DE2852654C2 - Turmreflektor für konzentrierende Solarkraftwerke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Turmreflektor für konzentrierende Solarkraftwerke nach der Methode der zweistufigen Konzentration.

Solarkraftwerke nach der genannten Methode sind bekannt, s.a. SPIE Vol.68 (1975) Solar Energy Utilization, S. 85 ff. Sie stellen eine gedankliche Weiterentwicklung zu dem bereits realisierten Turm-Absorber-Konzept dar, siehe Brennstoff-Wärme-Kraft 28 (1976) Nr. 12, S. 470 ff, 473.

Bei diesem Konzept wird das direkte Sonnenlicht durch ein Heliostatenfeid von bis zu mehreren 100 m Durchmesser in einem Turmabs_.rber konzentriert und absorbiert. Der Turm weist eine stattliche Höhe auf, wobei schon Turmhöhen bis 450 m vorgeschlagen worden sind. Ein Wärmelrägerfluid wird durch Leitungen zum Absorber auf der Turmspitze gepumpt, dort erhitzt und am Fuße des Turmes einem Dampferzeuger zugeführt. Der Dampf wird in konvenlioneller Weise zum Antrieb einer Turbine u. dgl. verwendet.

Die Nachteile des Turm-Absorber-Konzepis liegen auf der Hand. Der Turm muß sehr stabil gebaut sein, um den Absorber tragen zu können. Leitungen und Armaturen zusammen mit notwendigen Pumpen verschlechtern den Wirkungsgrad. Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten im Absorberbereich sind umständlich und zeitraubend. Beim Konzept der zweistufigen Konzentration wird der Absorber dagegen am Boden angebracht. Das führt bereits zu ganz erheblichen Vereinfachungen beim Bau der Anlage. Das durch das Heliostatenfeld konzentrierte Sonnenlicht wird durch einen an der Turmspitze angebrachten Reflektor zum Absorber am Boden hin reflektiert. Hauptleitungen mit Pumpe usw. entfallen. Außerdem kann der Reflektor so ausgelegt sein, daß eine bessere Bündelung des Sonnenlichts und folglich ein höherer Wirkungsgrad erzielt werden. Damit verringern sich auch die Anforderungen an die Genauigkeit der Heliostaten und deren Sonnennachführung. Daneben kann der Absorber mit einem Speicher integriert werden.

Reflektoren, die einfallendes Sonnenlicht auf Absorber konzentrieren, sind an sich bekannt. So zeigt die US-PS 38 84 217 eine Anordnung mit zweistufiger Konzentration, wobei der zweite Reflektor, der die von einer Anzahl erster Reflektoren kommende Sonnenstrahlung bündelt und auf Absorberrohre konzentriert, allerdings nicht auf einem Turm angebracht, sondern mit dem am Boden befindlichen Absorber räumlich integriert ist. Die gesamte, aus ersten Reflektoren sowie dem zweiten Reflektor bestehende Anordnung ist auf einem gemeinsamen Gestell montiert. Die Anzahl und die Ausmaße der ersten Reflektoren sind nicht entfernt mit einem Heliostatenfeid vergleichbar, bei dem ein Turmreflektor zur Anwendung kommen soll. Ein solcher Turmrefleklor muß aufgrund der außerordentlich hohen einfallenden Strahlungsleistung für sehr hohe Temperaturen ausgelegt sein, und gleichzeitig sollte die Gewichtsbeiastung des Turmes durch den Reflektor möglichst niedrig sein. Nun wird in der US-PS 38 84 217 zwar vorgeschlagen, den zweiten Reflektor mit Hilfe eines hindurchströmenden Wärmeträgerfluids zu kühlen, wodurch die thermische Belastbarkeit des Reflektors gesteigert wird. Andererseits ist dieser Druckschrift nicht zu entnehmen, wie ein TurmreflektGf beschaffen sein müßte, der den stark erhöhten Anforderungen hinsichtlich thermischer Belastbarkeit, geringen Gewichts sowie mechanischer Stabilität, die an einen solchen Reflektor zu stellen sind, genügt.

