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Mark/Schnell - Heliostaten

Adaptive Präzisionsstrukturen von Heliostaten aus Hochleistungsbeton für punktfokussierende Solarkraftwerke

Kurzvorstellung

Die bisher im Rahmen des SPP 1542 erbrachten Arbeiten zur Parabolrinnentechnik haben gezeigt, wie aussichtsreich die Verwendung von Feinkornbetonen für die Herstellung hochpräziser, formstabiler Bauteile ist. Es kann gelingen, die in der Solartechnik gestellten Anforderungen an strahlenfokussierende Systeme zielsicher und auf Dauer zu erfüllen. Wegen der extrem hohen Wiederholungszahl gleicher oder sehr ähnlicher Fertigteile sind Heliostate für den Betonfertigteilbau auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten in nahezu idealer Weise geeignet. Die Realisierung geringfügiger Adaptionen fordert zudem die Entwicklung innovativer Fertigungsmethoden heraus.

Die im SPP 1542 am Beispiel der Parabolrinnentechnik gewonnenen Erkenntnisse hinsichtlich Formoptimierung, Betonzusammensetzung und Herstelltechnik ermutigen zur Übertragung auf verwandte Anwendungsgebiete. Der Nachweis der Übertragbarkeit auf Heliostate – insbesondere aufgrund der hohen Genauigkeitsanforderungen – muss allerdings noch erbracht werden.

Die Leitidee, als Bewehrung ausschließlich eine Ringvorspannung am Bauteilrand aufbringen zu wollen, erfordert eine Überprüfung hinsichtlich der Auswirkung von Exzentrizitäten auch auf zeitabhängige Verformungen.

Die Weiterentwicklungen zielen auf eine weitgehend industrialisierte Präzisionsfertigung von Serienbauteilen aus Hochleistungsbeton mit folgenden zentralen Herausforderungen:

  1. Geometrische Genauigkeit (Präzisionssprung): Durch die Lage des Fokalpunktes im Solarturm – bis zu hunderten Metern vom Heliostaten entfernt – steigen die Anforderungen an die Glätte der Oberflächen bis zu einer Größenordnung gegenüber denen bei Parabolrinnen, wo die Strahlenumlenkung über wenige Meter erfolgt.
  2. Adaptivität (Einbezug ausgewählter Variabilität): Mit zunehmendem Abstand der konzentrischen Reihen um den Solarturm öffnen sich die Paraboloide der Spiegelflächen mehr und mehr, so dass im Wesentlichen gleiche, teiladaptive Fertigteile mit einzelnen geometrischen Anpassungsparametern (Parabelöffnung, Rotationspunkt des Antriebs = Bauteilschwerpunkt) zu erstellen sind.
  3. Bewehrungsminimierung (Verkürzung von Fertigungszeiten): Durch Ringvorspannung und eine überdrückte, in Streben aufgelöste Struktur sollen konventionelle Stab- und Flächenbewehrungen zur Fertigungserleichterung weitgehend vermieden und das Potential des Hochleistungsbetons noch besser genutzt werden.

Projektziel ist also zum einen die Ausräumung noch offener Fragestellungen. Zum anderen soll ein großmaßstäblicher Demonstrator auf dem Campus der TU Kaiserslautern helfen, den Nachweis der Machbarkeit antreten und die Investitionsbereitschaft potenzieller Anwender wecken zu können.

 

Abb.: Entwicklung der Gesamttragstruktur mithilfe von Symmetriereduktionstechniken mit Ersatzsystem (Grafik: Patrick Forman)

Projektleiter/Antragsteller: Prof. Dr.-Ing. Peter Mark (Ruhr-Universität Bochum)
Peter.Mark@rub.de
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Prof. Dr.-Ing. Jürgen Schnell (TU Kaiserslautern)
juergen.schnell@bauing.uni-kl.de
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SPP-Teilprojekt: Leichte verformungsoptimierte Schalentragwerke aus mikrobewehrtem UHPC am Beispiel von Parabolrinnen solarthermischer Kraftwerke
 
Bearbeiter:

Dipl.-Ing. Patrick Forman (Ruhr-Universität Bochum)
patrick.forman@ruhr-uni-bochum.de
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Dipl.-Ing. Sebastian Penkert (TU Kaiserslautern)
sebastian.penkert@bauing.uni-kl.de
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Projektpartner:

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Solarforschung, Punktfokussierende Systeme, Stuttgart
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Ducrete GmbH, Limburg
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Innogration GmbH, Bernkastel-Kues
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Almeco GmbH, Bernburg
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Projektlaufzeit:

01/2018 – 06/2020