Techniken der Kraftwärmekopplung

Präsentation zum Thema: "Techniken der Kraftwärmekopplung"—  Präsentation transkript:

1 Techniken der Kraftwärmekopplung

2 Gliederung Organic Rankine Cycle Stirlingmotor Brennstoffzelle

3 Organic Rankine Cycle

4 Organic Rankine Cycle Verfahren zum Betrieb von Gasturbinen mit organischen Flüssigkeiten statt Wasserdampf Wird eingesetzt, wenn Temperaturgefälle im KW zu klein für Wasserdampfturbinen Temperaturbereich: ca. 100 bis 350°C Z.B. Ammoniak bei T1=100°C und T2=18°C

5 Kein Dampfkessel notwendig
Wirkungsgrad ca % Ca. 10% erhöhte Stromproduktion bei Abwärme von Gasmotoren Leistung bis ca. 2MW Verwendung bei Bio-KW (Masse, Gas), Erdwärme (ca. 100°C), Abwärme, Solarenergie

6 ORC-Kreislauf

7 ORC-Anlage

8 Arbeitsmittel Z.B. Silikonöl, Tuluol, Iso-Pentan, Iso-Oktan, Ammoniak…
Nicht zwingend organisch Niedrige Siedetemperatur Schwere Teilchen  hoher Massenfluss Hat hohen Einfluss auf den Wirkungsgrad Organische Medien verhalten sich anders als Wasser

9 T-s-Diagramme

10 Vor und Nachteile Vorteile Wärmequelle beliebig
Mittlere Temperaturgefälle nutzbar Keine zusätzlichen Emissionen Leicht installierbar Vollautomatisch Biomasse ist billig Nachteile Hohe Investitionskosten Niedriger Wirkungsgrad

11 Stirlingmotor

12 Stirlingmotor 1816 von Robert Stirling erfunden
Wird in BHKWs eingesetzt aus geringen Temperaturgefällen noch Strom gewinnbar Kann mit beliebigen externen Wärmequellen betrieben werden

13 Aufbau Geschlossenes System mit eingeschlossenem Arbeitsgas (z.B. Helium) 2 Kolben; durch Schwungrad gekoppelt Heisse und Kalte Zone Regenerator speichert Wärme und optimiert Wirkungsgrad

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15 Nutzarbeit und Wirkungsgrad
Wt = Qzu − | Qab | Theoretischer el. Wirkungsgrad etwa 50%, praktisch über 40%, in der Regel ca 30%+ Gesamtwirkungsgrad (inkl. Wärmeleistung) bis zu 90%

16 Erdgas- Stirling Biomasse-Stirling (BHKW)

17 Beispiel: Stirlingmotor 161 von SOLO
Arbeitsvolumen 160 cm³ Wellenleistung 3-10 kW bei /min Motorwirkungsgrad 30 % inkl. Brenner Erhitzertemperatur 650 °C Kühlwassertemperatur °C Arbeitsgas Helium Mittlerer Arbeitsdruck bar Serviceintervall Stunden

18 Vor und Nachteile Vorteile Wärmequelle beliebig
Temperaturgefälle darf klein sein Schadstoffarme Verbrennung möglich (50 ppm CO und 80 ppm NOx. ) Hohe Lebensdauer Nachteile Teurer als Verbrennungsmotoren Schwer, da hoher Druck Weniger effizient (elektr.) als Turbinen

19 Brennstoffzelle

20 Brennstoffzelle Chemische Energie der Reaktion 2H2 + O2  2H2O wird direkt in elektr. und therm. Energie umgewandelt Wird in BHKWs eingesetzt Kann sich dem Bedarf ohne große Wirkungsgradverluste anpassen

21 Brennstoff und Reformierung
Aus Erdgas wird H2 abgespalten Temperaturen von ca. 700° CH4 + H2O  CO + 3H2 +206 kJmol-1 -41,2 kJmol-1 H2O + CO  H2 + CO2 Vergleich: H2 + O2  2H2O ,6 kJ/mol-1 Bilanz pro CH4 (206 – 41,2 – 2x571,6)kJmol-1 = -978,4kJmol-1 Auch andere Gase können reformiert werden z.B. Biogas in Hochtemperatur BZs (SOFC, MCFC) direkte Verwendung von Erdgas möglich

22 Reformator Brennstoffzelle

23 Wirkungsgrad Zelle: theoretisch über 80%, realistisch bis zu 70%
Gesamtanlage: bis 65%; inkl. KWK über 85% möglich

24 Pel/Ptherm ungefähr zwischen 1 und 1/3

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26 Vor und Nachteile Vorteile Kaum Emissionen
Lässt sich dem Bedarf anpasssen Hoher elektr. Wirkungsgrad Ineressant in Hinblick auf H2-Infrastruktur leise Nachteile Hohe Amortisationszeit: 4-6 Jahre Unausgereifte Technologie Niedrige Lebenserwartung (Stackwechsel nach ca. 5 Jahren)

27 Zusammenfassung ORC und Stirling-Motor eignen sich gut im Rahmen der Biomasseverbrennung Stellen beides Methoden dar um kleine Wärmereservoirs auszuschöpfen Stirling-Motor und Brennstoffzelle besonders im Rahmen von BHKWs interessant

28 Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit!
ENDE

29 Quellen Wikipedia