Berechnung der Befüllung und Entleerung von Salzreceivern solarer Turmkraftwerke mit Hilfe von CFD-Simulationen

Abstract

Der Betrieb von solaren Turmkraftwerken mit Flüssigsalz als Wärmeträgerfluid bietet große Vorteile bei der Speicherung von thermischer Energie, welche die Erzeugung von elektrischem Strom vom Angebot an solarer Strahlung entkoppeln können. Wesentlicher Nachteil der Technologie ist die Möglichkeit, dass das Salz in den Rohrsystemen des Kraftwerkes, insbesondere im Receiver selber, einfrieren kann. Daher müssen Flüssigsalzreceiver bei zu geringer verfügbarer Einstrahlung entleert und bei Wiederinbetriebnahme neu gefüllt werden. Um das Verhalten des Receivers dynamisch simulieren zu können, wurde im Projekt „DynaSalt“ ein Modell entwickelt. Da die auftretenden Phänomene bei der Befüllung des Receivers unbekannt sind und Literatur zu diesem Thema nicht existiert, mussten Annahmen getroffen werden, um die Strömung in den Receiverrohren darzustellen. In dieser Arbeit werden ausführliche Strömungssimulationen mit Hilfe der Software ANSYS CFX durchgeführt, um das Modell des Receivers für den Befüllungsvorgang zu validieren. Ein bei der Befüllung auftretender physikalischer Effekt sorgt dabei für einen signifikant verbesserten Wärmeübergang. Für diesen Effekt wird anschließend eine erweiterte Gleichung zur Bildung der Nusselt-Zahl bei der Befüllung von Rohren vorgeschlagen, welche den auftretenden Effekt abbilden kann und so die Genauigkeit der Berechnung steigert.