el. Wärmepumpe für Hochtemperatur (400->800°C)

X-No-Archive: Yes

begin quoting, Jan Bruns schrieb:

Wenn man sich an der Grenze des Machbaren befindet, ist das eigentlich nicht nur ein "zu beachtendes Detail".

Gar nicht. Es geht darum, Wärme in einen Speicher zu übertragen. Dafür gibt es nur drei Möglichkeiten:

- Temperatur erhöhen

- latente Wärme speichern

- Druck eines Gases erhöhen

Wenn man bei der Temperatur an einer technischen Grenze angelangt ist, dann fällt die erste Möglichkeit weg, man muß also isotherme Speicherprinzipien suchen. Und isotherme Druckerhöhung geht nicht so ohne weiteres. Was bleibt also? Eben.

Das ist nicht mein Problem. Ich sehe nur keinen prinzipiellen Grund, warum sich Stoffe bei höheren Temperaturen thermodynamisch nicht genauso verhalten können sollten wie Wasser bei niedrigeren. Du offenbar auch nicht.

Also geschätzt, und ohne irgendwo nachzusehen oder zu rechnen, verdoppelt sich der Druck in etwa. Das ist aber auch die falsche Baustelle: Bei niedrigen Drucken ist die Dichte und damit das spezifische Speichervermögen viel zu gering.

Wärme abgeben? Wie denn, an was? Ich dachte, Du wolltest das Gas selbsr in großen Mengen speichern.

Braucht er auch nicht: Es geht ihm um technische Anlagen, die müssen ökonomisch arbeiten.

Das ist doch der Knackpunkt: Du willst isobare und damit implizit auch isotherme Wärmeentnahme (denn wenn beim Abkühlen die Temperatur sinkt, ist nichts gewonnen), und damit brauchst Du einen Speicher, der isotherm Wärme aufnehmen kann - das geht eben nur mit Latentwärmespeichern. (Dafür gibt es mehrere Pinzipien: Schmelzwärme, chemische Umsetzung (eine Verbindung verändert an einer Grenztemperatur ihre Zusammensetzung, Thermolyse oder sowas) und das Austreiben einer Komponente aus einer Lösung (wie bei einem Absorberkühlschrank).)

Und die Latentwärmeumsetzung kann, muß aber nicht, durch ein entsprechendes Verhalten des Prozeßmediums unterstützt werden, nämlich die Freisetzung von Kondensationswärme. Das hat den Vorteil, daß die Energiedichte höher sein kann als bei isothermer Kompression mit steigendem Druck.

Rechne selbst.

Gruß aus Bremen Ralf

Am Sun, 05 Jun 2011 15:22:50 +0200 schrieb Ralf . K u s m i e r z:

Eben. Ich dachte eigentlich, dass dies aus meiner Anfrage im OP offensichtlich ist: es geht darum, Stromüberschüsse möglichst effektiv zu speichern.

Vor einiger Zeit habe ich hier einen Hochtemperaturspeicher diskutiert, der in der Praxis wohl durchaus auf Wirkungsgrade von 40 bis 50% kommen könnte. Ich habe mittlerweile erfahren, dass de DLR an genau solchen Hochtemperaturspeichern forscht. Die derzeit viel diskutierte Speicherung via Methansynthese kommt dagegen auf vielleicht 30 bis 35% Wirkungsgrad.

Mit einer Hochtemperatur-Wärmepumpe könnte, je nach Leistungszahl, der Wirkungsgrad der Stromspeicherung gesteigert werden und eventuell in die Nähe von den schätzungsweise 65 bis 75% skandinavischer Pumpspeicherkraftwerke kommen.

"Ralf . K u s m i e r z" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@mid.uni-berlin.de...

Hi, keramische Schaufeln und Kühlluftspülung sind doch heutzutage Standard.

Hier liegt der Hase im Salat...egal was Du hier machst, es dauert. Entweder also große Kontaktflächen mit langen Transportwegen oder hohe Fließgeschwindigkeiten mit hohen Reibungsverlusten.

Es hätte gewisse Vorteile etwa bei einer Plasma-Technologie. Oder um gewisse problematische Bestandteile zu entsorgen, etwa Chlorchemie.

Eher viel Wärme aufnimmt und "noch mehr" Wärme abgibt. Aber vermutlich kennt Bremen auch ineffiziente Modelle, ist ja ne Uni.

gg: Absorberkühlschrank

Ralf . K u s m i e r z:

Du übertreibst. 700°C ist noch eine mit Haushaltmitteln leicht zu erzeugende Temperatur (Herdplatte, Nadel an Kerze, usw.). Dabei behalten viele haushaltübliche Metalle, insbesondere eisenhaltige noch recht ordentlich ihre Form (Herdplatte fühlt sich nicht weich an, Nadel bleibt trotz erheblicher Beanspruchung spitz). Es seht also ausser Frage, daß die verbleibende Festigkeit für viele Schaufelrad- konstruktionen problemlos ausreichen wird.

