Pumpen für die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien - Sulzer
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ERNEUERBARE RESSOURCEN
Bewährte Konzepte und neue Technologien im Kampf gegen die Energiekrise
Pumpen für die Stromerzeugung
aus erneuerbaren Energien
Weltweit haben sich Länder dazu verpflichtet, den aus erneuerbaren Energien erzeugten
Stromanteil bis zum Jahr 2020 deutlich zu erhöhen. Sulzer Pumps unterstützt diese Ziele
mit maßgeschneiderten Pumpenlösungen und Serviceleistungen für Solarthermie- und
Geothermie-Kraftwerke sowie neuen Konzepten für die Speicherung der aus erneuer-
baren Quellen gewonnenen elektrischen Energie.
V
erschiedene erneuerbare Energie- Energie von der Sonne in einer Dampfturbine Strom zu erzeugen.
quellen werden dazu beitragen, Die Umwandlung von Sonnenenergie in Die wachstumsstarke CSP-Technologie
die erwartete Nachfrage nach sau- Elektrizität erfordert ein hohes Maß an erfordert eine starke direkte Sonnen-
berem Strom zu decken. Die meisten Sze- technischem Know-how. Photovoltaik- einstrahlung und wird von Energie-
narien gehen von einer beträchtlichen zellen und solarthermische Systeme (Con- versorgungsunternehmen vornehmlich
Zunahme der Stromerzeugung aus Wind- centrated Solar Power, CSP) sind die am in großen zentralen Anlagen eingesetzt.
kraft, Sonnenenergie, Biomasse und Erd- häufigsten für die kommerzielle Strom- In CSP-Anlagen werden Pumpen be-
wärme aus. Davon hat die Sonnenergie erzeugung genutzten Technologien. Wäh- nötigt, um das Arbeitsmedium durch das
das größte theoretische Potenzial, denn rend Photovoltaikmodule das Sonnenlicht Solarfeld zu transportieren und zu spei-
die Sonne gibt stündlich so viel Energie direkt in Elektrizität umwandeln, bündeln chern. Darüber hinaus werden im Kraft-
an die Erde ab, wie die Menschheit in CSP-Systeme das Sonnenlicht, um ein werksblock Kondensat-, Speisewasser-
einem Jahr benötigt. Arbeitsmedium zu erwärmen und damit und Kühlwasserpumpen eingesetzt.
Das Zentralturm-Kraftwerk Gemasolar von Torresol Energy in der spanischen Provinz Sevilla mit einer Nennleistung von 19,9 MW ist das erste Kraftwerk dieser Art,
das Flüssigsalz als Wärmespeichermedium nutzt. Die Speicherkapazität der Anlage reicht aus, um 15 Stunden ohne Sonnenlicht Strom zu produzieren.
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ERNEUERBARE RESSOURCEN
1 BBS-Pumpen als Hauptumwälzpumpen für das Wärmeträgerfluid. Dichtungslose ZEM/OHM-Pumpen als Hilfsumwälzpumpen für das
Wärmeträgerfluid.
Maßgeschneiderte Pumpen für Hocheffiziente Zentralturm- schaftlichen Wert für Betreiber sicherstellt.
Parabolrinnen-Kraftwerke Kraftwerke Alternativ können CSP-Kraftwerke
Die am weitesten verbreitete CSP-Tech- Mit der sogenannten Zentralreceiver- Wärmespeicher einsetzen, um die Grund-
nologie sind Parabolrinnen-Systeme, bei Technologie können höhere Temperaturen last ohne zusätzlichen Brennstoffbedarf
denen das Sonnenlicht durch lange, und höhere Wirkungsgrade erreicht zu decken. Aufgrund ihrer hohen spezi-
rinnenförmige Spiegel auf thermisch werden als mit Parabolrinnen-Anlagen. fischen Wärmekapazität werden in CSP-
effiziente Absorberrohre gebündelt wird, Mehrere kreisförmig angeordnete, beweg- Anlagen heute zunehmend Flüssigsalze
die entlang der Brennlinie der Spiegel liche Spiegel (sogenannte Heliostate) als Wärmespeichermedium oder als pri-
verlaufen. Die Rohre sind mit einem bündeln das Sonnenlicht auf einen zen- märe Wärmeträgerfluide eingesetzt. Mit
Wärmeträgermedium (z.B. Wärmeträger- tralen Absorber, der sich in einem Turm einem entsprechenden Wärmespeicher-
öl) gefüllt, das auf 285–310 °C erwärmt befindet. Darin wandelt ein Wärme- reservoir kann eine CSP-Anlage auch
wird. Einstufige Horizontalpumpen trans- trägermedium die Sonnenenergie in nach Sonnenuntergang für etwa 6 bis 8
portieren das Wärmeträgermedium durch thermische Energie um. Diese erzeugt Stunden weiter Strom produzieren.
