Solarturmreceiver für überkritische Dampfprozesse und ihre technische und ökonomische Bewertung

Kurzfassung

In der kommerziellen Kraftwerkstechnik befinden sich überkritische Dampfprozesse aufgrund ihrer Potenziale die Stromgestehungskosten und den spezifischen Brennstoffbedarf gegenüber herkömmlichen Dampfprozessen zu reduzieren in der Phase der Markteinführung und Weiterentwicklung. In dieser Arbeit werden die Potenziale bei der Interaktion mit solarthermischen Turmkraftwerken untersucht. Das Ziel ist die Steigerung des Receiverwirkungsgrades und das Aufzeigen und Bewerten kritischer Aspekte von innovativen Receivertechnologien. Zunächst erfolgt eine Konzeptstudie, die dazu dient, den Stand der Technik der Solarturmkraftwerke mit ausgewählten Receiveroptionen für die Erhöhung der Dampfprozesstemperaturen zu vergleichen. Die Konzeptstudie zeigt, dass die Direktabsorption auf der inneren Mantelfläche des Receivers mit nach unten geöffneter Apertur und Flüssigfilmkühlung die höchsten Potenziale zwischen den verglichenen Optionen aufweist. Daraufhin erfolgt die detaillierte strömungsmechanische und thermodynamische Modellbildung dieses Receiverkonzepts im Maßstab 1:1, mit welcher die offenen Receiverparameter hinsichtlich der Machbarkeit und der Funktionalität analysiert werden. Es werden verschiedene Betriebsführungsstrategien beleuchtet und bewertet, die am Ende dieser Arbeit zum Vorschlag eines kostenoptimierten Leitkonzeptes führen. Dieses weist ein rotierendes Receiversystem mit geneigten Absorberflächen auf. Es wird gezeigt, dass durch die räumliche Anordnung der Absorberwände die thermischen Verluste des Receivers minimiert, während durch die auf den Flüssigfilm wirkenden Fliehkräfte die Einhaltung der gestellten Betriebsanforderungen bei reduziertem Kostenaufwand erreicht werden. Die Modellergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung mit Vergleichsmodellen und experimentellen Daten aus der Literatur. Die getroffenen Kostenannahmen sind bezüglich der ermittelten Senkung der Stromgestehungskosten mit Sensitivitätsanalysen relativiert.