Modellierung und Simulation eines neuen Betriebsverfahrens für solarthermische Flüssigsalz-Kraftwerke

Abstract

Das Institut für Solarforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) untersucht zurzeit die Möglichkeit Salzschmelzen in Parabolrinnenkraftwerken als Wärmeträgermedien einzusetzen. In der DLR-Abteilung Linienfokussierende Systeme konnte ein neues Betriebsverfahren entwickelt werden, welches diesen Nachteil beseitigt, indem die Salzschmelze über Nacht in thermisch isolierte Speichertanks geleitet wird. Am nächsten Morgen soll, nach Vorwärmung der Solarfeldleitungen und insbesondere der solaren Vorwärmung der Absorberrohre, die heiße Salzschmelze erneut ins Solarfeld gepumpt werden. Bei diesem Prozess sind jedoch äußerst große Absorberrohr-Temperaturgradienten zu vermeiden, um Materialschäden zu verhindern. Die Untersuchung des dynamischen Verhaltens der Absorberrohrströmung und die Bewertung des Verhaltens der Temperaturgradienten, sind daher wichtige Schritte bei der Entwicklung von Parabolrinnen-Kraftwerken mit Solarsalz als Wärmeträgermedium. Das neue Betriebsverfahren, bei dem heiße Luft zur Vorwärmung der Rohrleitungen verwendet wird, soll in dieser Arbeit durch ein grundlegendes thermodynamisches Modell abgebildet und durch ein numerisches Lösungsverfahren auf Basis der Differenzialgleichungen gelöst werden. Anschließend kann durch Simulation das zeitliche Verhalten der Temperaturgradienten beim Vorwärmprozess abgeschätzt werden. Die Simulationsergebnisse werden durch praktische Aufwärmversuche an der DISS (Direct Solar Steam) Testanlage der PSA (Plataforma Solar de Almeria, Spanien) verifiziert. Abschließend soll die Simulation eines kompletten Solarfeldes mit Hilfe des validierten Simulationsprogrammes stattfinden.