Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die Mischung macht’s: Wie sich die Effizienz der Stromgewinnung aus Erdwärme steigern lässt

07.09.2011
Zu den erneuerbaren Energiequellen, die einen steigenden Anteil an der Energieversorgung der Bevölkerung haben, zählt auch die in der Erdkruste gespeicherte Wärme.

Weltweit sind heute geothermische Kraftwerke in Betrieb, um die in Warmwasser und Heißdampf gespeicherte Erdwärme in elektrischen Strom zu wandeln. Deutschland ist dabei insofern benachteiligt, als hier die Temperaturen von unterirdisch gespeichertem Thermalwasser zwischen 80 °C und 180 °C liegen und damit im weltweiten Vergleich niedrig sind.

Um diese Wärme dennoch auf effiziente Weise für die Stromerzeugung zu nutzen, ist ein besonderes Verfahren – der sog. Organic Rankine Cycle (ORC) – erforderlich. Dabei kommen innerhalb des Dampfkraftprozesses statt Wasser organische Fluide zum Einsatz, die bereits bei niedrigen Temperaturen verdampfen. In der Forschung werden diese Fluide auch als Arbeitsmedien bezeichnet.

An der Universität Bayreuth befassen sich der Lehrstuhl für Technische Thermodynamik und Transportprozesse (LTTT) und das Zentrum für Energietechnik (ZET) unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Dieter Brüggemann mit einer innovativen Weiterentwicklung des ORC-Verfahrens. Ein zentraler Aspekt sind dabei die Arbeitsmedien, die anstelle des Wasserdampfs für die geothermische Stromerzeugung eingesetzt werden. In sogenannten binären Kraftwerken wird das Fluid verdichtet, mit der geothermischen Wärmequelle gekoppelt und verdampft. Der Dampf wird auf die Turbinenschaufeln geleitet und dient so der Stromerzeugung. Gerade wenn das zur Verfügung stehende Thermalwasser eine vergleichsweise geringe Temperatur hat, kann eine gezielte Auswahl des im ORC-Verfahren eingesetzten Fluids dazu führen, dass die Effizienz der Stromgewinnung deutlich steigt.

In der neuesten Ausgabe der Zeitschrift „Renewable Energy“ stellt das Forschungsteam um Professor Brüggemann Untersuchungsergebnisse vor, die mit einem bestimmten Typ von Fluiden erzielt wurden: nämlich mit zeotropen Gemischen, deren Einzelkomponenten unterschiedliche Siedepunkte haben. Wenn diese Gemische vom flüssigen in den gasförmigen Zustand übergehen, ist damit – anders als bei Reinstoffen – eine Temperaturerhöhung verbunden. Infolgedessen können die Temperaturverläufe im Kondensator und im Verdampfer, zwei zentralen Bestandteilen geothermischer Kraftwerke, besser aufeinander abgestimmt werden. Auf diese Weise lässt sich der Wirkungsgrad geothermischer Kraftwerke deutlich steigern, wie die Bayreuther Wissenschaftler durch umfangreiche Simulationen nachgewiesen haben.

Für die thermodynamischen Analysen wurde vor allem ein Gemisch aus zwei Kohlenwasserstoffen verwendet, nämlich aus Isobutan und Isopentan. Bisher war es üblich, Isopentan in Reinform für das ORC-Verfahren einzusetzen. Doch wie die Bayreuther Wissenschaftler zeigen konnten, ist es bei Thermalwassertemperaturen zwischen 80 °C und 120 °C möglich, den Wirkungsgrad durch Beigabe von Isobutan um bis zu 18 Prozent zu steigern. Experimentelle Untersuchungen zu den Wärmeübertragungseigenschaften, bei denen Mischungen aus den Kältemitteln R227ea und R245fa verwendet wurden, erwiesen sich ebenfalls als äußerst vielversprechend.

„Angesichts der Tatsache, dass eine effiziente Erdwärme-Nutzung für die Energieversorgung mimmer wichtiger wird, wollen wir in Bayreuth unsere Forschungen zum Organic Rankine Cycle weiter vertiefen“, erklärt Dipl.-Ing. Florian Heberle, Erstautor der neuen Publikation in „Renewable Energy“. „Wie es aussieht, ermöglichen Fluidgemische nicht nur besonders hohe Wirkungsgrade. Sie bieten noch einen weiteren Vorteil: Indem wir die Anteile der in den Gemischen enthaltenen Komponenten – wie z.B. Isobutan und Isopentan – variieren, erhalten wir eine größere Flexibilität. Dies erhöht die Chance, die Stromerzeugung aus Erdwärme den jeweiligen geologischen und technologischen Randbedingungen besser anzupassen.“

Forschungsgeschichtlicher Hinweis:

Der Organic Rankine Cycle ist nach dem schottischen Physiker und Ingenieur William John Macquorn Rankine (1820 – 1872) benannt. Rankine zählt zu den Begründern der Thermodynamik und hat wesentliche Beiträge zur Wärmetheorie und zur Funktionsweise der Dampfmaschine geliefert.

Veröffentlichung:

Florian Heberle, Markus Preißinger, Dieter Brüggemann,
Zeotropic mixtures as working fluids in Organic Rankine Cycles for low-enthalpy geothermal resources,
in: Renewable Energy 37 (2012), pp. 364 - 370,
Available online 20 July 2011,
DOI-Bookmark: 10.1016/j.renene.2011.06.044
Weitere Informationen zum Download:
www.lttt.uni-bayreuth.de/de/research/projects
www.zet.uni-bayreuth.de
Ansprechpartner:
Prof. Dr.-Ing. Dieter Brüggemann
Universität Bayreuth
Lehrstuhl für Technische Thermodynamik und Transportprozesse (LTTT)
Zentrum für Energietechnik (ZET)
D-95440 Bayreuth
Telefon: +49 (0)921 / 55-7160
E-Mail: brueggemann@uni-bayreuth.de
Dipl.-Ing. Florian Heberle
Universität Bayreuth
Lehrstuhl für Technische Thermodynamik und Transportprozesse (LTTT)
Zentrum für Energietechnik (ZET)
D-95440 Bayreuth
Telefon: +49 (0)921 / 55-7163
E-Mail: florian.heberle@uni-bayreuth.de

Christian Wißler | Universität Bayreuth
Weitere Informationen:
http://www.uni-bayreuth.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht TU Ilmenau erforscht innovative mikrooptische Bauelemente für neuartige Anwendungen
21.09.2017 | Technische Universität Ilmenau

nachricht Bald bessere Akkus?
21.09.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

DFG bewilligt drei neue Forschergruppen und eine neue Klinische Forschergruppe

22.09.2017 | Förderungen Preise

Lebendiges Gewebe aus dem Drucker

22.09.2017 | Biowissenschaften Chemie