Schlüsselwort: Organic Rankine Cycle

Thermoökonomische Untersuchung verschiedener Anlagenkonzepte zur geothermischen Strom- und Wärmeerzeugung

Thermoökonomische Untersuchung verschiedener Anlagenkonzepte zur geothermischen Strom- und Wärmeerzeugung von Eller, Tim
Tiefe geothermische Quellen lassen sich sowohl zur Erzeugung von elektrischem Strom wie auch zur Bereitstellung von Wärme nutzen. In welchen Anteilen diese Kombination auch wirtschaftlich sinnvoll ist, hängt von einigen Faktoren ab, die sich zudem mit dem jeweiligen Bedarf an Strom und Wärme laufend verändern. Der Autor hat die hierbei eingehenden Größen untersucht und ihren Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit solcher Geothermieanlagen für verschiedene Betriebskonzepte quantifiziert. Seine Ergebnisse stellt er in diesem Band vor. Der Herausgeber
Aktualisiert: 2023-05-15
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Thermoökonomische Bewertung des Organic Rankine Cycles bei der Stromerzeugung aus industrieller Abwärme

Thermoökonomische Bewertung des Organic Rankine Cycles bei der Stromerzeugung aus industrieller Abwärme von Preißinger, Markus
Viele Industriezweige sind sehr energieintensiv; für ihre Prozesse benötigen sie nicht nur viel Energie, sondern setzen auch einen großen Teil davon wieder als Wärme frei. Diese kann im günstigen Fall direkt im Prozess oder anderweitig im Betrieb weiterverwendet werden. Meist werden aber große Mengen als Abwärme ungenutzt an die Umgebung abgegeben. Es liegt nahe, solche Abwärme in elektrische Energie umzuwandeln, der als Strom leichter zu transportieren ist als Wärme. Als eine hierfür besonders aussichtsreiche Technologie hat sich der Organic Rankine Cycle (ORC) erwiesen. Im Unterschied zum konventionellen Dampfkraftprozess wird hierbei als Arbeitsmedium nicht Wasser sondern ein organisches Fluid eingesetzt. Hierzu sind die Prozessführung und einige Anlagenkomponenten an das jeweilige Arbeitsmittel anzupassen. Jede nichtoptimale Auslegung verschlechtert die Wirtschaftlichkeit und engt den Markt der auch ökonomisch sinnvollen Anwendungen ein. In diesem Band wird eine systematische thermoökonomische Beschreibung des ORC-Prozesses vorgestellt, wobei besonders der Anwendungsbereich der industriellen Abwärme untersucht wird.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Integrale Restwärmenutzung für Personenkraftwagen auf Basis eines Rankine-Prozesses

Integrale Restwärmenutzung für Personenkraftwagen auf Basis eines Rankine-Prozesses von Bens, Michael
Ein Serieneinsatz einer Restwärmenutzung durch Kreisprozesse nach Clausius und Rankine hat im Pkw bis heute nicht stattgefunden. Ein nicht hinreichender Quotient aus Nutzen und Aufwand kann hierfür als plausibelste Ursache genannt werden. Im Gegensatz zu den meisten bisher untersuchten Add-On Systemen nutzt der in dieser Dissertation untersuchte Systemansatz den Motorkühlkreislauf nicht als Wärmesenke, sondern integriert diesen als zusätzliche Wärmequelle neben dem Abgasmassenstrom in ein Einkreissystem. Die Substitution des Motorkühlkreislaufs, dessen Komponenten sowie die Übernahme des Leitungsroutings ermöglichen eine kostengünstige und möglichst konfliktfreie Gesamtfahrzeugintegration bei gleichzeitiger Leistungssteigerung des Restwärmenutzungssystems gegenüber den bekannten Add-On Systemen. Ein besonderer Fokus liegt auf dem sicheren Betrieb der sensiblen Wärmequelle Motor bei Integration in den Restwärmenutzungskreislauf. Die Wirkungsgradsteigerung des Top-Cycles inklusive des Restwärmenutzungssystems in Form eines thermischen Antriebsverbunds unter Beibehaltung der gewohnten Systemrobustheit ist das Entwicklungsziel. Anhand eines Versuchsaufbaus wird ein solches integrales Restwärmenutzungssystem der ersten Generation vorgestellt, Grenzen und Potentiale aufgezeigt sowie eine Optimierung von Regelungsparametern hinsichtlich Prozesswirkungsgrad und Systemrobustheit durchgeführt. Die gewonnenen Erkenntnisse werden zusammengefasst und hinsichtlich der Anwendung in verschiedenen Antriebsarchitekturen diskutiert.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Exergetische Bewertung thermischer Speicher in Systemen am Beispiel einer Anlage mit kombinierter Stromerzeugung

