Entwicklung eines ortsaufgelösten Simulationsmodells für linienfokussierende Solarkraftwerke mit einphasigen Wärmeträgermedien

Kurzfassung

In Hinblick auf die Energieversorgung der Zukunft gewinnen Erneuerbare Energien weltweit zunehmend an Bedeutung. Eine Möglichkeit, die Sonnenenergie mittels Strahlungskonzentration in Nutzenergie umzuwandeln, sind Parabolrinnenkraftwerke. Durch computerbasierte Simulation lassen sich solche Kraftwerke im Tool greenius auf technologische und wirtschaftliche Machbarkeit überprüfen. Der derzeit implementierte Ansatz für einphasige Wärmeträgerfluide führt bei höheren Systemtemperaturen, wie sie beispielsweise bei Salzsystemen (bis 550°C) auftreten, zu Berechnungsfehlern. Im Rahmen dieser Arbeit wird daher ein ortsaufgelöstes Berechnungsmodell für einphasige Wärmeträgermedien in greenius implementiert. Darin wird neben einem Ansatz, der die Variabilität der Austrittstemperatur aus dem Powerblock in Teillast berücksichtigt, ein Erstarrungsschutz des Wärmeträgerfluides (engl. Freezeprotection) integriert. Die Berechnung der ortsaufgelösten Zustandsgrößen erfordert die Lösung eines nichtlinearen Gleichungssystems. Dazu wird auf das Softwaretool KINSOL zurückgegriffen, in dem das Newton-Verfahren Anwendung findet. Durch die Implementierung des neuen Modells lassen sich die Wärmeverluste sowie der Solarfeldoutput exakter bestimmen. Die Abweichungen zu den Berechnungen mit dem bestehenden Modell steigen mit höheren Systemtemperaturen an. Bei Salzsystemen kann der Unterschied des thermischen Outputs zwischen den Modellen über 10% betragen. Die Variabilität der Austrittstemperatur aus dem Powerblock in Teillast hat einen geringen Einfluss auf den Solarfeldoutput. Weiterhin wird die Wärmemenge, die für Freezeprotection aufgewendet werden muss, im nicht ortsaufgelösten Modell stark unterschätzt. Eine zeitlich höhere Auflösung hat hingegen nur einen geringen Einfluss auf die jährlichen Simulationsergebnisse.