Wärmetauscher, in denen Heißdampf Heißdampf, der anschließend in einer
erzeugt wird. herkömmlichen Dampfturbine Strom Pumpen für den Einsatz bei hohen
Sulzer fertigt verschiedene Pumpen- produziert. Als Wärmeträgermedium Temperaturen
typen für diesen Prozess: kann Wasser bzw. Dampf oder Flüssigsalz In Zentralturm-Kraftwerken mit Flüssig-
• Fliegend gelagerte ZF-Pumpen verwendet werden. Zentralturm-Kraft- salz-Wärmespeicher können die Fluid-
(Single Stage Process Pumps) werke erreichen höhere Temperaturen temperaturen bis zu 570 °C betragen. In
• BBS-Pumpen (Between Bearings Single als andere CSP-Systeme und somit auch vergleichbaren Parabolrinnen-Kraftwer-
Stage Pumps) , doppelflutige HZB-
1 bessere Wirkungsgrade. Die Arbeits- ken liegen die Temperaturen bei etwa
Pumpen (Double Suction Volute temperatur in einer solchen Anlage liegt 400 °C. Die Konstruktion von Pumpen
Pumps) bei 500–600 °C, was die Erzeugung von für diese hohen Temperaturen erfordert
Der Dampf wird anschließend in überkritischem Dampf und somit eine eine umfangreiche Abstimmung der
einem herkömmlichen Dampfturbinen- höhere Effizienz des Wärmekreislaufs Materialien und der Anlagentechnologie
generator in elektrische Energie um- ermöglicht. sowie ein aufwändiges Engineering.
gewandelt oder in einem kombinierten Um das Flüssigsalzsystem zu verein-
Dampf- und Gasturbinenkreislauf ge- Stromerzeugung in der Nacht fachen, werden heute bevorzugt in Tanks
nutzt. Die Konstruktion der Wellendich- CSP-Anlagen erzeugen Strom bei direkter montierte Vertikalpumpen eingesetzt.
tung der Pumpen ist von entscheiden- Sonneneinstrahlung. Doch durch die Dadurch kann auf Pumpensümpfe,
der Bedeutung, um Absperrventile, Füllstandmesstechnik
einen zuverlässigen Sulzer Pumps hat umfassende Erfahrung in und entsprechende Heiztechnik verzich-
Betrieb sicherzustel- Wärmeträgerfluid-Anwendungen. tet werden. Außerdem werden Wärme-
len und ein Austre- verluste reduziert, und der Abfluss des
ten des gefährlichen und leicht entzünd- Integration geeigneter Wärmespeicher Dampferzeugersystems kann direkt in
lichen Wärmeträgeröls zu verhindern. ist auch eine Stromerzeugung in der den Tank geführt werden.
