Schott Solar
Transcript of Schott Solar
SCHOTT SolarSCHOTT Solar Business Segment CSP
Setiembre 25, 2008SHS/SOLA
Avances en Tecnología de Receptores para Colectores Parabólicos
Generación Eléctrica conPlantas Termosolares
Zaragoza, 25 de Setiembre 2008
L. A. Solá
SCHOTT Solar, S.L.
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Mitterteich (Alemania)§ Central, R&D
§ Producción: Agosto 2006
§ Capacidad: 200 MW p.a.
§ Incl. planta piloto para nuevos desarrollos
Albuquerque (USA) Lineas 4 & 5§ Producción: Primavera 2009
§ Capacidad:
1. fase: 200 MW p.a.
2. fase: 400 MW p.a.
Nuevos emplazamientos en EspaNuevos emplazamientos en Españña y New Mexicoa y New Mexico
Sevilla (España) Linea 2 & 3§ Producción: Marzo 2008
§ Capacidad:1. fase: 200 MW p.a.2. fase: 400 MW p.a.
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El El TuboTubo Receptor Receptor eses el el ComponenteComponente Clave de los Clave de los ColectoresColectores CilindroCilindro ParabParabóólicoslicosLa eficiencia viene determinada por:
è las propiedades ópticas del tubo de vidrio y
del recubrimiento selectivo
è la alta estabilidad del vacío
18 kW DNI (max)
absorbedor 4m x 70mm∅
Radiation heat loss0.6 kW - 1.4 kW (300-400°C)
pérdidas porreflexión 0.85 kW
pérdidas porsombras 0.1 kW pérdidas por
reflexión 0.7 kW
vacío
15 kW max
potentialgas heat lossesup to 3-4 kW
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SCHOTT PTR 70 SCHOTT PTR 70 -- Receptor Receptor parapara CilindroCilindro ParabParabóólicoslicosè Desarrollo 2002 - 2005
è En el mercado desde 2006
Unión Vidrio-Metal a prueba de defectosnueva combinación de materiales con coeficientes térmicos de dilatación adecuados
Diseño con longitud reducidadel fuelle de compensaciónlongitud activa > 96%
Tubo de vidrio con recubrimiento AR de Alta transmitancia • 96%Alta resistencia a la abrasión
Aislamiento por vaciopresión < 10-3 mbar mantenido por getters
Tubo de acero con recubrimientoaltamente selectivo absortividad solar • 95%emisividad • 14% @400°Calta durabilidad
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Aceite térmico / diseño LS3
K Operación hasta 400 °C con generador de vapor
J tecnología probadaK almacenamiento térmico posible
(indirecto) K eficiencia global 16-17%L problema permeabilidad del
Hidrógeno
Generación Directa de Vapor- temperaturas > 500°C - eficiencia >20% - HTF más barato
Nuevo HTF- temperaturas más altas - más eficiencia - sin problemas de H2
Sales fundidas- temperaturas > 500°C - eficiencia >20% - almacenamiento
?
Nuevas dimensiones / diseños- sistemas de menor coste- más concentración - más eficiencia
Hoy:
TecnologTecnologííaa del del ColectorColector CilindroCilindro ParabParabóólicolico FuturoFuturo
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Pricipal problema
Problema con Hidrogeno
Corrosión en el tubo absorbedor
Presión del sistema
Temperatura máxima deoperación
Estabilidad del fluido
si
no
30 - 40 bar
400°C
Aceitesintético
Alta presión, peso
Congelación
improbableimprobable
no?
60 - 120 bar10 - 20 bar
480-500°C500-520°C
GDVSales fundidas
CompaciCompacióónn de de HTFsHTFs
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è recubrimiento Sol-Gel basado en solución alcohólica con nano partículas de SiO2
è alta resistencia a la abrasión
è transmitancia solar hasta un 97%
RecubrimientoRecubrimiento AR con AR con altaalta TransmitanciaTransmitancia SolarSolar
Solo vidrioτ = 92%
Con rec. ARτ > 96%
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Soluciones para el Problema con el HidrogenoSoluciones para el Problema con el Hidrogeno
H2
oiloil
Glass
Steel tubeGetter
vacuum
Problema:è Descomposición térmica del aceite, en operación
se genera hidrogeno.è La permeación del Hidrogeno a través del tubo
absorbedor de acero ocasiona pérdida de vacío e incremento de la pérdida térmica (factor 2-3)
Solución:è Barrera para reducir la permeabilidadè Cantidad apropiada de getters asamblados en el
lugar „más frio“.
