Fachbereich Thermische Energietechnik Solare elektrische und thermische Energiebereitstellung SETE - Prozess
Inhalt Einleitung Der SETE - Prozess Thermodynamische Berechnung Ergebnisse Zusammenfassung
Einleitung Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK) Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) Dampfprozesse Gasturbinenprozess Gas- und Dampfturbinenprozesse Diesel- und Gasmotorenprozesse Alternative Prozesse (z.b.: ORC-Prozesse) Innovative Prozesse (z.b.: Brennstoffzelle) Thermische Kälteprozesse (Sorptionsprozesse) Absorptionskältemaschinen Adsorptionskältemschinen DEC-Verfahren
Einleitung Großer anlagentechnischer Aufwand Aufwendige Prozessführung Komplexe Regelung Großer Platzbedarf Hohes Gewicht Hohe Investitionskosten Hohe Betriebskosten
Der SETE - Prozess Q zu P el Q Wärme Effizienz = Strom + Wärme + Kälte Antriebsleistung >1 Q Kälte
Der SETE - Prozess Geringer Anlagentechnischer Aufwand Einfache Prozessführung Variabler Leistungsbereich (Strom, Wärme, Kälte) Geringer Platzbedarf/Gewicht Kombinationsmöglichkeiten/Variantenvielfalt Vorteile gegenüber Kombianlagen (BHKW + Sorptionsmaschine) Reduktion der Investitionskosten Einsparung an Antriebsenergie Wärme (Dampf) als Antriebsenergie Umweltfreundliche Arbeitsmedien (Wasser bzw. Ammoniak)
Der SETE - Prozess Dezentrale kompakte Energieerzeugungseinheit Versorgung von Gebäuden mit Strom Wärme zur Warmwasserbereitung Wärme zur Beheizung Kälte zur Klimatisierung Alternativ: Prozesskälte unterhalb von 0 C Mobiler Hilfs- und Katastropheneinsatz (Containerlösung) Tourismus in Gebieten ohne Infrastruktur (Inseln, Gebirge,..) Effizienzsteigerung von Biomasseheizwerken Erhöhung der Sommerauslastung durch die Einbindung des SETE - Prozesses in die bestehende Anlage zu einer KWKK-Anlage Kältebereitstellung (z.b. für Abnehmer im Nahbereich) à Geschäftsfeld Kälte Durch Skalierung der Anlagenkomponenten steht eine KWKK Erweiterungseinheit für einen relativ großen Leistungsbereich zur Verfügung
Thermodynamische Berechnung INPUT Q 0 = 10 [kw] H = 0,423 m[-] H1 /m H2 t KW,aus = 60 [ C] t K,aus = 6 [ C] t H = 170 [ C] h Str. = 0,7 [-] h D = 0,95 [-] h Diff = 0,85 [-] h is = 0,8 [-] h ispu = 0,5 [-] PPU m c Q H Q c m H 4 4 Diff T,s-Diagramm des SETE-Prozesses m H2 2 r 2 D P DM m H1 Leistungsdaten Q c = 80,15 [kw] Q H = 80,1 [kw] P DM = 10 [kw] P PU = 0,0501 [kw] Bewertung z K = 0,1248 [-] z W = 1 [-] z KW = 1,125 [-] h el = 0,1248 [-] h KWKK = 1,25 [-] h M = 0,8669 [-] V = 2,133 [-] m H1 /m 0 E = 1044 [-] p H /p 0 E DM = 34,61 [-] p H /p c K = 30,16 [-] p c /p 0 Temperatur t in C OUTPUT 600 500 400 300 200 100 Massenströme m 0 = 0,00446 [kg/s] m c = 0,03646 [kg/s] m H = 0,032 [kg/s] m H1 = 0,009512 [kg/s] m H2 = 0,02249 [kg/s] m K = 0,8936 [kg/s] m KW = 4,274 [kg/s] Betriebsdrücke p 0 = 0,007581 [bar] p c = 0,2287 [bar] p H = 7,915 [bar] Dampfstrahlverdichter w 2 = 1328 [m/s] w 3 = 1020 [m/s] d 2D = 0,03395 [m] d 3 = 0,08124 [m] Kontrolle: DQ = -0,000001067 [kw] Modell des SETE-Prozesses im EES spezifische Enthalpie h [kj/kg] Druck p [bar] Dampfzahl x [-] SETE Prozess 400 [kj/kg] 5,7 2600 [kj/kg] 2400 [kj/kg] 2200 [kj/kg] 2000 [kj/kg] 1800 [kj/kg] 1600 [kj/kg] 1400 [kj/kg] 1200 [kj/kg] 1000 [kj/kg] 800 [kj/kg] 600 [kj/kg] 600 [bar] 500 [bar] 400 [bar] 300 [bar] 200 [bar] 150 [bar] 100 [bar] 50 [bar] 1 2r 20 [bar] 5 [bar] 10 [bar] 4 4Diff 0,5 [bar] 1 [bar] 2 [bar] 0,2 [bar] 0,1 [bar] 0,05 [bar] 0,02 [bar] 0,01 [bar] 3600 [kj/kg] 3500 [kj/kg] 3400 [kj/kg] 3300 [kj/kg] 3200 [kj/kg] 3100 [kj/kg] 3000 [kj/kg] 2900 [kj/kg] 2800 [kj/kg] 2700 [kj/kg] 200 [kj/kg] 0 6 2D 3 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0 2600 [kj/kg] -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 spezifische Entropie s in kj/kgk
