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Zur Auslegung von innovativen Betonkollektorelementen für solarthermische Parabolrinnenkraftwerke

  • Kurzfassung Parabolrinnen stellen die wirtschaftlichste Form der solarthermischen Kraftwerke mit Solarstrahlenkonzentration dar. Die Kollektorelemente sind der entscheidende Faktor für die Wirtschaftlichkeit des gesamten Parabolrinnenkraftwerks. Stand der Technik ist es, die Kollektoren als räumliche Stahlfachwerke mit punktförmig gestützten Spiegeln auszuführen. Zu diesem Konstruktionsprinzip sind Alternativen möglich. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Machbarkeit einer wirtschaftlichen Konstruktionsvariante für die Ausführung der Parabolrinnen unter Verwendung des Werkstoffs Beton untersucht. Die dabei erörterten Fragestellungen umfassen ein breites Spektrum. Ein Schwerpunkt liegt auf der Konzeptionierung einer geeigneten Betonrezeptur und den damit verbundenen betontechnologischen Herausforderungen. Diese waren stets unter dem Gesichtspunkt einer schnellen Festigkeitsentwicklung zu betrachten. Des Weiteren konnte ein Großdemonstrator konzeptionell und baulich realisiert werden, durch welchen die Bauweise eines Parabolrinnenkollektorelements aus hochfestem Beton vor Augen geführt wird. Diesem sind zwei Innovationen immanent: Zum einen die Verwendung des Werkstoffs Beton, zum anderen sein neuartiges Auflagerungskonzept. Der fertiggestellte Großdemonstrator wurde in einer Genauigkeitsanalyse mittels optischer Messverfahren hinsichtlich seines Interceptfaktors, eine Kenngröße, von welcher der Systemwirkungsgrad abhängt, beurteilt. Ein weiterer betrachteter Aspekt ist die Maßhaltigkeit und Formstabilität von Beton, da durch Abweichungen von ihrer Sollgeometrie der Interceptfaktor einer Parabolrinne reduziert wird. Anhand von numerischen Untersuchungen wurden die unter realitätsnahen Bedingungen an einem geeigneten Standort auftretenden Verformungen für den Großdemonstrator analysiert und in Form einer rechnerischen Wirksamkeitsbeurteilung interpretiert. Abstract Parabolic troughs are the most economic type of solarthermal power plants working by concentrating solar power. The collector elements are the most influencing factor concerning the cost effectiveness of the whole power plant. State of the art is to construct the collectors as spatial steel truss systems with point-wise supported mirrors. Alternatives to this construction principle exist. In the thesis at hand the feasibility of an economic way of constructing of an economic execution of the parabolic troughs while using concrete as construction material was analyzed. The spectrum of the discussed questions is large. One focus was put on the conception of a suitable concrete and the connected challenges concerning the concrete technology. These were always to be considered under the aspect of a fast development of the strength. Furthermore, a full-size demonstrator was planned and built, which shows the construction method of a parabolic trough collector element using high-strength concrete. Two innovations are immanent: On the one hand, the use of the construction material concrete, on the other hand its novel supporting concept. The completed full-size demonstrator was evaluated regarding its intercept factor (a parameter by which the efficiency factor of the system is influenced) by using a precision analysis using optical measurement methods. Another examined aspect is the dimensional accuracy and stability of concrete because by deviations from the target geometry the intercept factor of a parabolic trough is reduced. By means of numerical methods the deflections, which result under realistic conditions at a suitable location, were analyzed and in due form of a mathematical effectiveness assessment interpreted.

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Metadaten
Author:Sören Müller
URN (permanent link):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-43623
ISBN:978-3-95974-017-3
Serie (Series number):Schriftenreihe der Fachgebiete Baustofftechnologie und Bauschadenanalyse, Massivbau und Baukonstruktion, Stahlbau des Studienganges Bauingenieurwesen (22)
Advisor:Jürgen Schnell, Mark Peter
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Publication Date:2016/04/23
Year of Publication:2016
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2016/02/05
Date of the Publication (Server):2016/04/25
Number of page:XII, 168
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Bauingenieurwesen
DDC-Cassification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Licence (German):Standard gemäß KLUEDO-Leitlinien vom 30.07.2015