Title: Sicherheitsrelevante Planung einer sCO2 Testanlage
Other Titles: Safey relevant design of an sCO2 test rig
Language: Deutsch
Authors: Haidmeier, Philip 
Qualification level: Diploma
Advisor: Werner, Andreas 
Assisting Advisor: Illyes, Viktoria 
Issue Date: 2022
Citation: 
Haidmeier, P. (2022). Sicherheitsrelevante Planung einer sCO2 Testanlage [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. https://doi.org/10.34726/hss.2022.97103
Number of Pages: 87
Qualification level: Diploma
Abstract: 
Um wirtschaftlich konkurrenzfähig zu werden, muss die Gewinnung von elektrischer Energie mittels Sonnenwärmekraftwerken effizienter werden. Im Rahmen dieser Arbeit wird statt des üblichen Wasserdampfkraftprozesses für die Bereitstellung elektrischer Energie superkritisches Kohlenstoffdioxid (sCO2) als Arbeitsfluid eingesetzt. Damit sind einige Vorteile verbunden: geringere Anlagengröße in Kombination mit geringerem Kapitaleinsatz, höhere Arbeitsmitteltemperaturen und somit die Möglichkeit höherer Effizienz. Jedoch ist die Verwendung der superkritischen CO2 Technologie noch nicht für den Einsatzfall der Sonnenwärmekraftwerke erprobt. Außerdem muss der Prozess für den Anwendungszweck optimiert werden. Im Zuge des SCARABEUS-Projekts wird ein neuartiges Arbeitsfluid entwickelt, das an der Forschungsanlage der TU getestet werden soll. Hierbei handelt es sich um eine Mischung von CO2 mit einem Additiv. Dadurch soll der kritische Punkt des reinen CO2 von 31°C auf über 60°C erhöht werden, um Trockenkondensation im ariden Klima zu ermöglichen. Die Toxizität des Additivs Schwefeldioxid bedingt einer genauen sicherheitstechnischen Betrachtung. Gemeinsam mit dem TÜV Austria wurde eine Hazard Operations Studie durchgeführt, welche dem ersten Schritt der quantitativen Risikoanalyse entspricht. Im weiteren wird auf Literatur zur Bestimmung der Eintrittswahrscheinlichkeiten der festgestellten Fehler hingewiesen.Bei der Beschreibung des Prozesses und der Sicherheitseinrichtungen werden Möglichkeiten zur Luftreinhaltung diskutiert. Als Verfahren der Wahl bietet sich ein Aktivkohlefilter an. Diese können wahlweise so ausgelegt werden, dass sie das gesamte eingekapselte Luftvolumen oder nur Hauptemittenten reinigen.Zur Abschätzung des Schadensausmaß wird eine Ausbreitungsrechnung durchgeführt. Der Weg durch diverse Regulative wird nachgezeichnet und ein dem Anwendungsfall entsprechendes Modell gewählt. Die Ergebnisse der Ausbreitungsrechnung werden mit einem Schadensmodell eingeordnet und Maßnahmen zur Reduktion der Auswirkungen eines Störfalls vorgeschlagen. Die Ergebnisse dieser Arbeit bieten einerseits zahlreiche Einsatzmöglichkeiten im SCARABEUS-Projekt, dessen Ziel die Reduktion von fossilen Brennstoffen ist. Andererseits erlauben die Erkenntnisse dieser Arbeit eine bessere Einschätzung des Gefährdungspotentials von toxischen Substanzen und können bei zukünftigen Forschungsprojekten genutzt werden.

The fate of the green energy CSPs stands with their abilities to overcome economical misfits against their conventional contenders by increasing their efficiency. This work addresses the application of supercritical CO2 instead of steam in the power block. Some benefits arise with this technology, smaller size of the power block and therefore less CAPEX and higher working temperatures and the possibility of higher efficiency. The supercritical CO2 technology needs to be adapted and optimized especially to the CSP process. The SCARABEUS-project introduces a new and unique working fluid, which will be developed and tested at a TU research facility. A first draft consists of a binary mixture of CO2 and sulfur dioxide. Thereby, the critical point of CO2 of 31°C rises up to 60°C enabling dry condensation in arid climate, which CSPs are designed for. Due to the high toxicity of sulfur dioxide, additional safety measures must be considered. As a first step in a qualitative risk assessment, a HAZOP study is conducted by the TÜV Austria to detect potential errors. Further, literature for determination of error probability is provided.In the experimental part of this work the process and safety measures are explained. Air quality measures are introduced ensuring the occupational exposure limits are not exceeded. Filtration with activated carbon is discussed. The complete exchanged air can be purified by just the main emission source. The consequences of an accidental release of the complete working fluid are estimated with atmospheric dispersion modelling. An appropriate model according to guidelines and legislation is chosen. The results of the atmospheric dispersion modelling are matched to methods for the determination of possible damage by acute intoxication and ways to reduce the damage are presented.
Keywords: sCO2; Sicherheit; Versuchsanlage
sCO2; Safety Test rig
URI: https://doi.org/10.34726/hss.2022.97103
http://hdl.handle.net/20.500.12708/19276
DOI: 10.34726/hss.2022.97103
Library ID: AC16417775
Organisation: E302 - Institut für Energietechnik und Thermodynamik 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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