弗劳恩霍夫太阳能系统研究所（ISE）的研究人员正在使用一种全新的概念来提高聚光太阳能热发电（CSP）塔式发电厂的效率。为此，他们首先改变了用于将收集的热量从太阳输送到存储单元的传热介质。到目前为止，这里一直使用熔盐。缺点：这些只能在高达600摄氏度的温度下使用。如果温度高于该温度，特殊的热盐就会分解。
用于更高温度的新型传热介质
但是，温度越高，整个发电厂的效率就越高。出于这个原因，弗莱堡Fraunhofer ISE的研究人员使用了一种由固体组成的传热介质，其工作温度可以达到1摄氏度以上。
传热介质通过接收器移动并直接加热，类似于旋转木马。来自萨尔州苏尔茨巴赫的存储制造商Kraftblock为此开发了新的陶瓷接收器元件。这些是耐热的，可以储存大量的热量。此外，它们由回收材料以环保的方式生产，与昂贵的热盐相比，这也降低了传热材料的价格。
研究人员对陶瓷材料作为传热介质进行了广泛的测试和测量。这使他们能够评估材料在高度集中的太阳辐射下的行为。“下一个目标是进一步开发接收器的材料，以便能量在体内更深处传导，”Fraunhofer ISE集中系统和技术组负责人Gregor Bern说。
所有组件集成在一个中
在新的接收器中，他们还将固态热载体与太阳辐射接收器和存储材料组合在一个组件中。这使弗莱堡的研究人员能够降低建造此类发电厂的成本。此外，它们避免了传统管状接收器典型的传热损失和传热介质流动的限制。因此，即使在波动的太阳辐射下也能更好地保持较高的温度，从而降低了太阳能热发电的成本。
减少热损失
塔式发电厂的一个问题是辐射热量造成的损失。这些发生在高温和强烈的阳光集中下并降低了效率。这是因为接收器周围的空气达到 600 摄氏度以上的温度。然而，环境空气的温度通常在30至40摄氏度的范围内。当它流过接收器时，较冷的空气吸收其热量，然后损失用于发电。因此，研究人员寻找一种分离不同空气层的方法。第一个想法是使用由石英玻璃制成的窗户。但是，它们不存在所需的大小。
这就是为什么研究人员测试了气墙的想法。这是由接收器开口处的强大喷嘴形成的，并将接收器周围的空气与环境空气分开。“到目前为止，只有这种解决方案的模拟。但这项技术以前从未在发电厂领域得到过展示，“弗劳恩霍夫ISE项目团队的研究助理Moritz Bitterling解释说。
对空气墙进行广泛测量
弗莱堡的研究人员现在已经改变了这种状况。他们建立了一个真实规模的测试站，并配备了大约50个温度传感器。他们模拟了带有加热元件的 600 度热接收器。对于该项目，工业合作伙伴Luftwandtechnik专门为高温应用设计了一个空气墙系统，并将其安装在测试台上。通过这项测试，研究人员能够测量有和没有空气壁的辐射损失以及达到600摄氏度所需的加热功率。在这里，他们还能够测试如何优化设计操作参数，例如空气壁喷嘴的角度和空气的出口速度。结果：通过优化运行参数设置，接收器因辐射而损失的热损失可以减少30%。
测量新镜子
弗莱堡的研究人员还支持塔式发电厂本身的进一步发展。在这里，趋势是更小的单元，不再配备以前的抛物面镜，而是配备所谓的 Stellio 定日镜。这些是五边形的分段镜子，它们站在柱子上并将阳光投射到太阳能塔上。与SBP Sonne一起，他们希望通过优化塔架的设计来降低此类系统的成本。这是为了适应小型塔式发电厂的要求。弗劳恩霍夫ISE在这个联合项目中的功能是通过3D激光扫描测量定日镜，并在现场测试定日镜的快速测量程序。到目前为止，弗莱堡研究人员已经在实验室中使用镜面的衰减测量来分析它们在特定载荷下的变形方式。
模拟整个系统
最后，研究人员从所有这些单独的组件中开发了一个整体概念。这包括带有固态热载体和空气壁的接收器以及优化的Stellio定日镜，它们被集成到太阳能热电厂中。为此，他们还研究了哪种发电厂工艺最适合耦合各个新开发的组件，以及如何将热量从固体传递到蒸汽轮机发电厂的基础工艺。
最后，他们使用仿真工具对整个系统进行建模，对其进行检查，然后对其进行经济评估。通过这种方式，可以扩展现有的技术和经济模型，并确定具有新组件的发电厂的最佳设计和运行。
