Modellgestützte Bewertung und Optimierung der offenen Luftreceivertechnologie

Kurzfassung

Die offene Luftreceivertechnologie wird in solarthermischen Turmkraftwerken zur Absorption und zur Umwandlung der vom Heliostatenfeld eingestrahlten Energie eingesetzt. Nach der erfolgreichen Demonstration der Technologie im Versuchs- und Demonstrationskraftwerk Solarturm Jülich sollen zukünftig größere kommerzielle Kraftwerkseinheiten realisiert werden. In diesem Zusammenhang ist es das Ziel dieser Arbeit, ein adäquates Modell der Receivertechnologie zur modellgestützten Bewertung und Optimierung der Einflussmöglichkeiten der Receiverauslegung und des Receiverbetriebs zu entwickeln. Der maximierte Luftmassenstrom des Receivers wird dabei als primäres Bewertungskriterium eingesetzt. Es wird daher neben dem Modell auch eine Methode entwickelt, die den Luftmassenstrom des Receivers unter Verwendung der gegebenen Einflussmöglichkeiten maximiert. Die Einflussmöglichkeiten der Receiverauslegung und des Receiverbetriebs, inklusive Zielpunktoptimierung und Luftmassenstromoptimierung, werden am Beispiel eines Kraftwerks in kommerzieller Größe bewertet. Daneben werden vielversprechende Verbesserungsoptionen der Receivertechnologie untersucht, um den Umwandlungswirkungsgrad des Receivers zu verbessern und das Potential der Receivertechnologie abzuschätzen. The open volumetric air receiver technology is a key component of solar thermal power plants to absorb and convert the irradiated solar power. Based on the successful demonstration of open volumetric air receiver technology at the Solar Tower Jülich the strategic focus will be on perspective large commercial power plant projects. In this context it is the goal of this work to develop an adequate model of the receiver technology for a model based evaluation and optimization of options regarding dimensioning of key components of the receiver and receiver operation. The maximized air flow rate at the receiver outlet is used as the primary rating criteria. Thus, besides a model also a method is developed to maximize the mass flow rate of the receiver taking the prevailing dimensioning and operational options of the receiver into account. The prevailing options of the receiver during design and operation, e.g. aim point optimization or the optimization of the mass flow rate distribution, are demonstrated using a test case for an solar thermal power plant with open volumetric air receiver technology in a commercial scale. Furthermore, promising improvements of the receiver technology are analyzed to boost the receiver conversion efficiency and to estimate the potential of the contemplated receiver technology.