Thermodynamische Berechnung Randbedingungen für die thermodynamische Berechnung Leistungsgrößen [kw] Bezeichnung Wert Anmerkung/Quelle Kälteleistung! 0 10 Festlegung Elektrische Leistung $ %& 10 Festlegung Temperaturen [ C] Kaltwasseraustrittstemperatur tk,aus 6 Festlegung Kühlwasseraustrittstemperatur tkw,aus 60 Festlegung Antriebstemperatur th 170 Festlegung Wirkungsgrade [-] Gütegrad des Strahlapparates hstr. 0,7 [2] Wirkungsgrad der Düse (Strahlapparates) Wirkungsgrad des Diffusors (Strahlapparat) Isentroper Wirkungsgrad des Dampfschraubenmotors Isentroper Wirkungsgrad der Speisewasserpumpe hd 0,95 [4] hdiff 0,85 [4] his 0,8 [5] hispu 0,5 [6]
Ergebnisse Ergebnisse der thermodynamischen Berechnung Leistungsgrößen [kw] Bezeichnung Wert Kondensatorleistung! " 80,15 Antriebsleistung! $ 80,10 Pumpleistung % %& 0,05 Massenströme [kg/s] Saugdampfmassenstrom (Kältemassenstrom) ' 0 0,00446 Treibdampfmassenstrom ' $1 0,009512 Expansionsdampfmassenstrom ' $2 0,02249 Massenstromverhältnis Treibdampf/Expansionsdampf H 0,423
Ergebnisse 2 300 1,9 1,8 Gesamtwirkungsggrad 250 Gesamtwirkungsgrad hkwkk 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 200 150 100 Leistung in KW 1,2 1,1 Kondensatorleistung Antriebsleistung 50 Elektrische Leistung Kälteleistung 1 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Massenstromverhältnis H (Treibdampf/Expansionsdampf)
Ergebnisse 2 300 1,8 250 Gesamtwirkungsggrad Gesamtwirkungsgrad hkwkk 1,6 1,4 1,25 200 150 100 Leistung in kw 1,2 Elektrische Leistung Antriebsleistung Kondensatorleistung 50 Kälteleistung 0 0 1 2 3 4 5 Massenstromverhältnis H (Treibdampf/Expansionsdampf)
Zusammenfassung Der SETE-Prozess beruht auf einem patentierten Verfahren sowie einer kompakten Energiebereitstellungsanlage, die Objekte mit Strom, Wärme und Kälte versorgt. Breites Anwendungsgebiet für den neuartigen SETE-Prozess. Durch Regelung der Frischdampfmenge ist ein stromgeführter oder kältegeführter Betrieb sowie ein reiner Strombetrieb oder Kältebetrieb mit oder ohne gekoppelte Wärmebereitstellung für Heiz- bzw. Warmwasser der Anlage möglich. Je nach Anforderung an der Kälteseite kann als Arbeitsmedium Wasser oder Ammoniak zur Erzeugung von Klimakälte bzw. Prozesskälte bei gleichzeitiger Bereitstellung von Strom und Wärme eingesetzt werden. Der SETE-Prozess erzielt eine höhere Effizienz (Gesamtwirkungsgrad bewegt sich zwischen 100 und 180 %) als herkömmliche KWKK-Anlagen bei verringertem anlagentechnischem Aufwand und geringeren Investitionskosten. Durch den Einsatz dieses Systems kann ein wesentlicher Beitrag zur effizienten Nutzung erneuerbarer Energieträger geleistet und ein enormes Ökostrompotential erschlossen werden.
Kontaktadresse Prof.(FH) DI Dr. Richard Krotil Steinamangerstraße 21 A-7423 Pinkafeld +43(0)5/7705-4141 richard.krotil@fh-burgenland.at DI (FH) Christian Pinter Alois-Gossi-Gasse 11 A-7471 Rechnitz 0660/4629563 pinter@green-consulting.at