Die Erfahrung von Sulzer Pumps mit Nacht oder bei anhaltender Bewölkung Die Sulzer Pumpen vom Typ SJT-VCN
Wärmeträgerfluid-Anwendungen rei- möglich. Die meisten heutigen CSP- 2 für die Zirkulation von Flüssigsalz in
chen zurück bis in die 1980er Jahre, als Anlagen verfügen zusätzlich über eine Parabolrinnen-Anlagen verwenden die
die ersten Parabolrinnen-Kraftwerke in erdgasbefeuerte Dampferzeugung. Damit gleiche Hydraulik wie die SJT-Reihe.
der kalifornischen Mojave-Wüste in können diese Anlagen jederzeit die Die vertikalen Schraubenradpumpen
Betrieb genommen wurden. Grundlast decken, was einen hohen wirt- mit hoher Fördermenge und mittlerer
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von 16 bar und kann bei Temperaturen Welche erneuerbaren
Maximaldruck:
bis 16 bar/230 psi bis 400 °C betrieben werden. Energiequellen gibt es?
Seit 1985 liefert Sulzer Pumps Pum-
Maximaltemperatur: Wasserkraft: Wasserkraftwerke nutzen
bis 400 °C /750 °F pen für Zentralturm-, Parabolrinnen-, die Energie von bewegtem Wasser.
Linear-Fresnel- sowie kombinierte Gas- Biomasse: Die in organischer Materie
und Dampfturbinen und Solarthermie- gespeicherte Energie wird direkt – in
Kraftwerke (Integrated Solar Combine Form von Wärme oder Strom – frei-
Wärmeisolierte Rücklauf zum Cycle, ISCC). Bis heute hat das Unterneh- gesetzt oder in flüssigen Biokraft-
Lösung Salztank stoff oder brennbares Biogas umge-
men weltweit über 450 Pumpen für mehr wandelt.
als 25 CSP-Projekte bereitgestellt. Windkraft: Die kinetische Energie von
Luftströmungen treibt Rotorblätter zur
Segmentlager Energie aus der Erde Stromerzeugung an.
Drosselbuchse
Erdwärme hat ihren Ursprung in der Geothermie: Die in natürlichen Lager-
Balg stätten in der Erde gespeicherte
Verdichtung von Staub und Gas bei der
Wärmeenergie wird zur Strom-
Entstehung der Erde vor über 4 Milliarden erzeugung in Dampfkraftwerken ge-
Flansch am Jahren. Die Wärme des Erdkerns strömt nutzt.
Salztank kontinuierlich gegen den festen Erd-
Sauglaufrad Photovoltaik: Solarzellen enthalten
Schirm zur mantel. Wenn der Druck und die Tem- ein photovoltaisches Material, mit
Sieb
Optimierung der dessen Hilfe Sonnenenergie direkt in
Tauchtiefe peraturen hoch genug sind, schmilzt das
Strom umgewandelt wird.
Tankboden Gestein des Erdmantels zu flüssiger
Solarthermie: Spiegel bündeln die
Magma, die langsam zur Erdkruste auf- Wärmeenergie der Sonnenstrahlung
steigt und die Wärme nach oben trans- zur Erzeugung hoher Temperaturen für
portiert. Die Geothermietechnik nutzt die Stromerzeugung.
Minimaler Abstand zum Tankboden die im Gestein und in eingeschlossenen Meeresenergie: Die Energie des
2 Flüssigsalz-Umwälzpumpe SJT-VCN für Parabolrinnen-Kraftwerke. Dämpfen oder Flüssigkeiten (wie Wasser Ozeans in Form von Gezeiten, Wellen,
Meereswärme, Meeresströmungen,
oder Sole) gespeicherte Energie – ent- Meereswinden und Salzgradienten
weder zur Stromerzeugung oder zu Heiz- dient zur Stromerzeugung.
bis hoher Förderhöhe sind darauf aus- zwecken.
gelegt, die Anforderungen eines hohen Für die Stromerzeugung ist eine Fluid- Fluid bei geringerem Druck verdampft
Wirkungsgrads, einer geringen Tauchtiefe temperatur von über 100 °C erforderlich. und in einer Gegendruckturbine zur
und einer minimalen Haltedruckhöhe Durch Anbohren geothermischer Lager- Stromerzeugung genutzt. Der Nieder-
(NPSH) in Einklang zu bringen. stätten gelangen die Fluide an die Ober- druckdampf, der die Turbine verlässt,
Die SJT-VCN, die für die Zirkulation fläche, wo sie in geo-
kalter und heißer Medien sowie für thermischen Kraft- Sulzer bietet seit 1982 Pumpenlösungen für
Drainage- und Salzschmelzanwendungen werken zur Strom- geothermische Anlagen an.
