Solar Thermo Electric - Magaldi STEM®

Um mit der Photovoltaik wettbewerbsfähig zu bleiben, umfasst die CSP- und CST-Technologie (Concentrated Solar Power / Concentrated Solar Thermal) ein thermisches Speichersystem, das die Energie nach Bedarf liefert.
Der Einsatz von TES in CSP/CST-Anlagen ermöglicht die Produktion von Strom und Wärmeenergie auch nach Sonnenuntergang, wodurch die Technologie einen größeren Anteil am Energiemix einnehmen kann.
Fast alle neuen CSP/CST-Anlagen, die in Betrieb oder im Bau sind, sind mit einem TES-System ausgestattet.
Magaldi hat die STEM®-Technologie entwickelt und patentiert, um sowohl elektrische als auch thermische Energie aus Sonnenstrahlung zu erzeugen. Dieses System, dessen erwartete Nutzungsdauer mehr als 30 Jahre beträgt, hat alle Voraussetzungen, um eine entscheidende Rolle im globalen Dekarbonisierungsprozess zu spielen.

Arbeitsprinzip

Das STEM®-CSP/CST-System integriert ein Feststoffpartikel-TES-System, um auch an bewölkten Tagen und in den Stunden nach Sonnenuntergang oder vor Sonnenaufgang Energie zu erzeugen.
Die Sonnenstrahlung wird durch ein Heliostat-Sonnenfeld eingefangen, auf einen Sekundärreflektor konzentriert (Strahl nach unten) und auf den Wirbelschichtempfänger fokussiert. Letzteres besteht aus isolierten Tanks, die Quarzsand enthalten, der verwirbelt und auf Temperaturen über 600 °C erhitzt wird. Der Wirbelschichtreceiver funktioniert wie ein TES-System und speichert effektiv die solare Wärmeenergie, die bei Bedarf zur Dampf- oder Stromerzeugung entnommen werden kann.

Quarzsand gegenüber geschmolzenen Salzen

In CSP/CST-Anlagen mit TES werden in der Regel geschmolzene Salze verwendet, die jedoch einige harte Grenzen haben.
Magaldi hat sein System auf einem anderen Material aufgebaut. Die Verwendung eines kostengünstigen und lokal verfügbaren Speichermaterials wie Quarzsand ist ein Schlüsselfaktor für das STEM®-CSP/CST-System.
Der Sand ermöglicht die Überwindung der Grenzen, die bei geschmolzenen Salzen bestehen, aufgrund:

• Der Fähigkeit, höhere Temperaturen zu erreichen: Die Schmelztemperatur von Quarzsand liegt bei ca. 1500°C und bis zu diesem Punkt behält er seine thermophysikalischen Eigenschaften ohne eine begrenzte Anzahl von Zyklen bei.
• Der kompakten Bauweise: Der Solarreceiver, der Wärmetauscher und der Wärmespeicher sind in einem einzigen Gerät integriert. Das Ergebnis ist ein kleines System mit geringem Platzbedarf, ideal für Industriekomplexe. 

Hauptsächliche Anwendungen

STEM®-CSP/CST kann vor allem für die Erzeugung verwendet werden:

• Elektrische Energie. Der erzeugte Dampf wird zum Antrieb einer Dampfturbine verwendet. Dank der extrem hohen Temperaturen, die das Sandbett erreicht, ist es möglich, anstelle des klassischen Dampfkreislaufs einen überkritischen CO2-Brayton-Kreislauf einzusetzen;
• Thermische Energie. Die aus der Sonneneinstrahlung gewonnene Wärme wird zur Erzeugung von Dampf oder Heißluft für die direkte Nutzung in industriellen Wärmeprozessen verwendet.

Die Erzeugung von elektrischer und thermischer Energie kann gleichzeitig durchgeführt werden.

Die Einsatzmöglichkeiten von STEM®-CSP/CST sind vielfältig und machen es zu einer idealen Lösung für den dezentralen Energiebedarf von morgen, da es den Nutzer bei Bedarf mit thermischer Energie und Dampf für zivile (Energie, Wärmeerzeugung und -speicherung), landwirtschaftliche (Dampf, sauberes Wasser durch Entsalzung) und industrielle Zwecke versorgen kann.
Sie kann daher eine schnelle Lösung sein, um die lokale Entwicklung in Randgebieten und netzfernen Gemeinden zu fördern, ohne auf kostspielige und große Verteilungsleitungen und -netze angewiesen zu sein.