Exergetische Bewertung thermischer Speicher in Systemen am Beispiel einer Anlage mit kombinierter Stromerzeugung von König-Haagen, Andreas
Treten in einem Prozess überschüssige Wärmeströme auf, so lassen sie sich durch thermische Energiespeicherung (TES) oder durch Umwandlung in elektrische Energie mit Hilfe des Organic Rankine Cycle (ORC) nutzen. Interessant ist die Frage, unter welchen Randbedingungen und Betriebsweisen eine Kombination beider Verfahren einen zusätzlichen Nutzen bringen kann. Der Autor hat hierzu verschiedene Szenarien systematisch mit energetischen und exergetischen Kennzahlen untersucht und Simulationsergebnisse mit experimentellen Daten verglichen. Seine Vorgehensweise, Modelle und Bewertungsgrößen beschreibt er in diesem Band.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Optimierungspotenzial des Organic Rankine Cycle für biomassebefeuerte und geothermische Wärmequellen

Optimierungspotenzial des Organic Rankine Cycle für biomassebefeuerte und geothermische Wärmequellen von Drescher, Ulli
In den vergangenen Jahren ist das Interesse gewachsen, die bei Prozessen abfallende Abwärme, Wärme von dezentralen Biomasseheizwerken oder geothermische Wärme zur Stromerzeugung zu nutzen. Während in konventionellen Großkraftwerken Strom auf der Grundlage des thermodynamischen Rankine-Prozesses mit Wasser erzeugt wird, sind bei der Umwandlung von Wärme niedrigerer Temperatur andere Stoffe, nämlich organische Fluide, als Arbeitsmedium vorzuziehen. Der Autor hat den darauf aufbauenden Organic Rankine Cycle (ORC) mit verschiedenen Fluiden und den zur geothermischen Stromerzeugung häufig eingesetzten Kalina Cycle (KC) mit einem Gemisch aus Ammoniak und Wasser untersucht. Im Mittelpunkt steht dabei das Ziel, die Wirkungsgrade verschiedener Varianten für biomassebefeuerte und geothermische Anlagen systematisch zu vergleichen und hieraus Entscheidungshilfen und Verbesserungsvorschläge zu erarbeiten. Methodik und Ergebnisse seiner Untersuchungen stellt er im vorliegenden Band vor.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Untersuchungen zum Einsatz von zeotropen Fluidgemischen im Organic Rankine Cycle für die geothermische Stromerzeugung

