Dampfturbine

Question	Answer
Was ist der Clausius-Rankine-Vergleichsprozess und seine Hauptbestandteile:	Vergleichsprozess für Dampfkraftwerke • Turbine • Kondensator • Speisepumpe • Kessel und Überhitzer
Prinzipieller Wärmeschaltplan eines (einfachen) Dampfkraftwerks	Image: Capture (image/png)
Wirkungsgrad abhängig von..	Temperaturniveaus bei Dampferzeugung und Kondensation
mittleres Temperaturniveau der Wärmezufuhr sollte wie sein?	so hoch wie möglich
mittleres Temperaturniveau der Wärmeabfuhr im Kondensator sollte wie sein?	so niedrig wie möglich
Wo geht der Größte Teil der Wärmezufuhr hin?	die Verdampfung
Großer Vorteil des Dampfkraftprozesses gegenüber Prozessen mit inerten Gasen:	die große spezifische Kreisprozessarbeit wegen der geringen Arbeit der Speisepumpe
übliche max. Temperatur im fossil beheizten Dampfkraftwerk ? Druck? Druck im Kondensator ? Gütegrad bei großen Turbinen?	570 °C 250 bar 0,03 bar 0,9
was wären 3 Verbesserungen?	Erhöhen Frischdampfdruck und Frischdampftemperatur. • Zwischenüberhitzung • Speisewasservorwärmung
Ziel des Kondensationsbetriebs:	Ziel: ausschließlich Stromerzeugung mit möglichst hohem (Strom)Wirkungsgrad
Entspannen des Dampfes in der Turbine auf möglichst geringen Druck	(z.B. 20 – 100 mbarabs)
Kondensationswärme auf sehr niedrigem Temperaturniveau (25 – 40 °C) nicht nutzbar deshalb -->	Abgabe als Abwärme an Umgebung - möglichst kaltes Kühlmedium - größte Verlustquelle des Kraftwerks (bis zu zwei Drittel)
- Wirkungsgrade großer SteinkohleKW	47 %
was passiert beim Gegendruckbetrieb?	gleichzeitige Erzeugung von Strom und Wärme
wie funktioniert ein Gegendruckbetrieb?	Dampf mit best. Temperatur wird zur Wärmeauskopplung benötigt gesamter Dampf auf def. Temperatur- und Druckniveau verlässt die Turbine und steht somit vollständig zur Wärmeerzeugung zur Verfügung z.B. für Wasser 90 °C sind 0,8 barabs nötig Strom als „Koppelprodukt“ der Wärmeerzeugung • Auslegung meist nach Wärmenachfrage (ideal: gleichmäßige Jahreswärmenachfrage) • Gesamtwirkungsgrade bis zu 90 % (el. 10 – 20 %)
was ist der Entnahme-Kondensationsbetrieb?	Realisierung von effizienterer Stromerzeugung bei schwankender Wärmenachfrage (z.B. Wärmeversorgung Haushalte)
2 Möglichkeiten des Entnahme-Kondensationsbetriebs:	• 1. Möglichkeit zur vollständigen Entspannung des Dampfs 2. Möglichkeit zur Entnahme von Teilmengen Dampf auf gewünschtem Temperatur (max. 220 °C) und Druckniveau (Entspannung auf mind. 20 bar) → Wärmeerzeugung
wie funktioniert Zwischenüberhitzung bei Dampfkraftwerken:	Steigerung der mittleren oberen Temp. → Steigerung Turbinenleistung Image: Capture (image/png)
Beispiel: KWK in Industriebetreib:	(Palmölherstellung) Gegendruckbetrieb • Nutzung Dampf auf Prozessdampfniveau
Dampfkraft mit Solarenergie Solarthermisches Parabolrinnenkraftwerk Eigenschaften:	Thermoöl als Adsorber im Primärkreislauf Primärtemperaturen bis 400 – 500 °C (Wärmespeicherung möglich) Wirkungsgrade Turbine bis zu 38 % • Wirkungsgrade Solarfeld (netto) bis 14 %
Funktionsweise Solarturmkraftwerk:	Fokusierung von Sonnenlicht durch Spiegel auf Brennpunkt am Turm Adsorber erwärmt sich auf bis über 1000 °C • Dampferzeugung und Turbinenbetrieb • teure Technologie, kaum kommerzielle Anwendung
Solarturmkraftwerk: Mit sog. Druckrecievern und komb. Gas- und Dampftubinenprozess Nettowirkungsgrade :	> 20 % möglich!
was sind ORC-Anlagen (Organic Rankine Cycle)?	• Dampfturbinenprozess mit organischem Arbeitsmittel (nicht Wasser / Wasserdampf)
2 Vorteile ORC-Anlagen:	wesentlich geringere Verdampfungstemperatur als Wasser → Dampfturbinenprozess auch auf niedrigerem Temperaturniveau möglich! Arbeitsmedien z.B. FCKW, synthetische Silikonöle (hoher Wirkungsgrad!)
2 weitere Vorteile ORC-Anlagen:	Verstromung schon ab Temperaturen von ca. 100 °C (Kondensatortemperatur ≈ 20 °C) wirtschaftlich möglich
Prinzipieller Aufbau ORC	Verdampfer Isotherme Wärmezufuhr zum Arbeitsmittel (Wärmequelle z.B. Abwärme) Durch den Energieeintrag verdampft das Arbeitsmedium vollständig (Sattdampf) Turbine/Strömungsmaschine Isentrope Entspannung auf niedrigeren Druck (Volumenänderungsarbeit Umwandlung in mechanische Energie). Generator Umwandlung der mechanischen Energie in elektrische Energie. Regenerator Wärmetausch zwischen dampfförmigen Arbeitsmittel und dem vom Kondensator kommenden flüssigen Arbeitsmittel. Kondensator Kondensation Arbeitsmitteldampf. Abgabe Kondensationswärme an Kühlkreislauf (z.B. Fernwärmenetz). Arbeitsmittelpumpe Bringt Arbeitsmittel wieder auf Betriebsdruck und pumpt in Verdampfer.
Was ist der Kalina – Kreisprozess?	Kreisprozess mit Zweistoffgemisch (binäres Fluid) als Arbeitsmedium • Arbeitsmedium: Ammoniak-Wasser-Gemisch
Vorteile des Kalina – Kreisprozess:	Verdampfung mit zunehmender Temperaturerhöhung (Gemisch ändert Zusammensetzung!) niedrigere Temp. bei Verdampfungsbeginn (vs. ORC) höhere spez. Arbeit, höherer Wirkungsgrad, größere Wärmenutzung als ORC-Prozess Nutzung des niedrigen Temperaturniveaus von tiefer Geothermie
Bei niedrigen Prozesstemperaturen sind wirkungsgrade immer eher mäßig	Image: Capture (image/png)

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