Assessment of a solid particle receiver for a high temperature solar central receiver system

Falcone, P.K.; Noring, J.E.; Hruby, Jill M.

doi:10.2172/6023191

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“…Gleichzeitig sind sie als Speichermedium einsetzbar [Falcone, Noring et al 1982;Griffin, Stahl et al 1986]. Der bekannteste Vertreter für Partikelreceiver ist der Fallfilmreceiver [Falcone, Noring et al 1985;Kim, Siegel et al 2009;Röger, Amsbeck et al 2011;Gobereit 2015]. Hierin bilden fallende Partikel eine Art Vorhang im Receiver, welcher bestrahlt wird.…”

Section: Konzentrierende Solarthermische Energiegestehungunclassified

“…Eines der ersten Konzepte zum Gebrauch von Granulat als WTM ist der Fallfilmreceiver wie der in [Falcone, Noring et al 1985] vorgestellt wird (siehe Abbildung 2-1). Das Granulat wird über einen Verteiler in den Innenraum des Receivers geführt.…”

Section: Fallfilmreceiverunclassified

“…2-1 Prinzip Schaubild eines Fallfilmreceivers; nach [Falcone, Noring et al 1985] Die thermische Leistung dieser Receiver ist maßgeblich von den Eigenschaften des Granulat-Vorhanges abhängig. Entsprechende Forschung wurde durch [Gobereit 2015] vorgestellt.…”

Section: Fallfilmreceiverunclassified

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Strömung von Granulaten in Zentrifugal-Partikelreceivern. Granular Flow in Centrifugal Particle Receivers

Trebing¹

2020

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Zentrifugal-Partikelreceiver stellen eine neuartige Komponente für die konzentrierende solare Energiegestehung (CSP) dar. Sie werden in punktfokussierenden CSP-Kraftwerken eingesetzt und gehören-im Gegensatz zu den bereits im Markt befindlichen indirekt absorbierenden Rohrreceivern-der Gruppe der direktabsorbierenden Receiver an. Als Wärmeträgermedium wird hierbei Granulat genutzt, wie beispielsweise Bauxit-Proppants. Bauxit als Wärmeträgermedium ermöglicht höhere Prozesswirkungsgrade aufgrund von höheren Anwendungstemperaturen als in aktuell kommerziell eingesetzten, indirekt absorbierenden Systemen. Gleichzeitig ist Bauxit-Granulat als Wärmespeichermedium einsetzbar, da es besonders kostengünstig ist. Das Potential des Zentrifugal-Partikelreceiver wurde bereits erfolgreich in einem 15kWth Laborreceiver am Deutschen Zentrum für Luft-und Raumfahrt e.V. (DLR) bewiesen. Darauf aufbauend verfolgt diese Arbeit das Ziel, die Strömungsmechanik von fließenden Granulaten zu modellieren. Es werden zwei Modellansätze hergeleitet. Beide beruhen auf der Modellierung des Granulatflusses als Kontinuum. Zum einen wird ein Ansatz verfolgt in welchem das Granulat mittels lokaler Rheologie beschrieben wird und zum anderen wird ein rein empirischer Ansatz entwickelt. Um die Modelle zu bewerten, werden Versuche in einem Laborreceiver durchgeführt und die Partikelbewegung mittels particle tracking velocimetry (PTV) vermessen. Das Modell basierend auf lokaler Rheologie steht in guter Übereinstimmung mit den Messungen aus dem Laborreceiver. Im Vergleich zum empirischen Modell ermöglicht es eine wesentlich detailliertere Beschreibung der Strömungsmechanik. Es bietet somit die Möglichkeit, das Fließverhalten von kommerziellen Zentrifugal-Partikelreceivern zu beschreiben. Das empirische Modell ist hierzu nicht in der Lage.

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Section: Konzentrierende Solarthermische Energiegestehungunclassified

Section: Fallfilmreceiverunclassified

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Strömung von Granulaten in Zentrifugal-Partikelreceivern. Granular Flow in Centrifugal Particle Receivers

Trebing¹

2020

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“…The particle mass flow rate through the 1.24 m wide discharge slot (6.35 mm aperture) was measured to be 2.7 kg/s/m or 3.3 kg/s. 2 Inside the receiver, the particles flowed through and over the chevron-shaped mesh structures (similar to a Pachinko board) as they were irradiated by the concentrated solar flux entering through the aperture [22,23]. The width and depth of the chevrons was $7 cm Â 13 cm, and the slot of the discharge plate was centered over the chevrons.…”

Section: Obstructed-flow Particle Receivermentioning

confidence: 99%

“…Conventional concentrating solar power systems that employ central receivers typically utilize a heat transfer fluid (e.g., water, molten salt, air, liquid metal) flowing through tubes or channels to cool the irradiated receiver. Falling particle receivers are being investigated to enable higher operating temperatures (>700 C), inexpensive direct storage, and higher receiver efficiencies for concentrating solar power technologies and hydrogen production [1][2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14][15][16]. Unlike conventional receivers that employ fluid flowing through tubular receivers, falling particle receivers use solid particles that are heated directly as they fall through a beam of concentrated sunlight for direct heat absorption.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

On-Sun Performance Evaluation of Alternative High-Temperature Falling Particle Receiver Designs

Christian

Yellowhair

et al. 2018

Journal of Solar Energy Engineering

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This paper evaluates the on-sun performance of a 1 MW falling particle receiver. Two particle receiver designs were investigated: obstructed flow particle receiver versus freefalling particle receiver. The intent of the tests was to investigate the impact of particle mass flow rate, irradiance, and particle temperature on the particle temperature rise and thermal efficiency of the receiver for each design. Results indicate that the obstructed flow design increased the residence time of the particles in the concentrated flux, thereby increasing the particle temperature and thermal efficiency for a given mass flow rate. The obstructions, a staggered array of chevron-shaped mesh structures, also provided more stability to the falling particles, which were prone to instabilities caused by convective currents in the free-fall design. Challenges encountered during the tests included nonuniform mass flow rates, wind impacts, and oxidation/deterioration of the mesh structures. Alternative materials, designs, and methods are presented to overcome these challenges.

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Solid Storage Media

Steinmann¹

2021

Thermal Energy Storage for Medium and High Temperatures

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Assessment of a solid particle receiver for a high temperature solar central receiver system

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Strömung von Granulaten in Zentrifugal-Partikelreceivern. Granular Flow in Centrifugal Particle Receivers

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On-Sun Performance Evaluation of Alternative High-Temperature Falling Particle Receiver Designs

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