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Moin!
Gibt es eigentlich, speziell im Zusammenhang mit der Nutzung von Solarwärme bei kleinen Leistungen, Wärmekraftmaschinen, die ökonomisch und effizient geringe Temperaturunterschiede nutzen können?
Mir ist aufgefallen, daß man bei einer Temperaturspreizung von 30° C/80° C einen Carnotwirkungsgrad von 14 % hätte - das wäre ein typischer Temperaturbereich, wie man ihn mit Solarkollektoren nutzen könnte, und der Wirkungsgrad bzezogen auf die Einstrahlung wäre auch nicht schlechter als der von PV-Modulen.
Es gäbe sogar zwei gewaltige Vorteile:
Erstens stünde Niedertemperaturwärme auf dem 30° C-Niveau zur Verfügung, mit der beispielsweise Brauchwasser vorgewärmt werden könnte, und zweitens ist Wärme deutlich leichter als Strom zu speichern. Damit könnte man mit relativ einfachen Speichern die Stromerzeugung zeitlich von der Einstrahlung entkoppeln und somit Lastspitzen abdecken - genau das, was den Regenerativen vorgeworfen wird, daß sie es nicht könnten.
Da der Carnotwirkungsgrad von beiden Temperaturniveaus abhängt, würden die im Winter niedrigeren Außentemperaturen sogar die verminderte Einstrahlung teilweise ausgleichen (die obere Temperatur der Solarwärme ergibt sich aus den mit steigender Temperatur zunehmenden Rückstrahlungsverlusten, so daß bei nichtkonzentrierenden Systemen Temperaturrekorde nicht unbegrenzt sinnvoll sind, auch steigt der Hardwareaufwand mit der Temperatur deutlich an).
Da ich vermutlich nicht der erste bin, der auf diese Idee gekommen ist: Was gibt es denn da so von Seiten der Maschinenbauer?
Unsereiner würde ja denken, daß man eine ganz normale Dampfturbine auch einfach runterskalieren und mit einer niederigsiedenden Flüssigkeit (z. B. n-Pentan) betreiben könnte - wichtig ist wohl vor allem, daß die Flüssigkeit bei den höchsten Kaltseitentemperaturen noch kondensiert (wobei ein erhöhter Systemdruck behilflich sein könnte, aber man möchte normalerweise eine Kondensation ins Vakuum hinein erreichen können - warum eigentlich?).
Die Maschine wird ein wenig größer als "normale" Kleinmotoren, weil die Größe durch den Wärmedurchsatz definiert wird und nicht durch die Wellenleistung, aber dafür dürfte sie bei den niedrigeren Systemtemperaturen auch werkstoffseitig weniger anspruchsvoll sein.
Die Frage ist halt, wie gut man veränderlicher Temperaturen ausnutzen kann: Einerseits sollte der "Normalbereich" 30/80° C vernünftig ausgenutzt werden (eta-Carnot 14,2 %), andererseits hätte man an heißen Sommertagen vielleicht auch mal 40/110° C (18,3 %) oder im Winter -20/50° C (21,7 %) vorliegen. Die andere Idee ist, im Winter mit einer Wärmepumpe elektrisch zu heizen und die nur mit Solarmodulen zu unterstützen, oder man hat eben eine Zufeuerung und legt deswegen den Generator gleich - und das geht dann auch mit einem konventionellen Dampfprozeß - auf hohe obere Temperaturen aus; es ist eben die Frage, ob man die Maschinenabwärme auf noch realtiv hohem Temperaturniveau zum Heizen benutzen will oder lieber den höheren Carnotwirkungsgrad bei Kalttemperaturen am Gefrierpunkt für die Stromerzeugung verwenden. Elektroheizung und Stromerzeugung müssen sich nicht ausschließen: Man kann in Schwachlastzeiten Heizstrom aus dem Netz beziehen und Spitzenlasten mit eigener Erzeugung abdecken. Die Maschine, die überwiegend im Sommer Strom erzeugen soll, ist doch "eh schon da" und verursacht insoweit keine Zusatzkosten.
(Die Leistungsmodulation ist eher unwesentlich bzw. nicht erforderlich: Man läßt erst den Speicher vollaufen und fährt ihn dann in einem Rutsch leer. Im Sommer reicht das dann vielleicht für 2 h Maschinennennleistung, im Winter eben nur für eine halbe Stunde.)
Was gibt es denn da Schönes?
(Irgendwie würde ich denken, daß so ein kleines Dampfturbinchen mit einem Kleingenerator dran (so in der Größe 1-10 kW, also nicht viel mehr als ein Staubsaugermotor) für ein paar hundert Euro zu kriegen sein sollte - ist nicht mehr Technik als ein Kühlschrank und dürfte deswegen auch kaum mehr kosten. Und der sauteure Solarwechselrichter wird nicht benötigt, die PV-Module auch nicht.)
Gruß aus Bremen Ralf