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Auslegung und Optimierung von niederenthalpen Kraftwerkskreisläufen

 

Wärmequellen mit Temperaturen unterhalb von 250°C werden in der Regel nicht mit den üblichen Wasserdampf-Kraftwerkskreisläufen genutzt. Hierbei kommen oft organische Arbeitsfluide zum Einsatz die eine höhere Strom- und Wärmeausbeute ermöglichen. 

Bei der geothermischen Stromerzeugung wird z.B. warmes Wasser mit Temperaturen zwischen 100°C und 200°C aus tiefen Gesteinsschichten im Erdinneren gepumpt und über einen Niedertemperatur-Kreisprozess zu elektrischem Strom gewandelt. Üblicherweise erfolgt die Stromerzeugung aufgrund der geringen Temperaturen über einen ORC-Prozess (Organic-Rankine-Cycle).

Im Rahmen unserer Forschungsarbeit werden verschiedene Ansätze der Kraftwerksoptimierung und Auslegung betrachtet. So ist das Potential von überkritischen Prozessen durchaus beachtlich.

Der Fokus liegt hierbei auf der Leistungsoptimierung in Abhängigkeit der Standortbedingungen. Dazu werden die Kraftwerksprozesse mit Stoffdaten aus der NIST-Datenbank modelliert und mit den Programmen IPSEpro und GESI simuliert. Der Einfluss weiterer Parameter u.a. Turbinenwirkungsgrad, Grädigkeit des Wärmeübertragers und der  Kondensationstemperatur wird untersucht. Gegenüber herkömmlichen Prozessen konnten Verbesserungen der Netto-Leistung von bis zu 30% erzielt werden.

Auch andere Arbeitsmitteln wie z.B. R41, R143a sowie Mischungen werden hinsichtlich einer zieloptimierten standortspezifischen Auslegung betrachtet.

Die Themen umfassen:

-      Erweiterung / Validierung von Stoffdaten für niederenthalpe Kreisprozesse

-      Untersuchung der Phänomene in überkritischen Medien

-      Simmulationsrechnungen zu Kraftwerksprozessen

-      Konzeptionierung und Adaption von Anlagenkomponenten an die Thermalwasserbedingungen

-      Standortabhängige Optimierung der geothermischen Kreisprozesse unter Anwendung der mobilen Testanlage MONIKA
(geplant)