Untersuchungen zum Einsatz von zeotropen Fluidgemischen im Organic Rankine Cycle für die geothermische Stromerzeugung von Heberle, Florian
Der Organic Rankine Cycle (ORC) ist ein thermodynamischer Kreisprozess, in dem im Unterschied zum herkömmlichen Rankine-Prozess an Stelle des Wassers ein organisches Fluid als Arbeitsmedium verwendet wird. Hierdurch gewinnt man die Möglichkeit, selbst bei nur moderaten Temperaturen genügend hohe Dampfdrücke zu erreichen. Der ORC erweitert somit den technisch möglichen und ökonomisch sinnvollen Einsatzbereich solcher Wärme-Kraft-Prozesse erheblich. Ein besonders attraktives Einsatzgebiet ist dabei die Geothermie. Thermalwasser mit einer Temperatur ab etwa 100 Grad Celsius kann durch ORC zur Stromerzeugung genutzt werden. Als Arbeitsmittel sind hierbei insbesondere zeotrope Gemische interessant, weil ihre nicht-isotherme Phasenänderung zu einem Temperaturgleit führt, der sich besonders gut an den Temperaturverlauf der Wärmequelle anschmiegt. In diesem Band wird der Einsatz verschiedener Gemische im ORC eingehend untersucht. Die Bewertung stützt sich auf eine thermodynamische Analyse, berücksichtigt aber auch toxikologische und ökologische sowie technische und ökonomische Aspekte.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Wärmeübergang beim Sieden von linearen Siloxanen und Siloxangemischen im horizontalen Rohr

Wärmeübergang beim Sieden von linearen Siloxanen und Siloxangemischen im horizontalen Rohr von Weith, Theresa
Beim Begriff "Energiewende" denkt man vor allem an die Umstellung von nuklearen und fossilen auf erneuerbare Energieformen. Es werden jedoch auch dann Ressourcen geschont und Emissionen vermieden, wenn man die thermische Energie, die am Ende vieler Prozesse vorhanden ist, nicht als Abwärme an die Umgebung gibt, sondern noch sinnvoll nutzt. Wenn diese Wärme nicht am selben Ort gebraucht wird, kann es lohnen, sie in elektrische Energie umzuwandeln und in das Stromnetz einzuspeisen. Der in konventionellen Kraftwerken zur Umwandlung genutzte Wasser-Dampf-Prozess benötigt jedoch Temperaturen, die höher sind als die der Abwärme oder auch geothermischer Wärmequellen. Statt Wasser sind dann manche Stoffe aus organischen Verbindungen besser geeignet. Um diesen sog. Organic Rankine Cycle (ORC) sinnvoll zu verwirklichen, müssen Prozessführung, Arbeitsmittel und Systemkomponenten bestmöglich aufeinander abgestimmt werden. In diesem Zusammenhang hat sich die Autorin besonders intensiv mit der wichtigen Frage des Wärmeübergangs beim Sieden von Siloxanen beschäftigt, die in reiner Form und als Gemische eine für den ORC interessante Stoffgruppe bilden. Die Ergebnisse ihrer Untersuchungen sind in diesem Band dargestellt. Der Herausgeber
Aktualisiert: 2023-05-15
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Auslegung und Analyse von Hubkolben-Expansionsmaschinen

Auslegung und Analyse von Hubkolben-Expansionsmaschinen von Sourell, Philipp Rainer
In dieser Arbeit wird ein spezieller Wärmekraftprozess (ORC, Organic Rankine Cycle) untersucht, um durch die Abwärmenutzung einer Verbrennungskraftmaschine Kraftstoff einzusparen. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Expansionsmaschine (EM), welche als Hubkolben-EM ausgeführt ist. Hierzu werden zwei methodische Ansätze entwickelt: Der erste Ansatz dient dazu, eine Hubkolben-EM für eine gegebene Anwendung zielgenau auszulegen. Um eine Aussage über die effektive Leistung treffen zu können, ist es notwendig, die Reibung in Abhängigkeit von der Baugröße zu berücksichtigen. Zur Analyse des Betriebsverhaltens einer vorhandenen Hubkolben-EM wird eine zweite Methodik, eine thermodynamische Verlustteilung, vorgestellt. Diese Verlustteilung erlaubt es, Verluste schrittweise zu quantifizieren und einen gemessenen Expansionsprozess sukzessive in einen idealen Expansionsprozess zu überführen. Da es hierzu notwendig ist, das Wärmeübertragungsverhalten der Arbeitskammer zu quantifizieren, beschäftigt sich ein Teil der Arbeit mit der Ermittlung einer Wärmeübergangskorrelation, die die Besonderheiten von Hubkolben-EM berücksichtigt. Die Parameter der Korrelationen zur Beschreibung der Reibung und des Wandwärmeübergangs werden zum Teil durch Werte aus der Literatur und zum Teil durch Messdaten ermittelt. Hierzu wurde eine 1-Zylinder-EM mit variablem Ventiltrieb genutzt, welche ohne Schmieröl auskam und stattdessen PTFE-Elemente nutzte. Weiterhin werden exemplarisch zwei EM für die Arbeitsfluide Ethanol und Wasser für dieselbe Pkw-Anwendung ausgelegt und analysiert. Als Grundlage für die Analyse dienen Simulationsergebnisse, die mit dem Simulationsprogramm GT Power V7.5 ermittelt wurden. Reibung und Wandwärmeübergang der EM werden mit Hilfe der ermittelten Korrelationen berechnet.
Aktualisiert: 2021-10-29
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Thermoökonomische Untersuchung verschiedener Anlagenkonzepte zur geothermischen Strom- und Wärmeerzeugung