Hm, ich weiss zwar nicht, wie Du jetzt auf Wärmespeicher kommst, die hat Tom doch als Gegebenheit beschrieben, aber egal. Das sind Temperaturen, die noch relativ wenig Meterialauswahl benötigen. Nimm wahllos irgendeinen Stein, Sand, usw., und der wird mit sehr hoher wahrscheinlichkeit noch wunderbar mit solchen Temperaturen zurechtkommen, im Sinne von stapelbar verbleiben. Selbst Isolierung geht bei 700°C noch wunderbar leicht.

Insofern hast Du in deiner Auflistung mindestens eine weitere, sehr kosteneffiziente Möglichkeit vergessen: Zusätzliches Speichermedium zur Verfügung stellen.

Ok. Du theoretisierst also rum. Warum auch nicht.

Na an den von Tom als Gegebenheit festgelegten Wärmespeicher. Er fragte nach einer Wärmepumpe.

Ja, gewonnen ist damit nicht. Die Idee war auch eher, wenig Aufwand zu betreiben. Wozu mehr, wenn kein Mensch weiss, was Tom erreichen will?

Hm, und weil eisenhaltiges Metall korrodiert, forderst Du demnächst wahrscheinlich güldene Konservendosen, ja?

Gruss

Jan Bruns

Tom Berger:

Nee, das ist bei mir zumindest auch nicht übergekommen. Ich hatte bspw. eher in die Richtung gedacht, daß Du bspw. ausgehend von einer thermosolaren Wärmequelle irgendeine Prozesswärme erzegen willst oder sollst.

Warum eigentlich Hochtemperatur? Handelst Du Dir damit nicht doch mehr Schwierigkeiten ein, als Du beseitigst?

Gruss

Jan Bruns

Am 06 Jun 2011 05:08:46 GMT schrieb Jan Bruns:

Wirkungsgrad!

Nimm beispielsweise solarthermische Kraftwerke wie Andasol, die, weil sie temperaturinstabiles Öl als Übertragungsmedium nutzen, auf einen Temperaturbereich bis knapp unterhalb 400°C beschränkt sind und deshalb mit ziemlich kleinen Wirkungsgrad laufen. Bei Niedriglast im Netz wird überschüssige Wärme gespeichert, aber zu diesen Niedriglastzeiten wird man auch oft Stromüberschüsse aus Windkraft haben. Warum also nicht mit Überschussstrom diese 400°-Speicher mit möglichst viel Effizienz auf 700° bringen?

X-No-Archive: Yes

begin quoting, Tom Berger schrieb:

Was ist damit gewonnen?

Gruß aus Bremen Ralf

"Tom Berger" schrieb im Newsbeitrag news:1fd4di919x0iy$.1nt9xmwdvhcee$. snipped-for-privacy@40tude.net...

Mit 1 kg/s Luft kannst Du ca. 105 kW netto Leistung speichern. Das bei einer Temperaturerhöhung von im Mittel t_u = 445°C auf t_o = 710°C.

Durch Umschalten von Wärmepumpe auf Gas-/Luftturbine kann die Leistung von

105 kW abzüglich Verluste zurückgewonnen werden. Bei t_u < 445°C wird eine entsprechend höhere Leistung erreicht.

Beispiel

In Anlehnung 4.8.4 Aufgabe 4 Seite 5/42, aber Hochtemperatur

Siehe

MfG JCH

Am Mon, 06 Jun 2011 14:03:49 +0200 schrieb Ralf . K u s m i e r z:

Strom zu Zeiten, in denen das Netz auch belastet ist.

X-No-Archive: Yes

begin quoting, Tom Berger schrieb:

Witzbold. Die Frage ist, welchen Vorteil eine Speicherung bei höherer gegenüber einer solchen bei niedrigerer Temperatzr denn hätte, speziell bezogen auf den Speicherwirkungsgrad. Was man beim Entladen des Hochtemperaturspeichers an Carbotwirkungsgrad gewinnt, hat man nämlich just zuvor beim Wärmepumpen verbraten. Simplerweise wird die Wärmepumpe nämlich von einer WKM angetrieben, die die Wärme auf dem niedrigeren Temperaturniveau teilweise herunterkühlt auf die Tempewratur des kalten Reservoirs und dabei aus der Entropiedifferenz Leistung zum "Hochpumpen" entnimmt, meinetwegen auf dem Umweg über einen dampfturbinengetriebenen Generator.

Das riecht verdächtig nach "nicht einmal ein Nullsummenspiel".

Gruß aus Bremen Ralf

Am Tue, 07 Jun 2011 01:14:54 +0200 schrieb Ralf . K u s m i e r z:

Wärmespeicher können sehr billig und hoch effizient gebaut werden. Höhere Temperatur speichert bei derselben Speichermasse mehr Wärme als niedrige Temperatur. Man braucht weniger Strom zur Erwärmung des Speichers von 400°C auf 700°C als von 100° auf 700°. Und mit einer Wärmepumpe braucht man eventuell nochmals so viel weniger Strom, dass dabei der höhere Wirkungsgrad der höheren Temperatur die Kosten der Wärmepumpe ausgleicht.

