Niedertemperatur-Stromerzeugungsanlagen bestehen aus drei Teilsystemen:
Thermalwasserkreislauf
Verstromungsprozess im Kraftwerkskreislauf
Kühlung
Die effiziente und verlässliche Realisierung einer Anlage entsprechend der gegebenen Randbedingungen der Quelle und der Senke erfordert die technische Charakteristik der einzelnen Teilsysteme sowie eine optimale Abstimmung der Teilsysteme aufeinander. Für den Niedertemperatur-Kraftwerksprozess kommen meist Organic Rankine Cycle (ORC)-Anlagen zum Einsatz. Diese nutzen ein Arbeitsmittel mit niedrigem Siedepunkt in einem geschlossenen Dampfprozess. ORC-Anlagen kommen in Deutschland seit vielen Jahren vorrangig in der Nutzung von Motor- und Industrie-Abwärme (Temperatur der Wärmequelle 200 bis 500 °C) zum Einsatz und stellen in diesem Anwendungsbereich eine etablierte Technik dar. Forschungsbedarf besteht hingegen bei Temperaturen der Wärmequelle unter 200 °C. Diese Technologie bekommt in dem zukünftigen gekoppelten Strom-Wärme-Energiesystem eine besondere Bedeutung
Hochtemperatur-Wandler
Der elektrochemische Wandler AMTEC (Alkali Metal Thermal-to-Electric Converter) ist eine thermoelektrische Zelle die Wärme direkt in Gleichstrom umwandelt. Er kann Temperaturen im Bereich 600 °C– 1000 °C verarbeiten und eignet sich somit für Hochtemperatur-Prozesse wie z.B. konzentrierende Solarenergie, Nutzung industrieller Abwärme und als Stromquelle für die Raumfahrt.
Pluspunkte für Organic Rankine Cycle (ORC)-Anlagen
Nutzbarkeit von Energie aus niedrigexergetischen Quellen
kontinuierliche Nutzung von geothermischen Quellen mit Stromgewinnung in Zeiten von geringem Bedarf an Wärmebereitstellung
Nutzung von abgetrenntem Heißwasser aus Heißwasser-Dampflagerstätten
Verstromung in einem geschlossenen System
Potenziale von Organic Rankine Cycle (ORC)-Anlagen
Potenzial für die Stromgewinnung aus Abfallwärme oder aus geothermischen Quellen (nach IPCC-Report: weltweit ca. 70 GW bis 2050).
ORC hat Marktpotenzial für die heimische Industrie.
Forschungs- und Entwicklungsbedarf für Niedertemperatur
effzienter Teillastbetrieb von ORC-Anlagen
optimierte Kopplung der drei Kreisläufe (Thermalwasser, Verstromung, Kühlung)
Verlässlichkeit der Systemkomponenten mit Anpassung an verschiedene Standorte
Forschungs- und Entwicklungsbedarf für Hochtemperatur
Materialuntersuchungen (Keramik, Keramik-Metall Verbindungen, Material der Elektroden)
Vermeidung der thermischen und elektrischen
Verluste und
Limitierung der Degradation der Zelle
Erhöhung des Wirkungsgrades auch bei Langzeitoperationen
theoretische Charakterisierung und multi-physics/ multi-scale Simulation der fluiddynamischen, elektrothermischen, und thermischen Prozesse
Aktuelle Materialien
Hier sehen Sie einzelne Artikel zum Thema „Wandlung von Wärme in Strom“. Eine komplette Übersicht über alle Publikationen finden Sie im Publikationsbereich.
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Energiespeicherung in der Industrie für flexible Sektorkopplung
Industrielle Abwärme zur Stromerzeugung: Potenziale und Forschungsbedarf
Themen 2017: Innovationsbedarfe für Erneuerbare Energien – Solare Wärme und Kälte
Die erfolgreiche Umsetzung der Energiewende braucht eine Vielzahl von Technologien, die unterschiedliche Aufgaben im Energiesystem lösen. Vorhandene Technologien müssen –…
Diese Broschüre informiert über die Forschungsthemen im FVEE zu: Energiebereitstellung Systemkomponenten Energienutzung Energiesystemgestaltung Außerdem finden Sie hier die Ziele des…
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Expert*innen
CAE
Prof. Dr. Jürgen Hartmann
Gebäudeintegrierte PV, thermisches Management, E-Fahrzeuge und Komponenten
CAE Center for Applied Energy Research e.V. Magdalene-Schoch-Str. 3, 97074 Würzburg