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© Klaus Wolters Werk TM 2008..2009Bild 1 Das Wärme - Schwerefeldprinzip Ein alternativer Weg zum Gewinnen von Elektrizität aus Wärme IV III I II pumpen.

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Präsentation zum Thema: "© Klaus Wolters Werk TM 2008..2009Bild 1 Das Wärme - Schwerefeldprinzip Ein alternativer Weg zum Gewinnen von Elektrizität aus Wärme IV III I II pumpen."—  Präsentation transkript:

1 © Klaus Wolters Werk TM Bild 1 Das Wärme - Schwerefeldprinzip Ein alternativer Weg zum Gewinnen von Elektrizität aus Wärme IV III I II pumpen durch Wärme Kreislauf zum Umwälzen der Wärmen (ein Aggregatzustand ) Kreislauf zum Energiegewinnen (zwei Aggregatzustände ) Wärmespeicher gasförmig niedriger Druck geringere Höhe gasförmig höherer Druck größere Höhe flüssig höherer Druck größere Höhe flüssig niedriger Druck geringere Höhe Legende: = Energietransport mittels zweier Aggregatzustände = Energietransport mittels eines Aggregatzustands = mechanischer/elektrischer Energietransport = mechanischer/elektrischer Energietransport - optional = Energietransport mittels eines Aggregatzustands - optional Wärmequelle Verbraucher Nebenstehendes Quadrantendiagramm beschreibt den physikalisch / technischen Rahmen des Wärme - Schwerefeldprinzips in der Ausführung eines Wärme - Schwerefeldkraftwerks. Den vier Quadranten sind jeweils unterschiedliche Aggregatzustände bei unterschiedlichen Drücken, Temperaturen in unterschiedlichen Höhen zugeordnet. Die vier Zustandsänderungen sind mit nur wenigen aktiven, wie passiven Bauelementen ausgeführt: Zwei thermisch gekoppelte Wärmetauscher, eine Flüssigkeitsturbine und ein Kompressor. Zwecks Entnahme bzw. Speicherung von Energie sind ein Generator und optional ein Speicher vorhanden. Durch den Speicher ist das Wärme -Schwerefeldprinzip für Grund- und Spitzenlast geeignet. Kompressor Wärmetauscher zwecks Phasenübergang gasförmig => flüssig Turbine Wärmetauscher zwecks Phasenübergang gasförmig <= flüssig Generator Umwälzpumpe

2 © Klaus Wolters Werk TM Bild 2 Der Prozeßablauf im Wärme - Schwerefeldprinzip Eine Flüssigkeit wird bei niedrigem Druck unter Zufuhr von Wärme verdampft. Der Dampf wird komprimiert und dadurch auf ein geringeres Volumen und eine höhere Temperatur gebracht. Dies dient später auch dazu, die Verdampfungswärme auf höherem Temperaturniveau zurück zu gewinnen. Der komprimierte Dampf strömt durch den Kamineffekt angetrieben auf eine größere Höhe. Der Kamineffekt kühlt dabei den Dampf etwas ab. (=Energiewandlung/Energiegewinn) Der komprimierte Dampf wird unter Abgabe seiner Wärmen kondensiert und die Flüssigkeit ebenso herunter gekühlt. Die anfallenden Wärmen werden dem Prozeß des Heizens und Verdampfens wieder zur Verfügung gestellt. Die in der Flüssigkeit gespeicherte potentielle Energie wird entzogen und externen und internen Nutzern zur Verfügung gestellt. Danach steht die Flüssigkeit wieder zum Verdampfen zur Verfügung. Die durch den Kamineffekt gegebene Abkühlung wird durch Erhöhen der Basistemperatur der Flüssigkeit ausgeglichen.

3 © Klaus Wolters Werk TM Bild 3 Die zugrundeliegende Physik Die folgenden drei physikalischen Grundgrößen sind das Fundament auf dem das Wärme - Schwerefeldprinzip ruht: Wärme ==> kinetische Energie (E kin = ½ mv²) Schwerkraft ==> potentielle Energie (E pot = m * g * h) Elektrizität ==> elektrische Energie Aus diesen drei Grundgrößen leiten sich die Effekte ab, die letztendlich die Funktion des Wärme - Schwerefeldprinzips ergeben: Die Änderung des Aggregatzustandes Der Kamineffekt Der Generatoreffekt

4 © Klaus Wolters Werk TM Bild 4 Wichtige Anmerkungen Wärme ist die treibende Kraft im Wärme – Schwerefeldprinzip. Das Wärme - Schwerefeldprinzip ist kein Perpetuum Mobile, da ohne Zufuhr äußerer Energie der Wandlungsprozeß nicht aufrechterhalten werden kann. Wärme wird durch Wandlung in Wind (kinetische Energie), dann durch Wandlung in potentielle Energie und wiederum Wandlung in kinetische Energie und schließlich in elektrische Energie dem Wärme - Schwerefeldprinzip entzogen. Es kommt somit zu einem Entzug von Wärme, d.h. zu einer Abkühlung. Diese wird dem Wärme - Schwerefeldprinzip von außen wieder zugeführt. Jegliche Reibung im System, ob elektrische oder mechanische, ergibt Wärme. Jegliche Wärme im System, die somit auf Grund von Wirkungsgradverlusten entsteht, wird konsequent wiederverwendet. Nur die Wärme, die durch eine gemeinsame äußere Hülle (Isolation) aus dem gesamten System entweicht, geht dem Wärme - Schwerefeldprinzip verloren.

