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

Jan Bruns schrieb:
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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

Uwe Hercksen:
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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

Am 06.06.11 07.01, schrieb Jan Bruns:
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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.

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Beispiel: GuD Stand der Technik: Gas(Luft) und Dampf, Wirkungsgrad > 60 % http://www.wissenschaft.de/wissenschaft/news/313555.html
Beispiel: Dampf Temperatur 700°C, Druck = 195 bar, Wirkungsgrad ~ 41 % http://home.arcor.de/janch/_news/20110607-dampf-kraftwerk /
MfG JCH

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Was spricht dagegen, eine Wärmekraftmaschine zwischen 400°C und 100°C laufen zu lassen, einen Dynamo damit anzutreiben und den in eine schnöde Heizwendel zu speisen? Das sind doch jeweils lange erprobte Baugruppen. OK, der OP hat genau(?) danach gefragt.

X-No-Archive: Yes
begin quoting, Raimund Nisius schrieb:
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Der Wirkungsgrad.
Gruß aus Bremen Ralf

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

Tom Berger:
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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.
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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:
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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:
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Was ist damit gewonnen?
Gruß aus Bremen Ralf

Am Mon, 06 Jun 2011 14:03:49 +0200 schrieb Ralf . K u s m i e r z:
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Strom zu Zeiten, in denen das Netz auch belastet ist.

X-No-Archive: Yes
begin quoting, Tom Berger schrieb:
  Quoted Text Here  
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:
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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.
  Quoted Text Here  
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:
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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?
  Quoted Text Here  
Das sind aber keine der Speicherung zuzuschreibenden Früchte.
  Quoted Text Here  
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:
  Quoted Text Here  
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.
  Quoted Text Here  
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.

  Quoted Text Here  
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
http://www.map.boku.ac.at/fileadmin/_/H89/H893/AG-THD/Grundlagen_Verfahrenstechnik/Kapitel_5.pdf
In Anlehnung 4.8.4 Aufgabe 4 Seite 5/42, aber Hochtemperatur
Siehe
http://home.arcor.de/janch/_news/20110606-waermepumpe /
MfG JCH

Am Sun, 05 Jun 2011 05:17:10 +0200 schrieb Ralf . K u s m i e r z:
  Quoted Text Here  
Naja, die 700°C hab' ich bewusst so angesetzt, weil das ungefähr die derzeitige Obergrenze dessen ist, was in modernen Kraftwerken erreichbar ist. Dass es Kohlekraftwerke mit 50% Wirkungsgrad gibt, liegt im Wesentlichen an der höheren Temperaturbeständigkeit neuer Turbinenschaufeln.

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Hi, keramische Schaufeln und Kühlluftspülung sind doch heutzutage Standard.
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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.
  Quoted Text Here  
Es hätte gewisse Vorteile etwa bei einer Plasma-Technologie. Oder um gewisse problematische Bestandteile zu entsorgen, etwa Chlorchemie.
  Quoted Text Here  
Eher viel Wärme aufnimmt und "noch mehr" Wärme abgibt. Aber vermutlich kennt Bremen auch ineffiziente Modelle, ist ja ne Uni.
  Quoted Text Here  
gg: Absorberkühlschrank

Tom Berger:
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Vielleicht irgendwo bei diesen Leuten, die Wüstensonne vergasen wollen?
Gruss
Jan Bruns

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Wenn man Gasturbinen mit hohen Temperaturen bauen kann, kann man mit den gleichen Materialien auch Verdichter bauen. Damit bietet sich eine Gas(kälte)maschine als Wärmepumpe mit Luft als Medium an:
Siehe
http://www.map.boku.ac.at/fileadmin/_/H89/H893/AG-THD/Grundlagen_Verfahrenstechnik/Kapitel_5.pdf
Kapitel 5.5.
MfG JCH