Reversible HP-ORC-Systeme für Niedertemperaturwärme

Die Aufwertung von Niedertemperaturwärme mittels Heatpump-ORC-Systemen erlaubt die effiziente Nutzung anderweitig ungenutzter Abfallwärmeströme

Der Energie Campus Nürnberg befasst sich mit der Energietechnik von morgen aus verschiedenen Blickwinkeln. Im Rahmen des Forschungsprojektes „Aufwertung von Niedertemperaturwärme mit regenerativen HP-ORC-Systemen“ am Energie Campus Nürnberg soll ein Speichersystem konzipiert werden, um regenerativen Überschussstrom in einen thermischen Speicher zwischen zu speichern. Das System basiert auf dem Wärmepumpenprozess sowie dem Organic-Rankine-Cycle. Die Kombination der beiden Prozesse in einer Anlage ermöglicht es, Komponenten in beiden Prozessen reversibel zu nutzen, um Investitionskosten zu sparen.

Prozessschema der Speicher-Be- und Entladung mittels reversibler Wärmepumpe und ORC.

Aktuell befindet sich eine Pilotanlage in der Planung, der Aufbau soll bis Ende 2019 abgeschlossen und die Anlage betriebsbereit sein. Aus den Ergebnissen sollen Erkenntnisse gewonnen werden für einen großskaligen Betrieb und das Potential für den zukünftigen Energiemarkt.

Aktuelles Paper aus der Forschungskooperation von IPAT, LTTEVT und ZAE.

Planung und Aufbau einer HP-ORC-Pilotanlage im Speicherhaus des EnCN (IPAT)

Am Lehrstuhl für Prozessmaschinen und Anlagentechnik findet die Planung und der Aufbau einer 20 kWel Wärmepumpen-ORC-Pilotanlage statt. Neben einem Proof-of-Concept soll mit dieser auch die Erprobung von reversiblen Wärmeübertragern erfolgen und untersucht werden, inwieweit Verdrängermaschinen gleichzeitig als Kompressions- und Expansionsmaschine betrieben werden können. Aktuell befindet sich die Pilotanlage in der Planung, der Aufbau soll bis Ende 2019 abgeschlossen und die Anlage betriebsbereit sein. Im Rahmen des Projekts ist außerdem eine Kopplung und Demonstration der Pilotanlage mit einem Hochtemperaturspeicher vorgesehen, um in Dauertests die Speicherung von Überschussstrom mit definierten Lastprofilen zu untersuchen.

Prof. Dr.-Ing. Eberhard Schlücker

FAU Erlangen-Nürnberg / Lehrstuhl für Prozessmaschinen und Anlagentechnik

Daniel Steger

FAU Erlangen-Nürnberg / Lehrstuhl für Prozessmaschinen und Anlagentechnik (IPAT) , insbes. Reversibler ORC, Niedertemperaturspeicher

Thermodynamische Simulationen zur Auslegung einer "Carnot Batterie" am LTT

Die vom Lehrstuhl für Technische Thermodynamik durchgeführten Arbeiten im Teilprojekt SP 1-1 umfassen thermodynamische Simulationen zur möglichst optimalen Auslegung eines Pumped Thermal Energy Storages (PTES). Diese auch als Carnot Batteries bezeichnete Technologie ist durch zwei Kreisprozesse gekennzeichnet, bei denen letztlich elektrische Energie über das Ein- und Auskoppeln von Wärme in einen bzw. von einem thermischen Energiespeicher effiziente und umweltverträglich gespeichert werden. Die dafür benötigten Teilprozesse des PTES werden in diesem Projekt mittels stationärer, Teillast- und dynamischer Simulationen untersucht. Die Bewertung erfolgt dabei nach unterschiedlichen Kriterien wie Power-to-Power-Efficiency (P2P- oder Roundtrip Efficiency) und der Wirtschaftlichkeit des Systems. Auch sekundäre Aspekte wie Speicherdichte, Komplexität und Umweltverträglichkeit des Arbeitsmittels werden in die Untersuchung mit einbezogen. Die aus diesen Schritten gewonnen Erkenntnisse fließen anschließend direkt in den Bau einer Demonstrationsanlage und eines Speichers ein. Als weiterführender Ausblick werden neben den subkritischen Wärmepumpen Prozessen und Organic-Rankine-Cycles (ORC) auch weitere Varianten untersucht. um die Einordnung der verschiedenen Prozesseigenschaften in einen globalen Kontext der PTES Systeme zu setzen.

Bernd Eppinger

FAU Erlangen-Nürnberg / Lehrstuhl für Technische Thermodynamik (LTT) , insbes. Simulation reversibler HP-ORC-Systeme

Prof. Dr.-Ing. Stefan Will

FAU Erlangen-Nürnberg / Lehrstuhl für Technische Thermodynamik

Machbarkeitsstudie für die Modellregion Wunsiedel

Der Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik beschäftigt sich in diesem Projekt mit einer technischen und wirtschaftlichen Machbarkeitsstudie für die Modellregion Wunsiedel. Für die Leistungsbereiche von 100 kW bis 10 MW  sind anhand von Marktstudien die vielversprechendsten Anbieter und Technologien für die Umsetzung eines Demonstrationsprojektes im Rahmen einer Machbarkeitsstudie zu ermitteln.

Prof. Dr.-Ing. Jürgen Karl

FAU Erlangen-Nürnberg / Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik (EVT)

Sebastian Staub

FAU Erlangen-Nürnberg / Lehrstuhl für Energieverfahrenstechnik , insbes. Mikro-KWK, Biomasseverbrennung, überkritische Heatpipes, ORC