Thermoökonomische Untersuchung verschiedener Anlagenkonzepte zur geothermischen Strom- und Wärmeerzeugung von Eller, Tim
Tiefe geothermische Quellen lassen sich sowohl zur Erzeugung von elektrischem Strom wie auch zur Bereitstellung von Wärme nutzen. In welchen Anteilen diese Kombination auch wirtschaftlich sinnvoll ist, hängt von einigen Faktoren ab, die sich zudem mit dem jeweiligen Bedarf an Strom und Wärme laufend verändern. Der Autor hat die hierbei eingehenden Größen untersucht und ihren Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit solcher Geothermieanlagen für verschiedene Betriebskonzepte quantifiziert. Seine Ergebnisse stellt er in diesem Band vor. Der Herausgeber
Aktualisiert: 2023-04-17
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Integrale Restwärmenutzung für Personenkraftwagen auf Basis eines Rankine-Prozesses

Integrale Restwärmenutzung für Personenkraftwagen auf Basis eines Rankine-Prozesses von Bens, Michael
Ein Serieneinsatz einer Restwärmenutzung durch Kreisprozesse nach Clausius und Rankine hat im Pkw bis heute nicht stattgefunden. Ein nicht hinreichender Quotient aus Nutzen und Aufwand kann hierfür als plausibelste Ursache genannt werden. Im Gegensatz zu den meisten bisher untersuchten Add-On Systemen nutzt der in dieser Dissertation untersuchte Systemansatz den Motorkühlkreislauf nicht als Wärmesenke, sondern integriert diesen als zusätzliche Wärmequelle neben dem Abgasmassenstrom in ein Einkreissystem. Die Substitution des Motorkühlkreislaufs, dessen Komponenten sowie die Übernahme des Leitungsroutings ermöglichen eine kostengünstige und möglichst konfliktfreie Gesamtfahrzeugintegration bei gleichzeitiger Leistungssteigerung des Restwärmenutzungssystems gegenüber den bekannten Add-On Systemen. Ein besonderer Fokus liegt auf dem sicheren Betrieb der sensiblen Wärmequelle Motor bei Integration in den Restwärmenutzungskreislauf. Die Wirkungsgradsteigerung des Top-Cycles inklusive des Restwärmenutzungssystems in Form eines thermischen Antriebsverbunds unter Beibehaltung der gewohnten Systemrobustheit ist das Entwicklungsziel. Anhand eines Versuchsaufbaus wird ein solches integrales Restwärmenutzungssystem der ersten Generation vorgestellt, Grenzen und Potentiale aufgezeigt sowie eine Optimierung von Regelungsparametern hinsichtlich Prozesswirkungsgrad und Systemrobustheit durchgeführt. Die gewonnenen Erkenntnisse werden zusammengefasst und hinsichtlich der Anwendung in verschiedenen Antriebsarchitekturen diskutiert.
Aktualisiert: 2023-04-17
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Die Kraft-Wärme-Kopplung auf Basis von zweistufigen Organic Rankine Cycles