geeignet ist, erreicht einen Maximaldruck erzeugung genutzt
werden. Heute existieren mehrere Tech- kann in einem weiteren (binären) System
nologien für geothermische Anlagen. Die kondensiert werden. Neue Technologien
weltweit installierte geothermische wie EGS (Enhanced Geothermal System)
Wussten Sie, dass … Erzeugungsleistung beträgt rund befinden sich zurzeit in Australien und
10,7 GWe, die jährliche Stromproduktion den USA in der Entwicklung.
… die erforderliche neue Stromerzeugungskapazität bis zum
Jahr 2035 bis zur Hälfte durch erneuerbare Energien gedeckt liegt bei 67,2 TWhe .1 Seit 1982 arbeitet Sulzer Pumps mit
wird, wenn Regierungen weltweit ihre bestehenden Kunden an der Entwicklung zuverlässiger
Absichten umsetzen? Umfangreiches Portfolio für geo- und kostengünstiger Pumpenlösungen
Die Tabelle zeigt die Stromerzeugungskapazität in GW, die
thermische Anlagen für die geothermische Stromerzeugung.
laut dem «New Policies Scenario» des World Energy
Outlook 2011 installiert werden muss. Dieses Szenario geht Es gibt verschiedene Arten von geother- Das umfangreiche Produkt- und
von einer sorgfältigen Umsetzung der jüngsten regierungs- mischen Kraftwerkstechnologien. In Serviceportfolio umfasst unter anderem
politischen Verpflichtungen aus – auch wenn diese noch nicht Trockendampfanlagen (Dry-Steam) wird die SJT Geo, eine vertikale Bohrloch-
durch konkrete Maßnahmen gesichert sind.
unter Druck stehender, überhitzter pumpe für Bohrlochtiefen von bis zu
Elektrische Leistung (GW) 2009 2015 2020 2035 Dampf, der mit hoher Geschwindigkeit 650 m, die speziell für die geothermische
Wasserkraft 1007 1152 1297 1629
an die Oberfläche gelangt, zur Strom- Wasserförderung bei geringen Lagerstät-
Biomasse und Abfall 53 75 109 244
Windkraft 159 397 582 1102 erzeugung direkt durch eine Dampf- tentiefen konzipiert wurde. Darüber
Geothermie 11 15 20 41 turbine geleitet. In sogenannten Flash- hinaus bietet Sulzer Pumps Pumpen
Photovoltaik 22 112 184 499 Steam-Anlagen, Binary-Cycle-Anlagen zur Kondensat- und Soleinjektion sowie
Solarthermie 1 7 14 81
oder kombinierten Flash/Binary-Cycle- Pumpen für den thermischen Erzeu-
Meeresenergie 0 0 1 17
Anlagen 3 wird das heiße geothermische gungskreislauf an.
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Flexible Energiespeicherung eine Turbine wieder in das untere Becken fikante Erhöhung der Netzkapazität
Der zunehmende Anteil von unbestän- geleitet und so der tägliche Kapazitäts- erforderlich ist. Dies wiederum hilft
digen erneuerbaren Energiequellen wird faktor des Erzeugungssystems verbes- Netzbetreibern, die kaum steuerbare
sich erheblich auf den Betrieb von Strom- sert. Stromerzeugung aus erneuerbaren Ener-
netzen auswirken. Mit der geplanten gien besser einzusetzen.
