmeträgermediums kontinuierlich zu überwachen.