Thermografiekameras als Lebensversicherung für Milliardenprojekt

Eine Thermografie‐Automationslösung von InfraTec unterstützt die Überwachung eines der weltweit größten Solarturm‐Kraftwerke mitten in der Atacama‐Wüste.

Infrarotkamera von InfraTec: zwischen den Spiegeln des Solarfeldes, rund um den Solarturm in der Atacama-Wüste, ausgerichtet auf den Receiver des Turmes
(PresseBox) ( Dresden, )
Solarkraftwerke haben in der Regel den Nachteil, dass sie nur dann Energie liefern, wenn am Tag die Sonne scheint. Anders die CSP-Solarturm-Kraftwerke (CSP – Concentrated Solar Power): sie laden tagsüber einen großen thermischen Pufferspeicher auf, der eine kontinuierliche Erzeugung von Elektroenergie ermöglicht. Eines dieser Solarturm-Kraftwerke ist kürzlich inmitten der Küstenwüste Atacama in Chile in Betrieb gegangen. Sie ist die sonnenreichste und trockenste Wüste der Erde. Die vorherrschenden extremen Klimabedingungen stellen hohe Anforderungen an dort zum Einsatz kommende Technik, so auch an die acht Thermografiekameras von InfraTec.

„Cerro Dominador“ – ein effizienter Energiespeicher
Das Kraftwerk in Chile, mit dem Namen Cerro Dominador, umfasst einen 252 Meter hohen Betonturm mit einem zylindrischen 360°-Solarreceiver bestehend aus 16 Paneelen, der von 10.600 bewegbaren Spiegeln umgeben ist, die in konzentrischen Kreisen angeordnet sind. Die als Heliostate bezeichneten Spiegel werden so gesteuert, dass sie die Sonnenstrahlung direkt auf die Absorberpaneele des Receivers an der Turmspitze reflektieren. Diese Paneele, bestehend aus einer Rohrkonstruktion, werden von geschmolzenem Salz durchströmt, das sich durch die konzentrierte Sonnenstrahlung auf über 600 °C erhitzt. Das heiße geschmolzene Salz wird über Rohrleitungen zum Boden geführt und erzeugt dort über einen Wärmetauscher Wasserdampf, mit dem wiederum eine Dampfturbine zur Stromerzeugung angetrieben wird. Da das flüssige Salz bis zu 17 Stunden in großen Isoliertanks gespeichert werden kann, ist es möglich, mit dem Solarturm-Kraftwerk kontinuierlich Strom zu erzeugen.

Temperaturüberwachung über große Entfernungen mit Infrarotkameras
Die Absorberpaneele des Solarturm-Receivers können sich bis auf 800 °C erhitzen und werden rund um die Uhr vollautomatisch von insgesamt acht Infrarotkameras der VarioCAM® HD-Serie überwacht. Kreisförmig um den Turm angeordnet, bilden sie das Rückgrat der Automationslösung Solar Power Tower Check (SPTC) von InfraTec. Jede Kamera überwacht aus einer Messdistanz von 340 Metern die Temperaturentwicklung von vier Paneelen und ist durch Überlappung der Messfelder zu den direkt daneben befindlichen Kameras redundant, was für eine zusätzliche Ausfallsicherheit sorgt. Die Temperatur und deren Verteilung auf dem Absorber werden in Echtzeit ermittelt und daraus Führungsgrößen für die Steuerung der Heliostate gewonnen. Gleichzeitig wirkt die permanente thermografische Temperaturüberwachung als Lebensversicherung für das Milliardenprojekt: Desaströse Schäden, verursacht etwa durch die Überhitzung einzelner Paneele oder Paneelbereiche, werden sicher vermieden. Die Messung der Paneeltemperaturen ermöglicht weiterhin eine genaue Analyse der Energieeffizienz und unterstützt bei der Einstellung optimaler Betriebsparameter für die Stromerzeugung. Ziel ist dabei immer die Erreichung einer möglichst homogenen Temperaturverteilung auf der gesamten Fläche.

Automatisierte Überwachung unter Extremkonditionen
Trotz der extremen Umgebungsbedingungen und der großen Entfernung zum Messobjekt liefert das SPTC-System pixelgenaue Messergebnisse. Ermöglicht wird dies unter anderem durch ein speziell für diesen Einsatzzweck entwickeltes Infrarot-Teleobjektiv, welches den Rahmenbedingungen angepasst wurde und auch bei stark schwankenden Umgebungstemperaturen eine sehr genaue Temperaturmessung ermöglicht. Das Objektiv ist exakt auf den Receiver ausgerichtet und bildet formatfüllend nur diesen ab. Dadurch ist der Detektor der Kamera automatisch vor einer direkten Bestrahlung durch die Sonne geschützt und kann keiner Degradation unterliegen. Durch das spezielle Design von Kamera und Optik kann auf eine Kühlung des Schutzgehäuses verzichtet werden, wodurch der Wartungsaufwand deutlich verringert wird und ein ganzzeitlicher Betrieb gewährleistet werden kann. Zudem verfügt das Gehäuse über ein spezielles Schienen- und Rastsystem, was im Falle einer Wartung den schnellen Aus- und Einbau ohne aufwendige Justagearbeiten der Kamera garantiert.

Mit einer hochentwickelten Software alles im Blick
Unterstützt wird diese Technik durch eine speziell konfigurierte SPTC-Software, die die Auswertung der Messdaten ermöglicht und sämtliche Betriebsregimes des Solarturm-Kraftwerkes unterstützt. Weiterhin erlaubt die Software mithilfe künstlicher Intelligenz eine softwarebasierte, hochgenaue Stabilisierung des Infrarotkamerabildes, um thermisch und durch Wind verursachte mechanische Bewegungen des Turmes auszugleichen und eine pixelgenaue Bildnachführung während der Betriebszeit zu ermöglichen. Dank der entzerrten Darstellung der einzelnen Messgebiete auf der Absorberfläche können Inhomogenitäten sowie Hot- und Coldspots auch visuell problemlos identifiziert werden.
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