新型传热介质和空气壁提高太阳能热塔式发电厂的效率

接收器温度越高，太阳能热电厂的运行效率就越高。对流热损失也对产量有重要影响。弗劳恩霍夫太阳能系统研究所ISE和工业合作伙伴的HelioGLOW合作项目正在努力应对这些挑战：项目团队研究了一种新型陶瓷传热介质，包括发电厂设计和用于接收器隔热的空气壁。Stellio定日镜的开发反映了不断改进生产流程的趋势。

该项目的结果显示在最近发布的最终报告中(德文)中有所介绍。

传统的太阳能塔式电站以熔盐作为传热介质工作，它有一个温度限制：高于600°C，盐的腐蚀性会造成损坏。HelioGLOW项目使用固态传热介质，允许工作温度超过1,000°C，大大提高了效率。

传热介质通过接收器被驱动，并立即加热。为此，KraftblockGmbH开发了新型陶瓷接收器元件，该元件由具有高储热能力的无腐蚀性环保材料制成。陶瓷材料是在回收过程中生产的，因此具有成本效益。

该材料的温度发展和稳定性在FraunhoferISE试验台上进行了表征，随后在马德里IMDEA能源研究所的太阳能模拟器中进行了测试。项目团队能够使用测量结果作为分析材料在极端太阳辐射下行为的基础。“下一个目标将是进一步开发接收器的材料，使能量能够更深入地传输到体内，”Ing博士解释道。GregorBern，FraunhoferISE集中系统和技术组经理。

新型固态接收器集辐射接收器、传热介质和储热材料于一体，降低了电站建设成本。消除了传统管式接收器中的传热阻力和通量密度限制。由此产生的更高温度，即使在太阳辐射波动时也能更好地保持，也有助于降低太阳能热发电的成本。

空气壁减少30%的热损失

太阳能发电塔通常面临对流热损失，当温度高且太阳辐射浓度高时，这会降低效率。虽然接收器上的空气温度可高达600°C，但周围空气的温度通常在30°C至40°C左右。来自接收器的热量在流过接收器时传递给较冷的空气。不同风量的分离可以通过石英玻璃板来实现，但是这种玻璃板没有所需的尺寸。

为了克服这个问题，FraunhoferISE测试了由接收器开口上的强力喷嘴产生的“空气墙”来分隔空气量的想法。

FraunhoferISE项目团队的研究助理MoritzBitterling解释说：“直到最近，该解决方案还只是进行了模拟，但该技术从未在实际的发电厂中进行过演示。”

配备约的常规尺寸测试装置。使用50个温度传感器模拟使用加热元件的600°C接收器。我们的工业合作伙伴LuftwandtechnikGmbH专门为高温应用设计了空气壁系统，并将其安装在弗莱堡FraunhoferISE的接收器测试台上。使用此设置，将有空气壁的对流热损失与没有空气壁的对流热损失进行比较，测量达到600°C所需的加热功率。空气壁喷嘴的角度和空气流出速度等合适的操作参数与LuftwandtechnikGmbH达成一致。接收器的对流热损失可减少30%。该技术也适用于其他需要高温工艺的行业，分离炉子等主要温差可以减少损失。项目合作伙伴计划在后续项目中对此进行测试。

定日镜和整个发电厂的进一步发展

在太阳能热发电方面，太阳能发电塔越来越小。这就是为什么在HelioGLOW项目中，FraunhoferISE和sbpsonneGmbH致力于进一步开发他们的Stellio定日镜。目标是优化塔架设计并使设计适应更小的太阳能发电塔的要求，以进一步降低成本。FraunhoferISE使用3D激光扫描来测量定日镜的参数，并测试了现场快速定日镜测量的过程。实验室反射器表面的偏转测量用于分析特定负载情况下的变形影响。

FraunhoferISE的团队随后基于上述所有组件开发了一个整体概念，将固态传热介质接收器、空气壁和优化的Stellio定日镜集成到太阳能热电站中。研究人员评估了哪种电厂过程最适合耦合，以及热量如何从固态材料传递到电厂过程。使用热工水力模拟工具ColSimCSP对整个系统进行建模、检查并评估其技术和经济性能。这能够扩展现有的技术经济模型，并确定具有新组件的电厂的理想布局和运行。