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Projekt
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Vorhaben: Entwicklung einer Kompaktdampfturbine als zentrale, robuste Komponente für  solarthermische Kraftanlagen für Regionen mit starker Sonneneinstrahlung


Die Idee
Das Kernstück dieses innovativen Vorhabens ist eine kompakte Wärmekraftmaschine, die in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) zur Umwandlung thermischerEnergie in elektrische Energie dient, wobei die Restenergie für Kochzwecke eingesetzt wird.
Das Konzept wurde von der Hochschule Darmstadt entwickelt.

Die wesentlichen Pluspunkte der Kompaktdampfturbine sind neben der Integration von Dampf- und Energieerzeugungszone, die geringe Größe, sowie die Einfachheit des Aufbaus, der sich durch das Fehlen von Ventilen, Steuerelementen oder Pumpen auszeichnet. Mit diesen Merkmalen hebt sich die Entwicklung von den konstruktiv aufwendigeren und durch die Anzahl der notwendigen Komponenten bautechnisch größer und teurer ausfallenden Systeme ab.

Der Einsatz dieser robustenTechnologie hat erhebliche Vorteile für den Einsatz im Bereich von Kraft-Wärme-Kopplung (KWK). Geringe Wartungsaufwände, einfacher, robuster Aufbau bieten erheblich Vorteile gegenüber Kolbenmotoren. Somit sollten sich mit dieser Kompaktdampfturbine für Verbraucher günstigere Lösungen zur Kraft-Wärme-Kopplung realisieren lassen als mit bisherigen Technologien.  Der thermische Leistungsbereich der Turbine soll zunächst bei ca. 5 – ca. 20 kW liegen. Berechnet wurden mechanische Wirkungsgrade von ca. 10% bei Arbeitsfluiden wie Toluol, Benzol und Temperaturdifferenzen von ca. 180C. Es sind aber noch erhebliche Entwicklungsarbeiten nötig. Es werden zunächst Experimente mit einem gläsernen rotierenden Kessel bei 1000 - 6000 U/min durchgeführt.

Diese kleine Turbine wird mit kleinen Volumenströmen arbeiten.
Ebenso ist der ORC Prozess (Organic Rankine Prozess) von Interesse, da hier Arbeitsfluide wie Pentan mit kleineren Verdampfungsenthalpien verwendet werden können. Hier ist die Restwärmenutzung besser als mit Wasser als Arbeitsfluid. Thermodynamische Studien weisen je nach Temperaturdifferenz auf hohe Wirkungsgrade von ca. 20% - 28% bei Toluol, Pentan und Benzol hin.


Pentan hat schon bei niedrigen Temperaturen recht ordentliche thermische Wirkungsgrade. Auch werden Geothermiekraftwerke, die mit relativ niedrigen Temperaturen auskommen müssen, oftmals mit Pentan als Arbeitsfluid betrieben. Pentan ist zwar leicht entzündlich, aber diese Gefahr wird aus ökologischen Gründen in Kauf genommen und dem Einsatz von FCKW's  vorgezogen.  Wasser ist leider aus thermodynamischen Gründen für den Niedertemperaturbereich  aus Energieeffizienzgründen nicht so interessant.







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