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BloquearBloquear el el HidrHidróógenogeno con con cargacarga de Xenon en el de Xenon en el vacvacííoo
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000
Pressure [mbar]
Heat Losses [W] @ 400°C
radiation level
Hydrogen gas heat conduction loses
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000
Pressure [mbar]
Heat Losses [W] @ 400°C
radiation level
Hydrogen gas heat conduction loses
è Hidrogeno puede reducir la eficiencia en un 20%
è Hidrogeno puede ser bloqueado con Xenon. Las pérdidas térmicas resultantes son solo ligéramente superiores a las de radiación
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El mayor El mayor retoreto eses la la reduccireduccióónn de de laslas ppéérdidasrdidas ttéérmicasrmicasè pérdidas térmicas promedio son 220 - 250 W/m
è una reducción de 1/3 mejora la eficiencia global en un 2%
è esta reducción es obligatoria en operación a mayor temperatura
è solución obvia: menor emisividad del tubo absorbedor
0
100
200
300
400
500
0 50 100 150 200 250 300 350 400
T_absorber - T_ambient [K]
heat
loss
[W/m
] @ 4
00°C
NREL
Sandia
EuroTrough
Thermorec
Messung
NREL
SANDIA
EuroTrough
DLR ThermoRec
SCHOTT test
0
100
200
300
400
500
0 50 100 150 200 250 300 350 400
T_absorber - T_ambient [K]
heat
loss
[W/m
] @ 4
00°C
NREL
Sandia
EuroTrough
Thermorec
Messung
NREL
SANDIA
EuroTrough
DLR ThermoRec
SCHOTT test
0
100
200
300
400
500
0 50 100 150 200 250 300 350 400
T_absorber - T_ambient [K]
heat
loss
[W/m
] @ 4
00°C
NREL
Sandia
EuroTrough
Thermorec
Messung
NREL
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EuroTrough
DLR ThermoRec
SCHOTT test
0
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0 50 100 150 200 250 300 350 400
T_absorber - T_ambient [K]
heat
loss
[W/m
] @ 4
00°C
NREL
Sandia
EuroTrough
Thermorec
Messung
NREL
SANDIA
EuroTrough
DLR ThermoRec
SCHOTT test
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Setiembre 25, 2008SHS/SOLA 0,4 0,6 0,8 1 2 4
0
500
1000
1500
2000
2500
Σ Eλ
= 0,992,5
100 °C
Σ Eλ
= 0,95
1,35 1,75
500 °C
400 °CΣ E
λ= 0,87
radi
ance
tem
pera
ture
[K]
wave length [µm]
AM 1.5, beam
0,4 0,6 0,8 1 2 4 6 8 10 200,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
E λ[Wm
-2µm
-1] (
norm
.) / r
efle
ctan
ce
wave length [µm]
AM 1.5, beamblack body 500°Cblack body 400°Cblack body 300°C
DiseDiseññoo de un de un RecubrimientoRecubrimiento AbsorbedorAbsorbedor NuevoNuevoRequerimientos:è emisividad <0.12 @ 500°C
è absortividad > 0.95
è estable hasta 550-600°C
è proceso de producción estable
High absorptance High reflectance
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0,4 0,6 0,8 1 2 4 6 8 10 200,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
α = 95.5% ε(400°C) = 12% ε(500°C) = 17%α = 95.5 %
ε(400°C) = 8% ε(500°C) = 11.5%
refle
ctan
ce
wave length [µm]
RecubrimientoRecubrimiento AbsorbedorAbsorbedor Nuevo Nuevo –– PropiedadesPropiedades ÓÓpticaspticasè recubrimiento en múltiples capas con diferentes capas barrera
è emisividad @ 400°C por debajo del 10%
è absortancia sin cambio
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0 200 400 600 800 10000,82
0,84
0,86
0,88
0,90
0,92
0,94
0,96
0,98
thermal emittance @ 400°C
solar absorptance
aging time [h] @ 550°C
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0,20
RecubrimientoRecubrimiento AbsorbedorAbsorbedor Nuevo Nuevo -- Accelerated AgingAccelerated Agingè Env. Acelerado realizado a 550°C (1000 h)
è probada estabilidad a 400°C, muy probable a 500°C
è son necesarias más pruebas para definir el límite de estabilidad
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ConclusionesConclusiones
èSales fundidas y generación directa de vapor como las opciones más prometedoras
para incrementar la eficiencia del sistema
è La temperatura de operación está limitada a las propiedas del tubo absorbedor
( emisividad y durabilidad )
è Una temperatura de operación de 500°C parece posible
è Nuevo recubrimiento absorbedor desarrollado con baja emisividad y excelente estabilidad
a altas temperaturas
è Nuevos aparatos de medida desarrollados para controlar la calidad del acero y de los
getters en relación a la permeabilidad del Hidrógeno
è la carga de Xe bloquea permanentemente la conducción térmica del Hidrógeno pero
incrementa ligeramente pérdidas térmicas