Die Kraft-Wärme-Kopplung auf Basis von zweistufigen Organic Rankine Cycles von Meinel, Dominik
In diesem Buch werden potentielle Wärmequellen klassifiziert und Auswahlkriterien für Arbeitsmedien in Organic Rankine Cycles diskutiert. Weiterhin wird der grundlegende thermodynamische Kreislauf, Ansätze zur Steigerung der Wirkungsgrade sowie Grundlagen zur wirtschaftlichen Bewertung vorgestellt. Der Schwerpunkt liegt auf der Untersuchung verschiedener wärmegeführter Kraft-Wärme-Kopplungskonzepte auf Basis von ein- und zweistufigen Organic Rankine Cycles. Die Ergebnisse der thermodynamischen, wirtschaftlichen und umweltspezifischen Systembetrachtungen werden multikriteriellen Analysen gegenüberstellt.
Aktualisiert: 2020-12-26
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Exergetische Bewertung thermischer Speicher in Systemen am Beispiel einer Anlage mit kombinierter Stromerzeugung

Exergetische Bewertung thermischer Speicher in Systemen am Beispiel einer Anlage mit kombinierter Stromerzeugung von König-Haagen, Andreas
Treten in einem Prozess überschüssige Wärmeströme auf, so lassen sie sich durch thermische Energiespeicherung (TES) oder durch Umwandlung in elektrische Energie mit Hilfe des Organic Rankine Cycle (ORC) nutzen. Interessant ist die Frage, unter welchen Randbedingungen und Betriebsweisen eine Kombination beider Verfahren einen zusätzlichen Nutzen bringen kann. Der Autor hat hierzu verschiedene Szenarien systematisch mit energetischen und exergetischen Kennzahlen untersucht und Simulationsergebnisse mit experimentellen Daten verglichen. Seine Vorgehensweise, Modelle und Bewertungsgrößen beschreibt er in diesem Band.
Aktualisiert: 2023-04-17
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Kennfelderweiterung einer supersonischen axialen Impulsturbine durch variable Teilbeaufschlagung

