Dynamische Simulation eines thermischen Solarkraftwerks mit direktverdampfendem Absorber

Abstract

Für die Untersuchung eines thermischen Solarkraftwerkes mit innovativem Solarkonzentrator wurden in dieser Arbeit dynamische Simulationen durchgeführt. Als Besonderheit der Dampferzeugung sei erwähnt, dass der Verdampfungsprozess in einem direktverdampfenden thermischen Absorber stattfindet. Die Absorberrohre liegen horizontal und werden als rundum beheizte Rohre modelliert. Das Ergebnis der Untersuchung trägt maßgeblich zum Design der Demonstrationsanlage am Standort Dürnrohr bei. Der Schwerpunkt der Simulation liegt in der Modellierung der Absorberrohre. Der Verdampfungsprozess wird als Zwangsumlauf mit horizontal liegenden Verdampferrohren in der Simulationsumgebung APROS modelliert. Eine Analyse der Zweiphasenströmung gibt Aufschluss über die, im betrachteten Berechnungsvolumen, auftretende Strömungsform. Ferner sollen Informationen über den Einsatz von unterschiedlichen Absorberrohrabmessungen gewonnen werden. Die aus der Simulation gewonnenen Erkenntnisse beeinflussen in weiterer Folge das Design der zukünftigen Prototypen. Zusätzlich zu diesen Berechnungen wird die Stabilität der Strömung in parallel geführten Absorberrohren untersucht. Dabei wird das Verhalten der Strömung bei konstanter Beheizung und steigendem Massenstrom überprüft, um Aufschluss über eine mögliche Ledinegg Instabilität zu erhalten. Im Falle einer unterschiedlichen Beheizung, der parallel geführten Absorberrohre, wird die Aufteilung der Massenströme untersucht. Durch die Reduktion des Massenstromes, des stärker beheizten Rohres, kann es in diesem Absorberrohr zu kritischen Siedezuständen kommen. Die Betrachtung des Prozesses ist notwendig, um eine Schädigung der Bauteile zu verhindern.

This thesis focuses on the Research and Development of a Concentrating Solar Power Plant with a new inflatable solar concentration system which has been carried out in a Dynamic Process Simulation in this work. The characteristic of the simulation is that, the evaporation process takes place in a direct evaporating thermal absorber. The absorber is situated in a horizontal position and the absorberpipe is heated all around. The result of the analysis is essential to design the demonstration plant in Dürnrohr. The main focus of the simulation is to model the collector array as once through circulation system with horizontal absorberpipes. The simulation is processed in the Process Simulation Software APROS. The analysis of the two-phase flow generates information about the flow pattern. Further it is essential to get information of different absorber types. This knowledge is necessary to design the Prototypes in future. In addition to this calculation the stability of the stream in two parallel absorberpipes is also a main subject in this paper. During this process the characteristics of the stream with constant heating and increasing mass flow is measured. This is important for getting information about a possible Ledinegg instability. In Case of a different heating, which is possible if it is cloudy, the separation of the mass flow in the two Absorberpipes is also simulated too. That is relevant for the control of the departure from nucleate boiling (DNB).