Die Jury des Preises für den wissenschaftlichen Artikel des Viertels der Höheren Technischen Hochschule für Ingenieurwesen würdigte einstimmig die hohe Qualität aller im Wettbewerb befindlichen Veröffentlichungen nach entsprechenden Beratungen, bei denen Kriterien auf der Grundlage mehrerer bibliometrischer Indikatoren berücksichtigt wurden entschieden über seine Komponenten, Verleihung des ETSI Scientific Article of the Quarter Award: Oktober-Dezember 2021, an die folgende Arbeit: „Techno-ökonomische und betriebliche Bewertung von konzentrierten Solarkraftwerken mit einem dualen Unterstützungssystem“, Applied Energy, vol. 302, November 2021, entwickelt von Raúl Ernesto Gutiérrez Álvarez, Pedro García Haro und Alberto Gómez Barea. DOI 10.1016/j.apenergy.2021.117600

Obwohl konzentrierte solarthermische Kraftwerke (CSP) kommerzielle Technologien sind, war ihr Einsatz in größerem Maßstab in den letzten Jahren aufgrund ihrer hohen Investitionskosten und ihrer größeren Komplexität im Vergleich zu anderen Technologien begrenzt. Die Rolle, die diese Systeme als erneuerbare Anbieter von regelbarem Strom spielen können, könnte jedoch für die Dekarbonisierung zukünftiger Stromnetze von entscheidender Bedeutung sein. Es wird erwartet, dass die Hilfsdienste, die schaltbare erneuerbare Energieanlagen für das Stromnetz bereitstellen können, eine stärkere Beteiligung intermittierender und kostengünstigerer erneuerbarer Technologien wie Solar-Photovoltaik und Windkraft begünstigen werden.

Aufgrund ihrer Fähigkeit, über thermische Energiespeichersysteme (TES) zu verfügen, sind CSP-Anlagen in der Lage, Strom zu erzeugen, wenn die Sonne untergeht, sodass für einige Stunden der Betrieb von Erdgas-Kombikraftwerken entfällt. Um jedoch als Grundlastkraftwerke funktionieren zu können, benötigen CSP-Kraftwerke zusätzliche Unterstützungssysteme für die TES, die verwaltet werden können, aber ihren erneuerbaren Charakter beibehalten. In diesem Sinne erweist sich die Hybridisierung zwischen CSP- und Biomasseumwandlungssystemen als interessante Alternative, um einerseits die Leistung von CSP-Anlagen zu steigern und andererseits die mit dem Verbrauch großer Mengen an Biomasse verbundenen Risiken zu verringern Bioenergieanlagen.

Eine detaillierte Analyse der Vorteile der Integration eines vollständig erneuerbaren Dual-Backup-Systems (basierend auf Biomasse- und thermischer Energiespeicherung) in CSP-Anlagen wird in unserer Studie vorgestellt. Als Fallstudien wurden die Solarressourcen von Sevilla und zwei Anlagen mit einer Kapazität von jeweils 50 MWe, die auf Parabolrinnen- und Solarturmtechnologien basieren, herangezogen. In beiden Fällen mit der Integration eines Biomassekessels und mit einem Hybridisierungsmodus parallel zum Leistungsblock. Darüber hinaus wurden 7 Betriebsstrategien für den Biomassekessel in Kombination mit 5 Kapazitätsstufen für das Wärmespeichersystem (von 0 bis 20 Stunden) vorgeschlagen und modelliert. Schließlich wurde die Analytical Hierarchical Process (AHP)-Methodik als multikriterielles Entscheidungsinstrument verwendet, um die technische, wirtschaftliche und betriebliche Leistung aller vorgeschlagenen Fälle vergleichend zu bewerten.

Die Ergebnisse zeigen, dass die Einbeziehung von Ersatzbiomasse den Betrieb des Systems als Grundlastanlage begünstigt, den Kapazitätsfaktor (CF) um bis zu 71 %, den elektrischen Nettowirkungsgrad um bis zu 10 % erhöht und die Erzeugungskosten senkt um bis zu 56 % im Vergleich zu autonomen CSP-Anlagen. Für die betrachtete Solarressource (Sevilla) können angemessene Erzeugungskosten (0,153 USD/kWh) für einen ausgewogenen Ausgleich zwischen Biomasse und TES erreicht werden, während gleichzeitig eine stabile Energieversorgung (CF ≥ 80 %) ermöglicht und die erforderliche Flexibilität des Kessels reduziert wird . Die Einbeziehung großer TES-Kapazitäten reduziert den jährlichen Bedarf an Biomasse um die Hälfte und betont die saisonale Komplementarität zwischen Solar- und Biomasseressourcen. Schließlich stellen CSP-Kraftwerke mit einem dualen Backup-System eine vielversprechende Option für Standorte dar, an denen Solar- und Biomasseressourcen mäßig verfügbar sind.

Dieser Preis wird durch einen Zuschuss für wissenschaftliche Verbreitungsaktivitäten aus dem VII. Eigenen Forschungs- und Transferplan der Universität Sevilla finanziert.