Erhöhung des Anteils an erneuerbarem Neues Konzept für Pumpspeicher-
Strom am weltweiten Strommix auf 20% werke Sulzer unterstützt die Nutzung
bis zum Jahr 2020 wird auch der Anteil Anfang des 20. Jahrhunderts gehörte erneuerbarer Energien
an unbeständiger, nicht steuerbarer Sulzer zu den ersten Anbietern von Aus- Um den durchschnittlichen globalen
Erzeugungskapazität steigen, was rüstungen für Pumpspeicherwerke. Auf Temperaturanstieg auf 2 °C zu begrenzen,
umfangreiche Speicherkapazitäten erfor- der Grundlage dieser Erfahrung hat wird der aus erneuerbaren Energien
derlich macht. Technologien, die hierzu Sulzer Pumps ein neues Konzept für erzeugte Stromanteil in den nächsten Jah-
in Frage kommen, sind Druckluftspeicher Pumpspeicherwerke entwickelt, das für ren deutlich zunehmen. Sulzer Pumps
(CAES, Compressed-Air Energy Storage), die Anforderungen des 21. Jahrhunderts arbeitet kontinuierlich an der Entwicklung
Gruppen von Batterien von Elektrofahr- ausgelegt ist. innovativer Lösungen, welche die Anfor-
zeugen, Wasserstoffherstellung durch Kleine, dezentrale Pumpspeicherwerke derungen der Schlüsseltechnologien im
Elektrolyse sowie Pumpspeicherwerke. mit rückwärts laufenden Kreiselpumpen, Bereich erneuerbare Energien erfüllen
In einem Stromnetz mit einem hohen die eine schnelle Reaktion auf Lastver- und zu diesem Umbruch beitragen.
Anteil von Wind- und Solarkraftwerken änderungen ermöglichen, werden eine Pumpen von Sulzer sind sowohl in
kann die erzeugte Solarthermie-, Geothermie- und Bio-
Strommenge den Sulzer bietet komplette Systemlösungen mit massekraftwerken als auch in Pump-
aktuellen Bedarf zeit- modernster Pumpentechnik für die Strom- speicherwerken im Einsatz. Darüber
weise übersteigen, erzeugung aus erneuerbaren Energien an. hinaus bietet Sulzer Pumps Lösungen
sodass Strom aus für die CO2-Abscheidung und -Speiche-
dem Netz entnommen werden muss, wichtige Rolle in gemischten Stromver- rung (CCS, Carbon Capture and
um die Frequenz stabil zu halten. Pump- sorgungssystemen spielen. Die installierte Storage).
speicherwerke, in denen Wasser zwischen Leistung dieser Anlagen ist zwar geringer
Speicherbecken auf unterschiedlichen als die von herkömmlichen Pump-
Höhen bewegt wird, stellen die effizien- speicherwerken, doch der Einsatz meh- Shamila Streit
Key Account Manager Renewable Power
teste Möglichkeit für eine Energie- rerer solcher Einheiten zur Regulierung Sulzer Pumps AG
speicherung im großen Maßstab in einem eines größeren Wind- oder Solarparks Zürcherstraße 12
8401 Winterthur
Stromnetz dar. In Zeiten mit geringem hilft dabei, eine optimale Nutzung erneu- Schweiz
Bedarf wird die überschüssige Erzeu- erbarer Energien zu gewährleisten. Diese Telefon +41 52 262 39 71
shamila.streit@sulzer.com
gungsleistung dazu verwendet, Wasser neuen Pumpspeicheranlagen ermögli-
in das höher gelegene Becken zu pumpen. chen die Nutzung von überschüssigem Literaturhinweise
1 IEA – Renewable Energy Markets & Prospects
Steigt der Bedarf, wird das Wasser über Regenerativstrom, ohne dass eine signi- by Technology.
3 Geothermie-Kraftwerk nach dem Flash/Binary-Cycle-Prinzip.
Geothermischer Block Kraftwerksblock Kühlturm
Trockendampf
Abscheider
Generator
Turbine für
Dampfturbine organischen
Dampf
Verdampfer
Nassdampf Kondensator
Heiße Sole Organisches Fluid
Kühlwasserpumpe
Vorwärmer Umwälzpumpe für organisches Fluid
Förderbohrloch
Kalte Sole Injektions-Bohrloch
Deckgestein Sole-Reinjektionspumpe
Förderpumpe
185 °C < T < 220 °C Lagerstätte
2 km
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