Ein neuer Weg, um mit Restwärme effizienter Strom zu erzeugen

Die Nutzung der Restwärme spielt bei allen nachhaltigen Methoden der Energieerzeugung eine wichtige Rolle. Das Problem ist, dass die Effizienz typischer Verfahren gering ist und häufig hohe Temperaturen mit sich bringt. Dies macht die Restwärme beispielsweise für Haushalte nicht sehr geeignet. er sie Karlsruhe ichInstitut für Technologie Das KIT hat jetzt ein experimentelles Kraftwerk gebaut, um zu untersuchen, wie Abwärme bei niedrigeren Temperaturen effizienter genutzt werden kann. Diese Anlage mit dem Namen MoNiKa (Karlsruher Standard-Niedertemperaturzyklus) ist ein einmaliger Betrieb in Europa.

Um Wärme mit einer Temperatur unter 200 ° C zur Stromversorgung von Privathaushalten nutzen zu können, werden sogenannte ORC-Anlagen eingesetzt.

Steigerung der Rendite

In einer solchen Anlage wird die Flüssigkeit unter hohem Druck erhitzt, bis sie verdunstet. Dieser Dampf treibt dann mittels einer Turbine, die Strom erzeugt, einen Dynamo an. Da der Siedepunkt von unter Druck stehendem Wasser mehrere hundert Grad beträgt, werden beim ORC-Verfahren andere Flüssigkeiten verwendet als beispielsweise in einem Kohlekraftwerk. Dann arbeitet der Prozess tatsächlich bei viel niedrigeren Temperaturen. Wissenschaftler von MoNiKa arbeiten mit Propan, das ein sehr niedriges GWP (globales Erwärmungspotential) aufweist und dennoch sehr effektiv ist.

Bisher betrug der Stromwirkungsgrad von ORC-Anlagen nur 10 bis 15 Prozent. Deshalb wollen Wissenschaftler aus Karlsruhe neue Strategien entwickeln, um die Effizienz von ORC-Anlagen zu steigern und damit ihre CO2-Emissionen zu reduzieren.

„Durch die Einstellung von Temperatur, Druck und Dichte des Mediums in einer ORC-Anlage kann der Stromdurchsatz um 20 bis 30 Prozent gesteigert werden“, sagt Dietmar Kuhn vom KIT-Institut für thermische Energietechnik und Sicherheit (ITES).

Upgrade auf praktische Anwendungen

Die Pilotanlage ist modular aufgebaut. MoNiKA ist an ein Heizsystem angeschlossen, das Restwärme liefert. Es gibt alle Arten von Sensoren, die Temperatur, Druck und Durchfluss aufzeichnen. Auf diese Weise können Daten aus aktuellen Operationen mit Modellberechnungen verglichen werden. Wissenschaftler wollen zentrale Komponenten wie den innovativen Wärmetauscher oder den Hybridkondensator analysieren und verbessern, um energieeffizienter und umweltfreundlicher zu arbeiten.

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Eines der Ziele ist es, Leckagen im Stromkreis zu reduzieren oder vollständig zu vermeiden. Mit 1 mW ist die Wärmeleistung von MoNiKa so groß, dass die Forschungsergebnisse übertragen und auf praktische Anwendungen ausgeweitet werden können. In der Pilotanlage laufen bereits die ersten Versuche. Langfristig wird das System mit dem Energy Lab 2.0 des KIT verbunden sein.

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Foto: Das MoNiKa Power Plant Technology Center wird hauptsächlich für angewandte Forschungsprojekte genutzt (Foto: Marcus Brig / Amadeus Bramscepe, Kate)

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