Messung der Partikeltemperatur in einem Zentrifugalreceiver für Solarturmkraftwerke

Kurzfassung

Solarturmkraftwerke bilden eine wichtige Alternative zur kommerziellen Stromerzeugung und zur Erzeugung von Prozesswärme. Um ihre Markt- und Konkurrenzfähigkeit zu steigern, bedarf es jedoch noch intensiven Forschungstätigkeiten in diesem Bereich. In Rahmen der Entwicklung von Solarturmreceivern ist der Zentrifugalreceiver zu nennen, der das Potential für hohe Wirkungsgrade und somit für die Senkung von Stromgestehungskosten birgt. Um die grundlegenden Prinzipien des Konzeptes zu untersuchen und zu bewerten, wurde ein erster Prototyp für eine Eingangsleistung von 15 kW ausgelegt, aufgebaut und getestet. Eine besondere Herausforderung stellt dabei die Bestimmung der Temperatur von kleinen Keramikpartikeln dar, die hier als Wärmeträgermedium im Receiver dienen. Ziel dieser Arbeit bestand daher in der Entwicklung eines geeigneten Temperaturmesssystems im Rahmen der gegebenen Anforderungen und Randbedingungen. Es wurden verschiedene Konzepte für die Temperaturmessung entwickelt und bewertet. Die erfolgversprechendsten wurden in Versuchen ohne die Einbringung von Wärmestrahlung mithilfe eines Rapid-Prototyping-Modells auf ihre Funktionalität hin getestet. Zur Visualisierung dieser Versuche wurde eine Hochgeschwindigkeitskamera eingesetzt. Die durch diese Versuche erlangten Erkenntnisse wurden anschließend in einem Konzept, einem Temperaturmessring (TMR) mit automatisiertem Schließring, zusammengeführt. Dieses wurde im Rahmen von Funktions- und Leistungstests des Receivers mit Hochleistungsstrahlern am DLR in Köln getestet. Die grundlegende Funktionalität des Messsystems konnte dabei gezeigt werden. DesWeiteren belegen erste Vergleiche mit Aufnahmen einer Wärmebildkamera, dass mit beiden Verfahren gemessene Partikeltemperaturen in der gleichen Größenordnung liegen. Es kann daher auf die Richtigkeit des entwickelten Messkonzeptes vertraut werden.