Kennfelderweiterung einer supersonischen axialen Impulsturbine durch variable Teilbeaufschlagung von Kunte, Harald Sebastian
Mit der fortschreitenden Optimierung moderner Verbrennungsmotoren in Straßenfahrzeugen gewinnen alternative Systeme zur Effizienzsteigerung an Bedeutung. Dabei verspricht die Abgaswärmenutzung mittels eines Organic Rankine Cycles (ORC) ein signifikantes Potential zur Treibstoffeinsparung. Der Wirkungsgrad des ORCs ist stark vom Wirkungsgrad der Expansionsmaschine abhängig. Die These dieser Arbeit lautet: Axiale Turbinen eignen sich für den Einsatz in ethanolbetriebenen ORCs geringer Leistung und weisen durch eine variable Teilbeaufschlagung ein verbessertes Teillastverhalten auf. Eine thermodynamische Analyse bestätigt die Eignung von Ethanol als Kreislaufmedium für eine LKW-Anwendung. Es ergibt sich allerdings ein hohes Druckverhältnis von bis zu 49 bei geringen Massenströmen. Für einen effizienten Betrieb wurde eine Turbine entwickelt, die sich durch supersonische Schaufelkonturen und eine variable Teilbeaufschlagung zur Kennfelderweiterung auszeichnet. Die aerodynamische Bewertung der Turbine erfolgte mit CFD, die mit einem analytischen Ansatz zur Verlustberechnung durch Teilbeaufschlagung gekoppelt wurde. Mit diesem Ansatz wird eine Leistung der Turbine von 1,1 bis 18,5 kW bei einem Wirkungsgrad von bis zu 65,8% prognostiziert. Für die experimentelle Untersuchung der Turbine wurde eine getriebelose Generatoreinheit gefertigt. Durch Fertigungsabweichungen im Hals der Lavaldüsen kommt es zu einer Kennfeldverschiebung der Turbine zu höheren Massenströmen und Leistungen. Im Rahmen der experimentellen Untersuchung wurden 40% des Turbinenkennfelds vermessen. Dabei erzielte die Turbine eine Leistung von 1,8 bis 7,6 kW. Auf Basis dieser Kennfelder wurde mit einer Kreisprozesssimulation ein Treibstoffeinsparpotential von bis zu 4,5% ermittelt und das Potential zur Prozessverbesserung durch variable Teilbeaufschlagung bestätigt. Über einen breiten Kennfeldbereich zeigen die Turbinen einen charakteristischen Strömungszustand. Bei einem ausreichend hohen Turbinendruckverhältnis ist die Verteilung von Mach-Zahl und Druckverhältnis bezogen auf den Eintrittsdruck bis zum Rotoraustritt zwar drehzahlabhängig, aber unabhängig vom Eintritts- und Austrittsdruck. Eine Anpassung an den Turbinenaustrittsdruck erfolgt am Rotoraustritt durch eine supersonische Expansion, die bei Druckverhältnissen deutlich über dem Auslegungsdruck zu signifikanten Verlusten führt. Diese Dissertation ist auf der Internetseite der TIB Hannover kostenlos verfügbar.
Aktualisiert: 2019-12-27
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Modellbasierte Regelung eines Abgaswärmenutzungssystems für schwere Nutzfahrzeuge

Modellbasierte Regelung eines Abgaswärmenutzungssystems für schwere Nutzfahrzeuge von Seitz, Daniel
Eine aussichtsreiche Möglichkeit zur Steigerung der Kraftstoff-Effizienz in schweren Nutzfahrzeugen stellt die Nutzung eines Organic Rankine Cycles (ORC) dar, welcher Abgaswärme in mechanische Leistung umwandelt. Für einen effizienten und sicheren Betrieb ist die Regelung der Dampfqualität des Arbeitsmediums wichtig. Dies wird jedoch deutlich erschwert, da die Wärme aus Verbrennungsabgasen gewonnen wird und sie entsprechend der momentanen Motorlast sehr variabel sein kann. Diese Arbeit widmet sich der modellbasierten Lösung dieser Regelungsaufgabe. Zunächst wird mithilfe der Finite-Volumen-Diskretisierung ein parametrisches Simulationsmodell des ORC basierend auf physikalischen Grundgleichungen erstellt. Eine Parameter-Identifikation und die Validierung mithilfe von Messdaten sichern die Gültigkeit des Modells. Die entwickelte Regelung stellt die Verdampferaustrittstemperatur des Arbeitsfluids mithilfe des Pumpenmassenstroms ein und beinhaltet eine Zwei-Freiheitsgrade-Struktur. Die Rückführung basiert auf Regelungsentwürfen an verschiedenen Arbeitspunkten und der Vereinigung mittels Gain-Scheduling. Die nichtlineare, inversionsbasierte Vorsteuerung leitet sich aus einer Diskretisierung mit der Moving-Boundary-Methode her. Die Integration einer Online-Schätzung sensitiver Parameter erzielt eine erhöhte Robustheit gegenüber Modellunsicherheiten und alters- sowie umweltbedingter Einflüsse. Die Randbedingung für den Regelungsentwurf ist stets die Implementierbarkeit auf dem seriennahen Prototypen-Steuergerät der ORC-Ansteuerung. Die Regelgüte wird sowohl in der Simulation als auch am realen System im Versuchsfahrzeug auf der Straße demonstriert. Dabei legt ein Vergleich mit alternativen Regelungsansätzen die Stärken und Schwächen dar.
Aktualisiert: 2020-01-28
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Wärmeübergang beim Sieden von linearen Siloxanen und Siloxangemischen im horizontalen Rohr

