Vernetzte Energieforschung am Beispiel der Kraft-Wärme-Kopplung

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1 Kraft-Wärme-Kopplung Dipl.-Ing. Markus Preißinger, Zentrum für Energietechnik, Lehrstuhl für Technische Thermodynamik und Transportprozesse

2 Forschung in der Energietechnik Ausgangslage Brennstoffe fossil Thermodynamik und Wärmeübertragung Brenner dynamik Verbrennungsmotor und Wärmeüber- Thermodynamik und Wärmeübertragung Kraftwerk Thermo- tragung Thermodynamik und Wärmeübertragung Thermodynamik und Wärmeübertragung Strom Mobilität Kraft-Wärme-Kopplung Seite 2

3 Forschung in der Energietechnik Zukünftige Fragenstellungen Sonne Wind Solarzelle Windkraftanlage Strom E-Mobility Kraft-Wärme-Kopplung Seite 3

4 Notwendigkeit thermodynamischer Systeme Gretchenfrage? Spielen thermodynamische Systeme wie die Kraft-Wärme-Kopplung in zukünftigen Forschungsnetzwerken eine untergeordnete Rolle spielen? Kraft-Wärme-Kopplung Seite 4

5 Speicherung ungenutzter elektrischer Energie Wärmepumpen als Ausgleichskomponente Wärmepumpen zum Ausgleich fluktuierender regenerativer Energien 2030 können bis zu 6,7 TWh Überschussstrom aufgenommen werden Das entspricht 788 Speicherzyklen des Goldisthal Pumpspeichers Kraft-Wärme-Kopplung Seite 5

6 Speicherung ungenutzter elektrischer Energie Wärmepumpen als Ausgleichskomponente Kraft-Wärme-Kopplung Seite 6

7 Speicherung ungenutzter elektrischer Energie Wärmepumpen als Ausgleichskomponente Kraft-Wärme-Kopplung Seite 7

8 Speicherung ungenutzter elektrischer Energie Wasserstoffwirtschaft Kraft-Wärme-Kopplung Seite 8

9 Speicherung ungenutzter elektrischer Energie Wasserstoffwirtschaft Kraft-Wärme-Kopplung Seite 9

10 Bereitstellung von Grundlast Geothermische Stromerzeugung 50 C 100 C 150 C 200 C Techno-ökologisches Potenzial für D. (UBA-Studie): 63,75 TWh/a Kraft-Wärme-Kopplung Seite 10

11 Bereitstellung von Grundlast Geothermische Stromerzeugung Kraft-Wärme-Kopplung Seite 11

12 Bereitstellung von Grundlast Geothermische Stromerzeugung Kraft-Wärme-Kopplung Seite 12

13 Bereitstellung von Grundlast Geothermische Stromerzeugung Wissenschaftliche Begleitung der Geothermie-Kraftwerke Kirchstockach und Dürrnhaar ( ) Simulation des zweistufigen ORC-Kraftwerks Analyse der Messdaten während der Inbetriebnahme Ableitung von Empfehlungen hinsichtlich einer Betriebsoptimierung Systematische Analyse und Bewertung von Betriebsdaten im Jahresverlauf Untersuchung möglicher Konzepte für die Kraft-Wärme-Kopplung Kraft-Wärme-Kopplung Seite 13

14 Bereitstellung von Grundlast Geothermische Stromerzeugung ORC-Achse Bayern und ORC-Achse Athen/Bayreuth/München Bündelung der Kompetenzen innerhalb Bayerns Internationaler Wissenstransfer Gemeinsames Mitglied im EU-Forschungsnetzwerk EERA-JPGE Initiative für ein EU-Forschungsnetzwerk im Rahmen von HORIZON 2020 Austausch von Doktoranden innerhalb des Forschungsschwerpunkts ORC Kraft-Wärme-Kopplung Seite 14

15 Verwertung ungenutzter Energieströme mittels ORC Von der Idee zur Umsetzung Abwärme von Biogas-BHKWs Biogasanlagen in Deutschland: 25 %: fremde Verwertung der Abwärme 10 %: kein Wärmenutzungskonzept Rest: Wärmenutzungskonzept unzureichend Quelle: Biogas-Messprogramm II der Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe e.v. (2009) Industrielle Abwärme Potential in Deutschland: 42 TWh th /a 687 MW el Quelle: Potentialstudie Wärme-Kraft-Prozesse des Instituts Fraunhofer Umsicht (2004) Kraft-Wärme-Kopplung Seite 15

16 Verwertung ungenutzter Energieströme mittels ORC Vom Projekt zum Demonstrator Entwicklung eines ORC-Minikraftwerkes (15 kw el ) zur Abwärmenutzung Kraft-Wärme-Kopplung Seite 16

