Analyse und Optimierung des Prozessmodells eines keramischen Receivers für Solarturmkraftwerke

Abstract

Das Solarturmkraftwerk ist eine vielversprechende Technologie zur Umstellung der Strom- und Wärmeerzeugung von fossilen auf erneuerbare Energieträger. Diese Arbeit analysiert und optimiert das Prozessmodell des offenen volumetrischen Receivers für das Solarturmkraftwerk in Jülich. Dabei werden Modellungenauigkeiten identifiziert, rechenintensive Gleichungen approximiert und sensitive Parameter bestimmt. Durch ein höher aufgelöstes Modell wird der Diskretisierungsfehler des Modells bestimmt. Komplexe Gleichungen mit hohem Rechenaufwand werden mittels multipler, linearer Regression approximiert. Sensitive Parameter werden anhand einer lokalen Sensitivitätsanalyse identifiziert. Es wird geprüft, ob diese Parameter linear unabhängig und orthogonal in ihrer Sensitivität sind. Die Ergebnisse der Diskretisierung zeigen, dass eine Unterteilung der Wabe in zwei Abschnitte ausreichend genaue Modelldynamiken liefert. Die Modellierung der Luft mit Polynomen führt zu komplexen Wärmeübergangskoeffizienten bzw. Wärmedurchgangskoeffizienten. Der Rechenaufwand dieser Größen kann mit geringem Approximationsfehler reduziert werden. Die lokale Sensitivitätsanalyse zeigt, dass Parameter, die die Absorption der Wabe und die Konvektion zwischen Luft und Wabe beeinflussen, für die betrachteten Systemgrößen sensitiv sind. Parameter, die keinen Einfluss auf die Wabe haben, spielen eine untergeordnete Rolle. Es konnten Parameter identifiziert werden, die linear unabhängige und möglichst orthogonale Sensitivitätsvektoren besitzen und sich für eine Parameterschätzung eignen.