Optimised High-Performance Concrete Shells for Parabolic Trough Collectors

Civil Engineering Design

et al. 2020

In Concentrated Solar Power (CSP) plants the incident solar radiation is focused onto a receiver by means of collectors. A fluid is heated up and in a downstream power block electricity is generated. In point-focusing solar towers, the solar concentration is achieved by so-called heliostats that are arranged to a solar field. In this contribution, the development of concrete heliostats with circular shapes and an aperture area of 30 m 2 is presented. A high-performance concrete with high tensile and compressive strength values is used. The circular structure is dissolved into identical but symmetrically reduced modules derived from system reduction methods. For designing, the tensile strength of the concrete is restrictive to ensure linear-elastic material behavior and to avoid softening by cracking. After dimensioning, the derived equivalent plate is converted into strut-like structures possessing equal stiffnesses with respect to the partial module size. These modules are circularly post-tensioned to form a heliostat. Numerical investigations of the modules prove their accuracy. A full solar concentration, that is, the reflected solar radiation is completely focused on the receiver, is achieved. Due to the multitude of modules within a solar field, serial production with integrated quality control is recommended.

Section: Development Of Partial Structures Using Symmetry Reductionmentioning

confidence: 99%

Section: Conceptual Design Of Modular Concrete Heliostatsmentioning

confidence: 99%

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Design of modular concrete heliostats using symmetry reduction methods

Forman

Penkert

Civil Engineering Design

et al. 2020

“…Um den Schalungsaufwand für die prototypische Umsetzung vergleichsweise gering zu halten, wurde die Schale als einwandiger Vollquerschnitt ausgeführt. Ein Entwurf mit äußeren Versteifungsrippen oder innen liegenden Hohlkörpern ist zur weiteren Materialreduktion denkbar.…”

Section: Entwurf Und Randbedingungenunclassified

Konzeptionierung und Errichtung eines originalmaßstäblichen Parabolrinnenkollektors aus Hochleistungsbeton

Penkert

Forman

Beton und Stahlbetonbau

et al. 2019

Parabolrinnen sind die etablierteste Technologie konzentrierender solarthermischer Kraftwerke, welche die direkte solare Strahlung linienartig zur nachträglichen Stromerzeugung mittels Kraftwerksblock bündeln (Concentrated Solar Power). Bisherige Kollektoren bestehen überwiegend aus Stahlfachwerken, die parabolisch gekrümmte Spiegel punktartig stützen. Dabei entsteht eine Trennung von Trag‐ und Reflektorstruktur. Diese Separation wurde durch eine Betonschale mit einem kleinformatigen Demonstrator aus Hochleistungsbeton mit neuartiger Abrolllagerung aufgehoben [3]. Im Projekt ConSol („Concrete Solar Collector“) wurde von einem Konsortium unter Führung des Deutschen Zentrums für Luft‐ und Raumfahrt (DLR) dieses konzeptionelle Design aufgegriffen und auf originalmaßstäbliche Parabolrinnen mit einer Aperturweite von 5,77 m und einer Gesamtlänge von 24 m weiterentwickelt. Dazu wurde eine verformungsoptimierte, filigrane Betonschale von nur i. M. 4,5 cm Dicke entwickelt, welche auf einer sichelförmigen Abrolllagerung der Sonne nachgeführt wird. Ein Kippen bzw. Abrutschen wird durch Betonverzahnungen verhindert. Die Nachführung gelingt über ein eigens entwickeltes Antriebssystem mit Kettenverbindungen und einer Leistung von nur 180 W. Eine Qualifizierung der optischen Wirksamkeit erfolgte mithilfe digitaler Nahbereichsphotogrammetrie.

“…An alternative approach is to apply optimization methods and thus adapt either the reinforcement or the overall structural design . Doing so, the structures are shaped and designed according to the internal flow of stresses and consistent with the principle of “form follows force.” In the paper, a similar strategy is employed.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Downsizing weight while upsizing efficiency: An experimental approach to develop optimized ultra‐light UHPC hybrid beams

Gaganelis

2019

Structural Concrete

A three‐phase topology optimization is applied to a conventional reinforced concrete (RC) beam loaded in four‐point bending. The aim is to reduce material amounts to a minimum while preserving load bearing capacity and stiffness. The optimization result is converted into two alternative designs, namely a RC truss structure and a hybrid concrete‐steel (HCS) truss structure. The RC truss structure is constructed in conventional reinforced concrete. By contrast, the HCS truss structure is designed using ultra‐high performance fiber‐reinforced concrete (UHPFRC) and S355 structural steel. Experimental studies demonstrate a 53% reduction in weight of the RC truss structure compared to the reference beam, while achieving a similar load bearing capacity and a significantly higher stiffness, albeit by increasing the structure's height. For the HCS truss structure, the weight saving is considerably higher, namely 83%, whereas the load bearing capacity can be increased by 10%. The stiffness remains comparable to that of the RC truss structure by increasing the structure's height likewise, while a more ductile type of failure is achieved.