17 Verwertung ungenutzter Energieströme mittels ORC Vom Projekt zum Demonstrator Arbeitsmedium Verdampfer Dampfkraftprozess Expander G M Generator Wärmequelle Speisepumpe Kondensator Kraft-Wärme-Kopplung Seite 17

18 Verwertung ungenutzter Energieströme mittels ORC Vom Projekt zum Demonstrator Arbeitsmedium Verdampfer Dampfkraftprozess Expander G M Generator Wärmequelle Speisepumpe Kondensator Kraft-Wärme-Kopplung Seite 18

19 Verwertung ungenutzter Energieströme mittels ORC Vom Projekt zum Demonstrator Arbeitsmedium Verdampfer Dampfkraftprozess Expander G M Generator Wärmequelle Speisepumpe Kondensator Kraft-Wärme-Kopplung Seite 19

20 Verwertung ungenutzter Energieströme mittels ORC Vom Projekt zum Demonstrator Arbeitsmedium Verdampfer Dampfkraftprozess Expander G M Generator Wärmequelle Speisepumpe Kondensator Kraft-Wärme-Kopplung Seite 20

21 Verwertung ungenutzter Energieströme mittels ORC Vom Demonstrator zur vernetzten Forschung Bestmögliches Konzept Verdampfer/Turbine/Kondensator? Teilprojekt des ZET: Aufbau eines ORC-Testfeldes ( ) Kraft-Wärme-Kopplung Seite 21

22 Verwertung ungenutzter Energieströme mittels ORC Vom Demonstrator zur vernetzten Forschung Teststrecke Verdampfung Teststrecke Entspannung Teststrecke Kondensation Kraft-Wärme-Kopplung Seite 22

23 Verwertung ungenutzter Energieströme mittels ORC Von der vernetzten Forschung zur Anwendung Green Hospital Lichtenfels Kraft-Wärme-Kopplung Seite 23

24 Notwendigkeit der Thermodynamik und Kraft-Wärme-Kopplung Gretchenantwort Die Energiewende verlangt nach neuartigen Strategien, Konzepten und Lösungen. Die traditionellen Gebiete der Thermodynamik wie z.b. große Kohlekraftwerke treten in den Hintergrund. Es erfolgt ein Wandel der Thermodynamik zu thermischen Speichern und dezentralen Energiesystemen. Insbesondere der Kraft-Wärme-Kopplung kommt eine zentrale Rolle im zukünftigen Energiekonzept zu. Thermodynamische Aspekte der Energieumwandlung sind auch zukünftig für die Energiebereitstellung unerlässlich. Die Vernetzung von Hochschulen, außeruniversitären Forschungseinrichtungen und Firmen innerhalb von Forschungsprojekten gewinnt zunehmend an Relevanz. Kraft-Wärme-Kopplung Seite 24

25 Notwendigkeit der Thermodynamik und Kraft-Wärme-Kopplung Gretchenantwort Die Energiewende verlangt nach neuartigen Strategien, Konzepten und Lösungen. Die traditionellen Gebiete der Thermodynamik wie z.b. große Kohlekraftwerke treten in den Hintergrund. Es erfolgt ein Wandel der Thermodynamik zu thermischen Speichern und dezentralen Energiesystemen. Insbesondere der Kraft-Wärme-Kopplung kommt eine zentrale Rolle im zukünftigen Energiekonzept zu. Thermodynamische Aspekte der Energieumwandlung sind für die zukünftige Energiebereitstellung unerlässlich. Die Vernetzung von Hochschulen, außeruniversitären Forschungseinrichtungen und Firmen innerhalb von Forschungsprojekten gewinnt zunehmend an Relevanz. Kraft-Wärme-Kopplung Seite 25

26 Vielen Dank! Dipl.-Ing. Markus Preißinger, Zentrum für Energietechnik, Lehrstuhl für Technische Thermodynamik und Transportprozesse

27 Bereitstellung von Grundlast Geothermische Stromerzeugung Schematisches Anlagenschaltbild eines Geothermie-ORC-Kraftwerks T,s-Diagramm Arbeitsmedien Thermalwasser Rauchgas Thermoöl Abgas/Abluft 3 Vorwärmer H 4 Verdampfer H 5 Wärmequelle Interner Rekuperator H Turbine 6 ORC - Arbeitsmedium Generator 2 7 Wärmesenke Speisepumpe 1 Kondensator Wasser Luft Heizwasser Kraft-Wärme-Kopplung Seite 27

28 Bereitstellung von Grundlast Geothermische Stromerzeugung Kraft-Wärme-Kopplung Seite 28