Wärmeübergang beim Sieden von linearen Siloxanen und Siloxangemischen im horizontalen Rohr von Weith, Theresa
Beim Begriff "Energiewende" denkt man vor allem an die Umstellung von nuklearen und fossilen auf erneuerbare Energieformen. Es werden jedoch auch dann Ressourcen geschont und Emissionen vermieden, wenn man die thermische Energie, die am Ende vieler Prozesse vorhanden ist, nicht als Abwärme an die Umgebung gibt, sondern noch sinnvoll nutzt. Wenn diese Wärme nicht am selben Ort gebraucht wird, kann es lohnen, sie in elektrische Energie umzuwandeln und in das Stromnetz einzuspeisen. Der in konventionellen Kraftwerken zur Umwandlung genutzte Wasser-Dampf-Prozess benötigt jedoch Temperaturen, die höher sind als die der Abwärme oder auch geothermischer Wärmequellen. Statt Wasser sind dann manche Stoffe aus organischen Verbindungen besser geeignet. Um diesen sog. Organic Rankine Cycle (ORC) sinnvoll zu verwirklichen, müssen Prozessführung, Arbeitsmittel und Systemkomponenten bestmöglich aufeinander abgestimmt werden. In diesem Zusammenhang hat sich die Autorin besonders intensiv mit der wichtigen Frage des Wärmeübergangs beim Sieden von Siloxanen beschäftigt, die in reiner Form und als Gemische eine für den ORC interessante Stoffgruppe bilden. Die Ergebnisse ihrer Untersuchungen sind in diesem Band dargestellt. Der Herausgeber
Aktualisiert: 2023-04-17
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Optimierungspotenzial des Organic Rankine Cycle für biomassebefeuerte und geothermische Wärmequellen

Optimierungspotenzial des Organic Rankine Cycle für biomassebefeuerte und geothermische Wärmequellen von Drescher, Ulli
In den vergangenen Jahren ist das Interesse gewachsen, die bei Prozessen abfallende Abwärme, Wärme von dezentralen Biomasseheizwerken oder geothermische Wärme zur Stromerzeugung zu nutzen. Während in konventionellen Großkraftwerken Strom auf der Grundlage des thermodynamischen Rankine-Prozesses mit Wasser erzeugt wird, sind bei der Umwandlung von Wärme niedrigerer Temperatur andere Stoffe, nämlich organische Fluide, als Arbeitsmedium vorzuziehen. Der Autor hat den darauf aufbauenden Organic Rankine Cycle (ORC) mit verschiedenen Fluiden und den zur geothermischen Stromerzeugung häufig eingesetzten Kalina Cycle (KC) mit einem Gemisch aus Ammoniak und Wasser untersucht. Im Mittelpunkt steht dabei das Ziel, die Wirkungsgrade verschiedener Varianten für biomassebefeuerte und geothermische Anlagen systematisch zu vergleichen und hieraus Entscheidungshilfen und Verbesserungsvorschläge zu erarbeiten. Methodik und Ergebnisse seiner Untersuchungen stellt er im vorliegenden Band vor.
Aktualisiert: 2023-04-17
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Untersuchungen zum Einsatz von zeotropen Fluidgemischen im Organic Rankine Cycle für die geothermische Stromerzeugung