Ja, klar. Aber Du übersiehst die wirtschaftliche Seite. Bei Niedriglast im Stromnetz krieg ich auch sehr billigen Strom, den ich mittels Wärmepumpe noch billiger zur Temperaturerhöhung des Speichers einsetzen kann, als wenn ich den Speicher einfach mit einer Heizwendel aufheize.

Es geht ganz einfach darum, so billig wie möglich so viel Energie wie möglich in Form von Wärme zu speichern, um daraus dann später bei hohen Strompreisen im Netz so viel wie möglich gut verkäuflichen Strom daraus zu machen.

Tom Berger:

Aber nicht ohne einen Preis. Dem Gesamtwirkungsgrad ist es sicher nicht zuträglich, wenn eine Maschinenkombination mit stark schwankenden Temperaturpaarungen zurechtkommen muss.

Speichervolumen ist hingegen einfach billig, sagst Du selbst, warum also gerade da noch um einen Faktor 2 herumknapseln, erkauft durch schwerer zu handhabende Temperaturen?

Das sind aber keine der Speicherung zuzuschreibenden Früchte.

Gut. Wenn das die primären Anforderungen sind, ist es doch aber erstmal ziemlich sinnfrei, Lösungen in anderen Temperaturbereichen auszuklammern.

Tust Du ja vielleicht auch gar nicht, aber das Threadthema hier macht das zumindest.

Gruss

Jan Bruns

Am 07 Jun 2011 02:29:52 GMT schrieb Jan Bruns:

Weil man sonst die doch recht teuer mittels Spiegeln gewonnene Wärme nur ineffizient speichern kann. Da ist, wenn man denn wie in Andasol unbedingt Öl als Übertragungsmedium nehmen will, bei 400°C die Grenze. Damit man damit einigermaßen große Wärmemengen speichern kann, nimmt man einen Latentwärmespeicher, und der ist wiederum nicht ganz so billig und bereitet wohl auch wegen des ständigen Phasenwechsels Probleme bei der Wärmeableitung.

Naja, es gibt einen Prototypen eines Solarkraftwerks in Jülich, der Luft als Übertragungsmedium verwendet und den Speicher bis auf ca 800°C aufheizt. Damit lässt sich dann eine Dampfturbine mit sehr ordentlichem Wirkungsgrad betreiben. In Andasol ist das anders, da sind die Speichermengen folglich auch recht gering. Mir ging es darum, dort die maximal zur Verfügung stehenden 400°C mit billigem Überschussstrom möglichst effizient auf möglichst hohe Temperaturen hochzupumpen.

Tom Berger schrieb:

Hallo,

es gibt noch einige andere giftige Schwermetalle mit niedrigem Siedepunkt die für solche Anwendungen ebenso sehr schlecht geeignet sind.

Bye

Jan Bruns schrieb:

Hallo,

nur geht es bei den Turbinenrotoren nicht darum das sie ohne Belastung noch ihre Form behalten sondern sie müssen die ganz erheblichen Fliehkräfte bei Nenndrehzahl aushalten. Dazu darf der Werkstoff bei 700 °C noch nicht erheblich an Zugfestigkeit verlieren. Du überschätzt Dein Gefühl doch wesentlich, eine geeignete Prüfmaschine kann es nicht ersetzen.

Bye

Am 06.06.11 07.01, schrieb Jan Bruns:

da dürftest Du einer tiefgreifenden Fehleinschätzung aufsitzen. Derzeit wird im Kraftwerksbau gerade der Umstieg von 535°C Frischdampftemperatur auf ca. 620°C, anvisiert werden 700°C, realisiert - mit ziieemlich viel Entwicklungsaufwand, der eine ziieemlich lange Zeit erfordert hat.

X-No-Archive: Yes

begin quoting, Uwe Hercksen schrieb:

Welche denn?

Gruß aus Bremen Ralf

Uwe Hercksen:

Naja, jetzt wo Tom die angepeilte Anwendung dargelegt hat, kann ich sagen: Ja, kann sein.

Wenn es aber z,B, darum gegangen wäre, daß eine dt. Firma auf ihrem Flachdach eine Parabol-Thermosolaranalge hat, die 400°C liefert, und damit irgendwie Alu geschmolzen werden soll, oder irgendsowas, dann hätte sich ein völlig anderes Anforderungsprofil ans Material ergeben.

Ein Kraftwerk bauen ist ja schon ein bisschen was anderes, als eine Anlage, die einfach erstmal nur funktionieren muss.

Gruss

Jan Bruns

"Volker Staben" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@mid.individual.net...

Beispiel: GuD Stand der Technik: Gas(Luft) und Dampf, Wirkungsgrad > 60 %

Beispiel: Dampf Temperatur 700°C, Druck = 195 bar, Wirkungsgrad ~ 41 %

MfG JCH