Erneuerbare Energien, die Verringerung von Treibhausgasemissionen und eine sichere Stromversorgung sind die zentralen Treiber bei der Umgestaltung vieler Energiesysteme weltweit. In den Ländern des Sonnengürtels spielen dabei solarthermische Kraftwerke dank ihres thermischen Speichersystems eine entscheidende Rolle.
Obwohl alle solarthermischen Kraftwerke im Grundsatz gleich aufgebaut sind, unterscheiden sich die einzelnen Lösungen sehr stark. Diese Unterschiede betreffen beispielsweise das verwendete Spiegelsystem, die genutzte Receiverlösung oder das eingesetzte Wärmeträgermaterial. Allen implementierten Lösungen gemeinsam sind die hohen Anforderungen und technischen Herausforderungen im Betrieb der Anlagen, die besonders durch die flächenmäßige Ausdehnung und die volatile solare Einstrahlung hervorgerufen werden. Um den Betrieb gewährleisten zu können, sind regelungstechnische Lösungen zu finden, welche eine hohe Zuverlässigkeit der Anlage bieten und gleichzeitig die Leistungsfähigkeit des solarthermischen Kraftwerks erhöhen.
In dieser Arbeit werden diese regelungstechnischen Herausforderungen am Beispiel eines Linear-Fresnel-Kraftwerks mit Direktverdampfung beschrieben und schrittweise ein modellbasiertes Regelungskonzept hergeleitet, welches Lösungen für einen zuverlässigen Betrieb des solarthermischen Kraftwerks bietet. Durch seinen zweistufigen Aufbau trennt der verwendete Ansatz dabei die Herausforderungen, die im laufenden Betrieb auftreten, von den Aufgaben der Störungsregelung. Die für den Entwurf der Regler verwendeten Modelle basieren auf einem detaillierten Modell der Regelstrecke und werden den Anforderungen der einzelnen Entwurfsverfahren entsprechend angepasst. Dabei wird insbesondere auf einen möglichst einfachen Modellaufbau sowie auf die Umsetzung in einem solarthermischen Kraftwerk geachtet.
Nach der Herleitung wird das Regelungskonzept mit mehreren Simulations- und Parameterstudien im Detail untersucht und der Einfluss auf die Stellgrößen sowie die Regelgüte analysiert und bewertet. Im Vergleich zu bereits bestehenden Konzepten zeigen sich die Vorteile des modellbasierten Ansatzes in Form einer deutlich verbesserten Regelgüte und einer damit einhergehenden zuverlässigeren Betriebsweise des Kraftwerks. Gleichzeitig können ausschlaggebende Komponenten des Kraftwerks kleiner dimensioniert werden.