Fensterkühlung für solare Hochtemperatur-Receiver

Abstract

In der Entwicklung solarthermischer Receiver für solar-fossile GuD-Kraftwerke werden hohe Receiverluftaustrittstemperaturen angestrebt. Dies ermöglicht die Erhöhung des Anteils solar erzeugten Stromes. Eine Steigerung der Austrittstemperatur über 800°C führt jedoch bei volumetrischen Druckreceivern zu einer Überhitzung des Quarzglasfensters. In der vorliegenden Arbeit wird das Problem mit einer externen Fensterkühlung, bei der das konkav geformte Fenster durch Anblasen mit mehreren Luftstrahlen gekühlt wird, gelöst. Zunächst wird zur detaillierten Analyse der Fensterüberhitzung ein thermodynamisches Receivermodell erstellt. Anschließend werden verschiedene Kühlkonfigurationen mit Hilfe von Strömungssimulationen und einem Labormessstand untersucht. Für die experimentellen Untersuchungen wird ein periodisch-transientes Messverfahren zur Bestimmung des konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten in hoher örtlicher Auflösung auf zweiachsig gekrümmten Oberflächen weiterentwickelt. Die numerischen und experimentellen Untersuchungen zeigen, dass aufgrund der räumlichen Restriktionen hinsichtlich der Düsenpositionierung eine asymmetrische Kühlkonfiguration mit Luftmassenstrom-Pulsation die beste Lösung darstellt. Solare Tests an einer Versuchsanlage im realen Maßstab validieren die in dieser Arbeit entwickelten Modelle und Korrelationen.