Weitere bekannte konzentrierende Reflektoren, so etwa die gemäß der US-PS 30 09 391, der US-PS 39 98 206, die FR-PS 8 24 726 oder der CH-PS 24 525, sind ebenfalls nicht zum Einsatz als Turmreflektoren geeignet. Bei diesen handelt es sich um konzentrierende Einzelreflektoren, denen jeweils ein eigener Absorber zugeordnet ist Aufgrund der daher relativ geringen einfallenden Strahlungsleistung stellt sich hier schon gar nicht das Problem, besonders hohe thermische Belastungen des Reflektors zu berücksichtigen. Daher ist bei diesen Reflektoren auch keine Kühlung vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Turmreflektor der eingangs genannten Art bereitzustellen, der den außerordentlich hohen thermischen Belastungen genügt, denen ein Turmreflektor als Sekundärreflektor ausgesetzt ist. der weiterhin durch geringes Gewicht leichte und bCJige Turmkonstruktionen ermöglicht und gleichzeitig die erforderliche mechanische Stabilität und Lebensdauer aufweist sowie schließlich auf möglichst einfache und kostengünstige Art herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Reflektor eine Kühlkanäle bildende, eine aktive Kühlung mittels eines Wärmeträgerfluids ermöglichende, eine Verspiegelung aufnehmende und aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit bestehende Profilstruktur aufweist, deren Rückseite eine galvanisch hergestellte Abdeckung und darüber eine galvanisch aufgebrachte Armierung hoher Tragfestigkeit zur Befestigung eines Tragelements trägt.

Eine Profilstruktur im Sinne der Erfindung besieht nach dem Prinzip der Versteifung einer Tragstruktur nicht aus Vollmaterial, sondern weist Rippen oder Stege auf und erhält somit im Querschnitt ein bestimmtes Profil. Dieses Profil gibt die erforderliche Steifigkeit, dient zur Bildung der Kühikanäie und sorgt durch relativ große Wärmeübergangsflächen für eine gute Wärmeableitung. Die Vorderseite dieser Profilstnuktur dient zur Aufnahme einer Verspiegelung, welche entweder galvanisch oder in Form eines dünnen flexiblen Spiegels aufgebracht sein kann und ist der gewünschten Spiegeloberfläche entsprechend vorzugsweise gewölbt auszuführen.

Die Rückseite der Profilstruktur ist mit einer galvanisch hergestellten Abdeckung versehen, wodurch

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die im allgemeinen rückwärtig offenen Kühlkanäle geschlossen werden. Auf diese Abdeckung ist ebenfalls galvanisch eine Armierung hoher Tragfestigkeit aufgebracht, die mit einer Tragstruktur an der Spitze des Turmes zu verbinden ist. Diese durch die Erfindung gegebene Bauweise genügt allen oben gestellten Anforderungen und ist optima' auf die Verwendung als Turmreflektor abbestellt.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Durch die vollgalvanische Herstellung mit Hilfe von Formkörpern ist auf einfache Weise eine hohe Oberflächengenauigkeit für die Verspiegelung gewährleistet, durch deren Aufbringung auf galvanischem Wege dieser Vorteil nicht beeinträchtigt wird. Außerdem ist durch diese Art der Aufbringung ein besonders guter Wäimekontakt zur Profilstruktur gegeben. Die leichte und steife Profilstruktur ermöglicht leichte und billige Turmkonstruktionen. Das erhitzte, aus den Kühlkanälen abfließende Wärmeträgerfluid kann zur Deckung des elektrischen Eigenbedarfs des Kraftwerkes herangezogen werden. Durch gezielte Auswahl des Absorptionskoeffizienten der Verspiegelung ist die abzuzweigende Wärme einstellbar. Da wegen dieser Eigenbedarfsnutzung ein extrem niedriger Absorptionskoeffizient der Verspiegelung gar nicht erforderlich ist. kann in diesem Zusammenhang auch auf die Verwendung extrem teurer und wetteranfälliger Beschichtungen zur Erniedrigung des Absorptionskoeffizienten verzichtet werden.

