Strom aus der Wüste ist längst keine Vision mehr, sondern selbst in Europa Realität. So produzieren drei Parabolrinnen-Kraftwerke im Komplex „Andasol“ in der südspanischen Provinz Granada Strom aus Solarthermie. Allein das Kraftwerk Andasol 3 umfasst eine Fläche von rund zwei Quadratkilometern und besteht aus rund 205.000 Parabolspiegeln. Zusammen mit den baugleichen Anlagen Andasol 1 und 2 gehört Andasol zu den größten solarthermischen Anlagen weltweit.

Durch Konzentration der direkten Sonnenstrahlung werden so hohe Temperaturen in den Parabolrinnen erreicht, dass die Wärme-Energie in Dampfturbinen genutzt werden kann. In allen drei Solarkraftwerken von Andasol finden sich Messgeräte der Firma Vega.

Ein Einsatzort ist beispielsweise der Expansionsbehälter für das Wärmeträgerfluid. In den Solarthermie-Anlagen transportiert ein spezielles Wärmeträgermedium die produzierte Wärme vom Spiegel-System zur Dampfturbine. Das Fluid ist ein temperaturbeständiges, synthetisches Öl mit einem Temperaturbereich zwischen +300 und +400 °C. Diese große Temperaturspanne, die unter anderem durch die Wärmeverluste im großen Leitungssystem begründet ist, führt zu starken Volumenänderungen des Wär-meträgermediums. Expansionsbehälter gleichen diese Volumenänderungen aus. Allerdings herrschen in ihnen Temperaturen von bis zu +400 °C und sie stehen unter einem Druck von etwa 12 bar. Technologisch kommen aufgrund dieser hohen Temperaturen und Drücken sowie Änderungen der Dichte nur Radar-/Mikrowellen-basierte Laufzeitverfahren für Messungen in Frage.

Bei der berührungslosen Füllstandmessung mit Radar sendet das Mess-gerät Mikrowellensignale von oben auf das Füllgut, das diese reflektiert. Anhand der vom Messgerät empfangenen Mikrowellensignale lässt sich die Entfernung zur Füllgutoberfläche ermitteln und der Füllstand errechnen. Temperatur, Druck und Produkteigenschaften beeinflussen die Füllstandmessung nicht. In Andasol kommt der Radarsensor „Vegapuls 62“ zum Einsatz, der in einem Standrohr montiert wurde. Dank einer Kugelhahn-Armatur sind die Sensoren auch bei laufender Produktion austauschbar, ohne den Prozess zu unterbrechen. Unabhängig von der jeweiligen Tankgeometrie und dem daraus resultierenden Messbereich eignet sich der Sensor für alle Expansions-, Überfüll- oder Lagerbehälter. Um eine maximale Rentabilität und Anlagenverfügbarkeit zu gewährleisten, werden die Messungen redundant ausgeführt.

Energie planbar machen

Eine weitere Herausforderung für die Radarsensoren sind die beiden Salzspeicher in Andasol. Sie übernehmen die Speicherung der thermischen Energie, die insbesondere am Nachmittag im Überfluss erzeugt wird. In Zeiten ohne oder nur geringer Sonneneinstrahlung wird das Wärmeträger-Öl durch den Salzspeicher geleitet. So kann das Kraftwerk zum Beispiel auch nachts Energie liefern – die Stromerzeugung läuft kontinuierlich und wird planbar.

Der Radarsensor Vegapuls 62 mit Standrohr auf einem der Expansionsbehälter. Im Hintergrund das Rohrleitungssystem, in dem das heiße Öl vom Spiegel-System zur Dampfturbine transportiert wird.

© Vega Grieshaber

Ausgelegt ist der thermische Speicher für sieben bis acht Stunden Energieautonomie. Das Salz wird in zwei großen Tanks gespeichert: Die Temperatur im ersten Behälter mit den heißen, flüssigen Salzen liegt bei über +400 °C. Die Temperatur im zweiten, kühleren Behälter darf +300 °C nie unterschreiten – sinkt die Temperatur tiefer, wird das hochwertige Salz fest und zerstört Rohre oder Behälter irreparabel. Aus diesem Grund ist es unerlässlich, die Temperaturen und Füllstände der beiden Salz-behälter kontinuierlich zu überwachen.

