Systemisches Verhalten des Verdampfers im ORC-Prozess zur Nutzung von Niedertemperaturwärme

Niedertemperaturwärmequellen bieten sowohl aus ökologischer als auch ökonomischer Sicht ein hohes Nutzungspotential, das mithilfe von ORC-Anlagen in elektrische Energie gewandelt werden kann. Bei der Nutzung von Wärmequellen im ORC-Prozess beeinflussen verschiedene Größen die Kopplung zwischen ORC-Prozess und Wärmequelle und sind in ihren Auswirkungen größtenteils nicht verstanden.

Für experimentelle Untersuchungen wird eine ORC-Versuchsanlage im Labormaßstab ausgelegt, aufgebaut und in Betrieb genommen. Zusätzlich wird ein aufwendiges, modulares thermodynamisches Modell entwickelt, um die Parameter weit über die Möglichkeiten der Versuchsanlage variieren zu können. Das Berechnungsmodell wird anhand der experimentellen Ergebnisse erfolgreich validiert. Die Simulationen werden bei festen Beträgen für Pinch Point, Überhitzung und maximaler Fluidgeschwindigkeit durchgeführt. Durch die Methodenentwicklung der Simulation bei allen möglichen ORC-Massenströmen mit ansonsten konstanten Bedingungen, zeigt sich die Bildung eines Leistungsoptimums. Die Änderung des Optimums bei Variation der Parameter zeigt den eigentlichen Einfluss auf den Wärmeübergang im Verdampfer und dessen Auswirkungen auf den Prozess.

In dieser Arbeit ist zum ersten Mal eine tiefgreifende Untersuchung der Auswirkungen von Einflussgrößen auf die Kopplung zwischen ORC-Prozess und Wärmequelle herausgearbeitet. Das in dieser Arbeit erlangte Verständnis des systemischen Verhaltens vom Verdampfer im ORC mit Berücksichtigung der wesentlichen physikalischen Mechanismen der Wärmeübertragung während der Wärmeaufnahme, ermöglicht eine effizientere Auslegung und Betriebsweise von ORC-Anlagen im niedrigen Temperaturbereich.