Anhand der Figuren wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zdgt in schematischer Weise

F i g. 1 den Gesamtaufbau einesTurmreflekiors;

F i g. 2 den Teilquerschnitt durch einen Reflektor:

Fig.3 eine Anlage mit Einrichtungen zur Deckung des Eigenbedarfs.

Gemäß Fig. 1 sind wesentliche Bestandteile des Turmreflektors ein gekühlter Reflektor 21 und ein Tragelement 71. welches in Leichtbauweise in bekann-

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35 ter Weise ausgeführt wird.

In Fi g. 2 ist ein Teilquerschnitt durch einen Reflektor in vollgalvanischer Ausführung näher dargestellt. Er besteht aus einer Verspiegelung 23. beispielsweise Silber, einer Profilstruktur 24, welche sowohl eine etwaige Wölbung des Reflektors beschreibt, als auch auf der Rückseite Kühlkanäle 25 aufnimmt- Die Profilstruktur 24 wird in bekannter Weise auf Formkörpern vollgalvanisch hergestellt.

Eine Abdeckung 26 wird ebenfalls aufgalvanisicn, so daß geschlossene Kühlkanäle 25 entstehen. Die Kühlkanäle 25 durchlaufen in nicht näher dargestellter Weise die Profilstruktur 24 nach Art eines Mäanders. Als Werkstoff für die Profilstruktur 24 und ihre Abdeckung 26 wird ein Material hoher Wärmeleitfähigkeit gewählt, vorzugsweise Kupfer oder eine Kupferlegierung.

Um dem Reflektor eine genügende Steifigkeit zu geben, ist eine Armierung 9 ebenfalls galvanisch aufgebracht. Als hochfeste Materialiü; können hierfür z. B. Chrom oder Nickel verwendet werden. Die Armierung 9 dient weiter zur Anbringung der Tragstruktur 22, etwa durch Verschrauben.

Die Kühlkanäle 25 in der Profilstruktur 24 können selbstverständlich auch durch Fräsen, Elektroerosion o. ä. bekannte Maßnahmen hergestellt werden.

In Fig.3 ist schematisch ein Turmkraftwerk mit Reflektorkühlung zur Deckung des Eigenbedarfs dargestellt. Leitungen 28 transportieren ein geeignetes Wärmeträgerfluid zum Reflektor 21 bzw. von dort zu einem Dampferzeuger 29, dem in konventioneller Weise eine Turbine 30 zur Stromerzeugung folgt. Weiterhin zeigt Fig. 3 zwei Heliostaten 11 eines Heliostatenfeldes, einen am Fuß eines Reflcktorturmes aufgestellten, die konzentrierte Solarstrahlung aufnehmenden Absorber 12, einen durch Leitungen für ein Wärmeträgerfluid mit dem Absorber verbundenen Dampferzeuger 14 sowie eine von letzterem mit Dampf zur Energieerzeugung versorgte Turbine 15.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Turmreflektor für konzentrierende Solarkraftwerke nach der Methode der zweistufigen Konzentration, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (21) eine Kühikanäie (25) bildende, eine aktive Kühlung mittels eines Wärmeträgerfluids ermöglichende, eine Verspiegelung (23) aufnehmende und aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit bestehende Profilstruktur (24) aufweist, deren Rückseite eine galvanisch hergestellte Abdeckung (26) und darüber" eine galvanisch aufgebrachte Armierung (9) hoher Tragfestigkeit zur Befestigung eines Tragelements (22) trägt.

2. Turmreflektor nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die Profilstruktur (24) mit Hilfe von Formkörpern vollgalvanisch hergestellt isL

3.Turmreflektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verspiegelung (23) auf der Profilstruktur (24) aufgalvanisiert ist.