Untersuchungen zum Einsatz von zeotropen Fluidgemischen im Organic Rankine Cycle für die geothermische Stromerzeugung von Heberle, Florian
Der Organic Rankine Cycle (ORC) ist ein thermodynamischer Kreisprozess, in dem im Unterschied zum herkömmlichen Rankine-Prozess an Stelle des Wassers ein organisches Fluid als Arbeitsmedium verwendet wird. Hierdurch gewinnt man die Möglichkeit, selbst bei nur moderaten Temperaturen genügend hohe Dampfdrücke zu erreichen. Der ORC erweitert somit den technisch möglichen und ökonomisch sinnvollen Einsatzbereich solcher Wärme-Kraft-Prozesse erheblich. Ein besonders attraktives Einsatzgebiet ist dabei die Geothermie. Thermalwasser mit einer Temperatur ab etwa 100 Grad Celsius kann durch ORC zur Stromerzeugung genutzt werden. Als Arbeitsmittel sind hierbei insbesondere zeotrope Gemische interessant, weil ihre nicht-isotherme Phasenänderung zu einem Temperaturgleit führt, der sich besonders gut an den Temperaturverlauf der Wärmequelle anschmiegt. In diesem Band wird der Einsatz verschiedener Gemische im ORC eingehend untersucht. Die Bewertung stützt sich auf eine thermodynamische Analyse, berücksichtigt aber auch toxikologische und ökologische sowie technische und ökonomische Aspekte.
Aktualisiert: 2023-04-17
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Niedertemperatur-Abwärmenutzung mittels Organic-Rankine-Cycle im mobilen Einsatz

Niedertemperatur-Abwärmenutzung mittels Organic-Rankine-Cycle im mobilen Einsatz von Körner, Jan Erik
Im vorliegenden Buch gibt Jan Erik Körner einen Überblick über den Stand der Technik der Abgaswärmenutzung, wobei der Fokus auf den Organic-Rankine-Cycle (ORC) gerichtet wird. Er beschreibt die Randbedingungen, die bei der Auslegung für mobile Anwendungen zu berücksichtigen sind, und leitet eine Methode her, die es erlaubt einen ORC auszulegen und ein Arbeitsmedium auszuwählen. Eine detaillierte Betrachtung des Prozesses erfolgt auf Basis eines Simulationsmodells. Die Auswahl einer für den Prozess geeigneten Expansionsmaschine wird diskutiert. Sämtliche Komponenten werden auf Basis der Simulation ausgelegt. An einem Prüfstand wird ein ORC in Betrieb genommen. Es werden die Herausforderungen der Inbetriebnahme und des Betriebes erörtert. Es wird eine detaillierte Bilanzierung durchgeführt und die auftretenden Energiewandlungsverluste beschrieben und Verbesserungspotentiale benannt.
Aktualisiert: 2019-06-18
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Thermoökonomische Bewertung des Organic Rankine Cycles bei der Stromerzeugung aus industrieller Abwärme

Thermoökonomische Bewertung des Organic Rankine Cycles bei der Stromerzeugung aus industrieller Abwärme von Preißinger, Markus
Viele Industriezweige sind sehr energieintensiv; für ihre Prozesse benötigen sie nicht nur viel Energie, sondern setzen auch einen großen Teil davon wieder als Wärme frei. Diese kann im günstigen Fall direkt im Prozess oder anderweitig im Betrieb weiterverwendet werden. Meist werden aber große Mengen als Abwärme ungenutzt an die Umgebung abgegeben. Es liegt nahe, solche Abwärme in elektrische Energie umzuwandeln, der als Strom leichter zu transportieren ist als Wärme. Als eine hierfür besonders aussichtsreiche Technologie hat sich der Organic Rankine Cycle (ORC) erwiesen. Im Unterschied zum konventionellen Dampfkraftprozess wird hierbei als Arbeitsmedium nicht Wasser sondern ein organisches Fluid eingesetzt. Hierzu sind die Prozessführung und einige Anlagenkomponenten an das jeweilige Arbeitsmittel anzupassen. Jede nichtoptimale Auslegung verschlechtert die Wirtschaftlichkeit und engt den Markt der auch ökonomisch sinnvollen Anwendungen ein. In diesem Band wird eine systematische thermoökonomische Beschreibung des ORC-Prozesses vorgestellt, wobei besonders der Anwendungsbereich der industriellen Abwärme untersucht wird.
Aktualisiert: 2023-04-17
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