5 © Klaus Wolters Werk TM Bild 5 Grundlegende Vorgehensweisen Alle Energien, die nicht direkt für die Physik des Höhengewinns gebraucht werden, werden nur einmal in der Startphase in das Wärme - Schwerefeldprinzip eingeprägt und danach zurückgewonnen und konsequent wiederverwendet. Diese sind: Die Basiswärmen für die Flüssigkeit und den Dampf und Die Verdampfungswärme der Flüssigkeit. Das Wärme - Schwerefeldprinzip ist so entworfen, daß die konstruktive Komplexität minimiert ist. Dies betrifft alle aktiven, wie passiven Teile. Das Ziel ist: lowtech statt hightech! Und: Alles so passiv als möglich. Das Wärme - Schwerefeldprinzip ist derart angelegt, daß alle Bauteile keinerlei Lastwechsel durch Temperatur- oder Druckänderungen unterliegen. Je weniger Teile im Wärme – Schwerefeldprinzip, desto geringer der Aufwand und desto kleiner die Fehleranfälligkeit.

6 © Klaus Wolters Werk TM Bild 6 Ein schematisches Funktionsdesign K:Kompressor T:Turbine G:Generator Dieses schematische Funktionsdesign eines Wärme – Schwerefeldkraftwerks zeigt eine mögliche Anordnung der benötigten Elemente. Die dargestellten Kurzschlüsse bei Kompressor und Turbine, die mittels der Ventile 1 und 2 eingeschaltet werden können, dienen dem Anfahren der Anlage und sind ansonsten außer Betrieb. Der aktive Wärmetauscher der Kaltpunktkorrektur wird benötigt, um die physikalischen Gegebenheiten der Wärmetauscher Verdampfer, wie Kondensator, sowie die entstehenden Reibungswärmen in den Rohren, der Umwälzpumpe und der Turbine zu kompensieren. G T K Kondensator Verdampfer Wärmequelle Umwälzpumpe Kaltpunktkorrektur Dampf Flüssigkeit Ventil 2 Ventil 1 Umwälzpumpe Flüssigkeitskühler

7 © Klaus Wolters Werk TM Bild 7 Fragen & Antworten Ein hoher Basisdruck ist notwendig, da sonst das Dampfvolumen mit technisch realistischen Bauten nicht beherrschbar ist. Ein Liter Wasser ergibt bei Normaldruck ca Liter an Dampf. Dieses Volumen kann durch den physikalischen Zusammenhang p 1 V 1 =p 2 V 2 verringert werden. Bei z.B. 80 Bar Druck gilt, daß 1 Liter Wasser nur noch ca. 75 Liter Dampf ergeben ( =1,4). Daraus folgt zudem, daß bei einem gleichen Strömungsquerschnitt für Flüssigkeit und Dampf und bei gleichem Massedurchsatz die Strömungsgeschwindigkeit des Dampfes nur noch fünfundsiebzigmal höher ist, als die für die Flüssigkeit. Bei einer Strömungsgeschwindigkeit des Wassers von 1m/s = 3,6km/std ergibt sich für den Dampf: 75m/s = 270km/std. Warum gibt es im Wärme – Schwerefeldprinzip hohen Druck?

8 © Klaus Wolters Werk TM Bild 8 Fragen & Antworten Eine Kernaufgabenstellung im Wärme – Schwerefeldprinzip ist das Wiederverwenden latenter Energien und Wärmen. Die größte dieser Wärmen ist die Verdampfungs-/Kondensationswärme des Wassers. Diese muß im Verdampfer aufgebracht werden und fällt dann bei der Kondensation wieder an. Von dort soll sie der Verdampfung wieder zur Verfügung gestellt werden. Da eine Wärmeübertragung aber nur dann stattfindet, wenn eine treibende Kraft vorhanden ist und diese Kraft nur die Temperatur sein kann, wird über eine adiabatische Kompression des Dampfes eine Temperaturerhöhung erzeugt, die dann gewährleistet, daß die Verdampfungs-/ Kondensationswärme auf einem höheren Temperaturniveau anfällt, als sie eingeprägt wurde. Über den Rücktransport mittels des Wärmetransportmediums steht die Verdampfungs-/ Kondensationswärme somit mit höherer Temperatur für die Verdampfung bei geringerem Druck zur Verfügung. Die Energie für diese Temperatur-/Druckerhöhung wird über den Kurzschluß aus dem Druckabbau in der Turbine zurückgewonnen. Auch diese Energie wird, wie die Verdampfungs-/ Kondensationswärme, nur einmal zu Beginn in der Startphase in das Wärme – Schwerefeldprinzip eingebracht. Wozu dient der Kompressor?

9 © Klaus Wolters Werk TM Bild 9 Fragen & Antworten Die Existenz eines Kaltpunkts im Wärme – Schwerefeldprinzip ist die Schlüsseleigenschaft. Denn durch die Festlegung des Kaltpunktes auf eine möglichst tiefe Temperatur sind Wärmequellen mit nur geringfügig höheren Temperaturen als der Kaltpunkt für das Gewinnen elektrischer Energie nutzbar. Der Kaltpunkt ergibt sich einerseits aus dem Abbau des Drucks in der Turbine, der mit einer Temperaturerniedrigung einhergeht und andererseits läßt er sich aktiv über eine interne Wärmepumpe einstellen. Wie ergibt sich der Kaltpunkt im Wärme - Schwerefeldprinzip?


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