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Organic Rankine CycleDer Organic Rankine Cycle (Abkürzung ORC) ist ein Verfahren des Betriebs von Dampfturbinen mit einem anderen Arbeitsmittel als Wasserdampf. Der Name des Verfahrens geht auf William John Macquorn Rankine (* 1820; † 1872) zurück, einem schottisch-britischen Physiker und Ingenieur. Als Arbeitsmittel werden organische Flüssigkeiten mit einer niedrigen Verdampfungstemperatur verwendet. Weiteres empfehlenswertes FachwissenDas Verfahren kommt vor allem dann zum Einsatz, wenn das zur Verfügung stehende Temperaturgefälle zwischen Wärmequelle und -senke zu niedrig für den Betrieb einer von Wasserdampf angetriebenen Turbine ist. Dies ist vor allem bei der Stromerzeugung mit Hilfe der Geothermie, der Kraft-Wärme-Kopplung sowie bei Solarteichkraftwerken und Meereswärmekraftwerken der Fall. Die Turbinen werden beispielsweise mit Ammoniak betrieben, das mit 100 °C warmem Tiefenwasser aufgeheizt wird und seine überschüssige Wärme an einen 18 °C kalten Kondensator abgeben kann. Im ersten geothermischen Kraftwerk Deutschlands in Neustadt-Glewe wird ebenfalls eine ORC-Turbine zur Stromerzeugung verwendet. ArbeitsmedienDie Auswahl des Arbeitsmittels ist von überragender Bedeutung bei der Optimierung des Kreislaufes, sowohl unter der Maßgabe des maximierten Wirkungsgrades als auch unter der eines optimierten Anlagendesigns. Nicht zuletzt bestimmt die Auswahl des Arbeitsmediums in entscheidendem Maße die Kosten der Wärmeübertrager. Wegen der geringen Quelltemperaturen werden ORC-Systeme weit mehr noch als die konventionellen Dampfkreisläufe durch die Irreversibilitäten des Wärmeüberganges in den einzelnen Phasen des Kreislaufes limitiert. Ziel ist ein Arbeitsmedium, welches dem Temperaturverlauf der Quelle bzw. der Senke möglichst eng folgt, um die Wärmeübergangsverluste zu minimieren. Diese Irreversibilitäten und damit der Wirkungsgrad des gesamten Systems hängen sehr stark von den thermodynamischen Eigenschaften des Arbeitsmedium und den Rahmenbedingungen des Prozesses ab. Ausgehend vom T-s-Diagramm werden nach der Form der Sattdampfkurve drei verschiedene Fluidklassen unterschieden:
Isentrope und „trockene“ Medien versprechen bei ihrem Einsatz eine Reihe von thermodynamischen Vorteilen. Mögliche Arbeitsmedien sind:
Eine weitere Wirkungsgradverbesserung ist durch den Einsatz von Gemischen möglich. In subkritischen Verläufen erfolgen sowohl das Verdampfen als auch die Kondensation nicht isotherm; der Abkühlungskurve des Wärmeträgers kann mit deutlich geringeren Temperaturdifferenzen gefolgt werden; damit reduzieren sich die Irreversibilitäten bei der Wärmeübertragung. In jüngster Zeit werden für den ORC-Prozess synthetische Arbeitsmedien entwickelt. Diese Arbeitsmedien werden in ihren Stoffeigenschaften den speziellen Temperatur- und Druckeigenschaften des Organic-Rankine-Cycle-Kreisprozesses angepasst. Ein derartiges neues synthetisches Arbeitsmedium auf Silikonbasis mit der Bezeichnung GL160 ist frei von Chlor und Fluor und aus diesem Grund besonders umweltfreundlich. Mit synthetischen Arbeitsmedien werden höhere thermodynamische Wirkungsgrade von ORC-Anlagen erzielt, als dies mit Massenchemikalien möglich ist, die zufällig in vorhandene thermodynamische Gefälle eingepasst werden. Siehe auch
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Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Organic_Rankine_Cycle aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar. |