Comparison of Different Concentrated Solar Power Collector Designs and Development of a Linear Fresnel Solar Collector Model
Hakkarainen, Elina (2015)
Diplomityö
Hakkarainen, Elina
2015
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2014122952384
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2014122952384
Tiivistelmä
Concentrated solar power (CSP) is a renewable energy technology, which could contribute to overcoming global problems related to pollution emissions and increasing energy demand. CSP utilizes solar irradiation, which is a variable source of energy. In order to utilize CSP technology in energy production and reliably operate a solar field including thermal energy storage system, dynamic simulation tools are needed in order to study the dynamics of the solar field, to optimize production and develop control systems.
The object of this Master’s Thesis is to compare different concentrated solar power technologies and configure a dynamic solar field model of one selected CSP field design in the dynamic simulation program Apros, owned by VTT and Fortum. The configured model is based on German Novatec Solar’s linear Fresnel reflector design. Solar collector components including dimensions and performance calculation were developed, as well as a simple solar field control system. The preliminary simulation results of two simulation cases under clear sky conditions were good; the desired and stable superheated steam conditions were maintained in both cases, while, as expected, the amount of steam produced was reduced in the case having lower irradiation conditions.
As a result of the model development process, it can be concluded, that the configured model is working successfully and that Apros is a very capable and flexible tool for configuring new solar field models and control systems and simulating solar field dynamic behaviour. Keskittävä aurinkovoima (CSP) on uusiutuvan energian teknologia, joka voi osallistua globaalien ilmansaasteisiin ja energian tarpeen kasvamiseen liittyvien ongelmien ratkaisemiseen. CSP-tekniikka hyödyntää vaihtelevaa auringonsäteilyä energialähteenään. Jotta CSP-tekniikkaa voitaisiin hyödyntää energian tuotannossa ja aurinkokenttäsysteemejä ja termisiä energiavarastoja operoida luotettavasti, tarvitaan dynaamisia simulointityökaluja aurinkokentän dynaamisen käyttäytymisen tutkimiseen, tuotannon optimointiin ja säätösysteemien kehitykseen.
Diplomityön tavoitteena on vertailla erilaisia CSP-tekniikoita ja luoda dynaaminen aurinkokenttämalli yhdestä valitusta tekniikasta VTT:n ja Fortumin omistamalla dynaamisella simulointiohjelmalla, Aproksella. Malli perustuu saksalaisen Novatec Solarin Fresnel-teknologiaan. Työssä luotiin aurinkokentän kollektorikomponentit, joihin sisältyy kollektorien dimensiot ja suorituskyvyn määritys, sekä yksinkertainen säätöpiiri kentälle. Mallia testattiin kahdessa eri tapauksessa pilvettömällä säällä. Alustavat simulointitulokset näyttivät, että molemmissa tapauksissa voitiin tuottaa tulistettua höyryä vakaissa olosuhteissa, kun taas höyryn määrä odotetusti laski toisessa tapauksessa, kun säteilytaso oli alhaisempi.
Johtopäätöksenä voidaan todeta, että luotu malli on täysin toimiva, ja että Apros on käyttökelpoinen työkalu aurinkokenttämallien rakentamiseen ja dynaamiseen simulointiin.
The object of this Master’s Thesis is to compare different concentrated solar power technologies and configure a dynamic solar field model of one selected CSP field design in the dynamic simulation program Apros, owned by VTT and Fortum. The configured model is based on German Novatec Solar’s linear Fresnel reflector design. Solar collector components including dimensions and performance calculation were developed, as well as a simple solar field control system. The preliminary simulation results of two simulation cases under clear sky conditions were good; the desired and stable superheated steam conditions were maintained in both cases, while, as expected, the amount of steam produced was reduced in the case having lower irradiation conditions.
As a result of the model development process, it can be concluded, that the configured model is working successfully and that Apros is a very capable and flexible tool for configuring new solar field models and control systems and simulating solar field dynamic behaviour.
Diplomityön tavoitteena on vertailla erilaisia CSP-tekniikoita ja luoda dynaaminen aurinkokenttämalli yhdestä valitusta tekniikasta VTT:n ja Fortumin omistamalla dynaamisella simulointiohjelmalla, Aproksella. Malli perustuu saksalaisen Novatec Solarin Fresnel-teknologiaan. Työssä luotiin aurinkokentän kollektorikomponentit, joihin sisältyy kollektorien dimensiot ja suorituskyvyn määritys, sekä yksinkertainen säätöpiiri kentälle. Mallia testattiin kahdessa eri tapauksessa pilvettömällä säällä. Alustavat simulointitulokset näyttivät, että molemmissa tapauksissa voitiin tuottaa tulistettua höyryä vakaissa olosuhteissa, kun taas höyryn määrä odotetusti laski toisessa tapauksessa, kun säteilytaso oli alhaisempi.
Johtopäätöksenä voidaan todeta, että luotu malli on täysin toimiva, ja että Apros on käyttökelpoinen työkalu aurinkokenttämallien rakentamiseen ja dynaamiseen simulointiin.