Die Salzspeicher, deren Messbereich bei rund 20 m liegt, sind im Vergleich zu den kleinen Thermofluid-Expansions- und Überfülltanks mit Messbereichen zwischen 3 und 5 m wahre Giganten. Auch diese Füllstandmessung erfolgt mit dem gleichen Radarsensor wie die Messung in den Expansionstanks – der Anlagenbetreiber profitiert von der Standardisierung der Sensoren, der einfachen Projektierung sowie der hohen Verfügbarkeit durch das vereinfachte Ersatzeilmanagement.

Speziell in den Salzspeichertanks kommt der Vorteil der berührungslosen Messung zum Tragen, da sich so sowohl Kristallisierungen als auch Anhaftungen an der Sonde vermeiden lassen. Der Sensor ist selbst bei Produkttemperaturen über +1000 °C einsetzbar, da die Sonde keinen direkten Kontakt zum Füllgut hat und somit auch nicht direkt thermisch mit ihm verbunden ist.

Neben Füllstandsensoren sind in den Solarthermie-Anlagen auch Drucksensoren im Einsatz – insbesondere bei der Drucküberwachung des gesamten Rohrleitungssystems für das Wärmeträgerfluid. In Andasol setzen die Betreiber hierfür auf den Druckmessumformer „Vegabar 51“. Er ist chemisch hoch beständig und arbeitet selbst bei Temperaturen bis +400 ° zuverlässig. Die metallische Messzelle erlaubt Prozessdrücke von 400 mbar bis 400 bar.

Aufgrund der rauen Prozessbedingungen in Südspanien wird ein Druckmittlersystem verwendet. Dieses kommt vor allem bei hohen Temperaturen zwischen +250 und +400 °C oder aggressiven Medien zum Einsatz, da hier besondere Werkstoffe wie Titan, Monel oder Gold verwendbar sind.

Es gibt aber auch Messstellen in den Solarthermie-Anlagen, an denen die Druckmessung direkt am Wärmeträger-Behälter installiert ist. Hier schützen Flanschzwischenringe mit Spülanschluss die Membran vor möglichen Ablagerungen. Die Einbindung der Messwerte ins Leitsystem findet „klassisch“ mit 4 bis 20 mA über analoge Eingangskarten statt. Die Parametrierung der Sensoren erfolgt lokal mit dem Schnittstellenadapter „Vegaconnect“ und Pactware in Verbindung mit den entsprechenden DTM. In der Regel werden die Sensoren in der Werkstatt vorab konfiguriert.

Autor: Juan Garcia ist Produktmanager im Bereich Kommunikation und Software bei Vega Grieshaber in Schiltach.

Strom aus der Wüste

Der wichtigste und zugleich auffälligste Part der Solarthermie-Kraftwerke sind die riesigen Solarfelder mit futuristisch anmutenden Reflektoren. Sie bestehen aus parabolisch geformten Spiegeln aus transparentem, silberbeschichtetem Glas, die dem Sonnenstand nachgeführt werden. Die einfallende Sonnenstrahlung wird 80-fach verstärkt auf ein Absorberrohr konzentriert. In diesem Absorberrohr zirkuliert das Wärmeträgermedium und wird durch die Sonne auf +400 °C erhitzt. Das heiße Öl fließt in einen Wärmetauscher, in dem – ähnlich wie in klassischen Kraftwerken – Dampf erzeugt wird. Dieser treibt eine Dampfturbine mit Stromgene­rator an. Die drei Andasol-Kraftwerke in Süd­spanien verfügen jeweils über eine Leistung von 50 MW und versorgen rund 600.000 Menschen mit Solarstrom.