Prinzipien der Stromerzeugung Konventionelles Dampfkraftwerk Geothermische Kraftwerke

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1 Technologien zur Nutzung der Erdwärme zur Stromerzeugung Entwicklungsstand und Perspektiven Prof. Dr.-Ing. Lothar Petry

2 Übersicht Prinzipien der Stromerzeugung Konventionelles Dampfkraftwerk Geothermische Kraftwerke Ausblick Lardarello (1. geoth. Kraftwerk) Weltweit install. Leistung Flash-Prozesse ORC Kalina Neustadt-Glewe Prof. Dr. Lothar Petry 2

3 Prinzipien der Stromerzeugung getrennte Ladungen (Batterien) Ladungstrennung (PV-Anlagen) Induktion (Synchrongeneratoren) Prof. Dr. Lothar Petry 3

4 Turbinen-Generator-Einheit Prof. Dr. Lothar Petry 4

5 Dampfkreislauf Prof. Dr. Lothar Petry 5

6 Prinzip der Dampfturbine Prof. Dr. Lothar Petry 6

7 Turbinenquerschnitt Prof. Dr. Lothar Petry 7

8 Generator mit Turbine Prof. Dr. Lothar Petry 8

9 Der Stator Prof. Dr. Lothar Petry 9

10 Der Rotor Prof. Dr. Lothar Petry 10

11 Drehstromgenerator Prof. Dr. Lothar Petry 11

12 Konventionelles Dampfkraftwerk Prof. Dr. Lothar Petry 12

13 pv-diagramm Prof. Dr. Lothar Petry 13

14 Ts-Diagramm Prof. Dr. Lothar Petry 14

15 thc T0 = 1 T Beispieldaten konventioneller Dampfkraftwerke Frischdampfdruck p = bar Frischdampftemperatur T = C Kondensatordruck p 0 = 0,04 bar Kühlmitteltemperatur T 0 = 25 C Wirkungsgrad beim Clausius-Rankine-Prozess: η thcr = % (real) Wirkungsgrad beim Vergleichsprozess (Carnotscher Kreisprozess): η thc = 1 T 0 / T = 61,4 % (theoretisch) Kraftwerkswirkungsgrad η el = % Prof. Dr. Lothar Petry 15

16 Geothermische Kraftwerke Prof. Dr. Lothar Petry 16

17 Larderello (Italien) 1827 Francesco Larderel verwendet den heißen Dampf zur Borgewinnung Erzeugung el. Stromes mittels geotherm. Energie Trockendampf aus 1000 m Tiefe, 245 C Ab 1910 Verwendung des Dampfes zum Heizen in der Industrie bereits 250 kw el. Leistung Erzeugung von 127 MW el. Leistung. Erzeugung heutzutage beträgt ca. 500 MW (deckt 1,5 % des Strombedarfs in Italien). Prof. Dr. Lothar Petry 17

18 Larderello Prof. Dr. Lothar Petry 18

19 Geothermie Kraftwerk Nesjavellir (Island) Prof. Dr. Lothar Petry 19

20 Weltweit installierte geothermische Leistung Land USA Philippinen Mexiko Indonesien Italien Japan Island Restliche Jahr 2000 (MW) Jahr 2003 (MW) Prof. Dr. Lothar Petry 20

21 Geothermie-Kenndaten Heiß- und Trockendampf T > 150 C: Direkte Nutzung in Turbinen Heißwasser T > 150 C: Flash-Systeme (Single und Double Flash) T < 150 C oder aggressives Thermalfluid oder Druck zu niedrig: Binäranlagen (Kalina oder ORC) Prof. Dr. Lothar Petry 21

22 Wirkungsgrade verschiedener Prozesse Prof. Dr. Lothar Petry 22

23 Single-Flash Prof. Dr. Lothar Petry 23

24 Ts-Diagramm Single-Flash Prof. Dr. Lothar Petry 24

25 Single-Flash mit Kondensator Prof. Dr. Lothar Petry 25

26 Ts-Diagramm Single-Flash mit Kondensator Prof. Dr. Lothar Petry 26

27 ORC-Regenerator Prof. Dr. Lothar Petry 27

28 Ts-Diagramm ORC-Regenerator Prof. Dr. Lothar Petry 28

29 Kalina-Prozess Prof. Dr. Lothar Petry 29

30 Geothermisches Kraftwerke (Prinzipdarstellung) Prof. Dr. Lothar Petry 30

31 Flussdiagramm Húsavíkur Kraftwerk Prof. Dr. Lothar Petry 31

32 Kalina-Prozess (Verdampfung) Prof. Dr. Lothar Petry 32

33 Kalina-Prozess (Kondensation) Prof. Dr. Lothar Petry 33

34 Geothermie Heiz-Kraftwerk Neustadt-Glewe Prof. Dr. Lothar Petry 34

35 Fakten zum Heizwerk Tiefe der Förderbohrung: 2250m Tiefe der Injektionsbohrung: 2335m MWh/a, davon bis zu 98 % geothermische Wärme Geothermische Wärmeleistung: kw Fördertemperatur der Sole: 97 C am Sondenkopf Fördermenge: m³/h Prof. Dr. Lothar Petry 35

36 Neustadt-Glewe 1. deutsches ORC-Kraftwerk 1989 Bohrung (2455m), 98 C heißes Thermalwasser Inbetriebnahme Geothermie-Heizwerk, 10,4 MW, 40 bis 110 m 3 /h Thermalwasser, Salzgehalt 227 g/l (Totes Meer: 300 g/l) Inbetriebnahme ORC-Kraftwerk, 210kW. 140 kw-förderpumpe pumpt aus 260 m Tiefe. Arbeitsmedium Perfluorpentan (C5F12) siedet ab 30 C. Wirkungsgrad ca. 6 %. Kraftwerksbetrieb nur im Sommer. Prof. Dr. Lothar Petry 36

37 Produktionsschema Prof. Dr. Lothar Petry 37

38 Fakten zum ORC-Erdwärme- Kraftwerk Elektrische Leistung: bis 230 KW Nutzbare geothermische Wärme: 98 C bis 71 C, ca.3000 kw ORC-Turbine: - einstufig mit drei Düsengruppen - Wirkungsgrad von 6,5%??? - Verdampfungstemperatur ca. 75 C - Verdampfungsdruck ca. 4 bar Kondensatordruck: ca. 1 bar Siedetemperatur des organischen Mediums bei Normaldruck: 31 C Synchrongenerator: 250 kva, 3000 U/min Stromerzeugung: MWh/a Im Jahr 2004 erzeugte Strommenge kwh Durch Erneuerung des EEG 15 Cent/kWh Prof. Dr. Lothar Petry 38

39 ORC-Kraftwerk Prof. Dr. Lothar Petry 39

40 Ausblick Niedrige Temperaturen und Drücke des Thermofluids in Deutschland? Kein konv. Dampfprozess ORC bei mittleren Temperaturen Kalina bei niedrigen Temperaturen Niedrige Wirkungsgrade Hohe Anlagenkosten Prof. Dr. Lothar Petry 40

41 Literaturverzeichnis Volker Quaschning: Regenerative Energiesysteme, Hanser Verlag 2006 Thomas B. Johansson u.a.: Renewable Energy, Island Press, 1993 Páll Valdimarson: Tiefe Geothermie-Verstromung, Geothermal Summer School, TU Darmstadt, Prof. Dr. Lothar Petry 41

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